變頻器和可編程邏輯控制器在紡織機械設備改造中的運用

吳風友

（荊楚理工學院，湖北 荊門 448000）

變頻器調速被認為是一種極為理想以及有發展前景的調速方式，對比直流調速的方式可以明顯看出變頻器調速的巨大性能優勢。在一體化技術方面，紡織機械設備也有了很大的發展，絕大多數的紡織機械設備開始采用變頻器來實施作業，這就對探究變頻器和可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）在這一設備中的運用提出了現實的要求。

1 變頻器的通信原理

要對變頻器和PLC在紡織機械設備改造中的運用進行探討，首先和充分掌握變頻器的通信原理和應用。

1.1 通信原理

變頻器的通信原理是采用異步半雙工的方式，在實際運轉的過程之中，將PLC作為主機，控制系統和電碼的傳輸，變頻器作為重機，在工作環節，PLC會向其他地方不斷發送電碼，變頻器則會對阻擊電碼給予響應。較為先進的PLC主機可以攜帶較多從機，可以利用PLC系統對比較龐大的工程進行控制，在通信時，需要在統一的格式和速率下進行傳輸，以保證接受信息水平能夠在較高的層次。

1.2 變頻器的應用

在使用變頻器時，需要對參數進行設置。安裝好變頻器之后，會有一個自動檢測的環節，然后進入通信模塊，此時，各項參數可以直接寫出，可以根據PLC系統所提供的具體數據來進行同外界環境參數的對比，為變頻器匹配出最佳的控制參數，并對其進行一系列的參數設計。在變頻器的通信參數設置完成之后，PLC系統將可以控制變頻器的啟動和停止，同時，將變頻器的參數通過搜索模塊與PLC系統直接進行匹配，以了解電機的速度、電流、頻率等值與PLC所讀取的數據。除了必要的參數設置之外，還需要建立通信數據。讀寫變頻器中的過程數據是PLC對變頻器進行控制和訪問其內部參數的基本工作原理。通常情況下，過程數據包含著一些固定的接口地址，可以按照用戶所設定的模式來為變頻器的訪問設置相關參數，其中，PLC控制字符CW，設定改定值REF，狀態字SW，實際值ACT，在不同的場合，參數的設置、數目以及優先級都有所不同[1]。

PLC控制變頻器的優點是傳輸速度快、距離遠，可以實現遠程操作，以進一步提升系統的運作效率，此外，還具有編程簡單、工作穩定以及能夠同時連接多臺變頻器的優點。這類控制器有一定程度的缺陷，即造價相對較高，因為在設計時需要遠距離操作監控設備，因此，在實際應用過程中，要根據具體需要合理選擇。2 變頻器和PLC在紡織機械設備改造中的運用方法

2.1 機械設備變頻改造的必要性

中國許多紡織廠所采用的紡織機大都是在二十世紀八九十年代從國外進口的，其中，美國制造、英國制造以及日本制造的機器占有相當大的比例，已經十分陳舊，并且自動化水平非常低，難以滿足生產需要。

現下生產的設備已經基本能夠做到機電一體化，而且實現了對設備的集中控制，無論是生產效率，還是生產質量，都能夠獲得提升；缺點在于費用高昂，促使紡織廠對現有的紡織機械進行變頻和自動化改造。

2.2 機械設備變頻改造

以佳美地毯廠所使用的麻紡機械設備變頻技術改造為例，該地毯機的生產時間為20世紀80年代，機器的電氣控制結構與現在的設備相比要簡單很多，自動化水平也不算高，因此，在作業時，需要較高的勞動強度。現根據現代化進口設備的工作原理和相關工藝要求來改造這臺老式地毯機。

改造方案：選用丹佛斯VLT2800系列中的15 kW的變頻器（配制動電阻）來同時控制兩臺5.5 kW主軸電機，核心邏輯的控制器選用西門子LOGO!24RC。用于輔助的檢測元件：光電開關選擇歐姆龍、安全拉線開關選用施邁賽、接近開關選擇德國P+K，以此來對整個機械設備的開、停機以及報警、滿紗和落紗工作進行控制[2]。

2.2.1 變頻器的調速

利用變頻器進行調速時，紡紗機需要設備能夠進行一個慢啟慢停的過程，同時，還要在出現斷紗或是滿紗時能做到精確停車。

2.2.2 開、停機工藝

在電機開始運轉之前，需要以蜂鳴器進行提示，提示時間為2 s，提示音大小為60 dB，目的是提醒進行操作的工人將手從針工作區中退出。電機啟動的時候很有可能發生一些問題，例如啟動無力、不平滑等，因此，需要從設置電機的啟動頻率入手，可將其設為6 Hz，并對啟動轉矩進行提升，以保證電機的慢啟動功能，并且使其啟動過程更為圓滑，使人明顯感受到由低速開始上升過程中的速度變化。可以有效解決電機在直接啟動時所出現的燒壞等問題，也良好地避免了粗紗細節、斷頭問題。

在機械設備安全保護停車及斷紗、滿紗停車時，減速過程使用的仍然是S曲線。此外，關于粗紗停車的相關要求則比較特殊，需要“錠翼定位停”，也就是說，在每一次的機器減速停車之后，都能夠錠翼停在一個相同的位置上，隨后針從布層退出，在距離布面3 mm的位置上，以便于操作工進行下一步操作。該技術所要求的關鍵點在于如何利用好PLC編程和變頻器的可編程輸入、輸出端子。具體操作方法：當減速停車的頻率達到預先設定的6 Hz時，通過可編程繼電器為PLC發送一個輸出信號，讓PLC來判斷該信號，再輸出一個電動信號給變頻器，同時，要保持一定時間的6 Hz低速運行[3]。此時，光電開關開始工作，并且檢測安裝在錠翼輪所在位置的檢測點，之后將數字信號輸出給PLC，PLC會在輪旋轉一周后計數一次，當計數的次數達到兩次時，就會給變頻器一個關斷輸出的信號，電磁離合器開始啟動。

2.2.3 變頻點動實現

地毯機所具有的另外一個獨特之處在于其點動頻繁，一般來說，只要按著點動按鈕就可以讓地毯機保持一定頻率的規律運行，無論是從機器的操作、維修，還是試針等方面來說，低速運行都會帶來很大的方便，還可以選擇在任何位置停車。但是要注意，一旦變頻器長期處于6 Hz以下的工作環境之中，或是存在連續、頻繁的點動問題，就非常容易導致過電流保護現象的發生。所以，要在PLC中加入預先設定好的判斷程序，也就是說，在一定的時間段內對連續的點動只會有一次響應。將另外一個判斷程序加入到PLC的編程中，以此來判斷是正常運行還是點動。如果經判斷是點動，將不會出現相應提示音，并且接近開關也不會工作，尖刺離合器則會繼續進行工作。PLC的可變程序指令十分豐富，使其能夠良好地實現以上功能。丹佛斯品牌的變頻器擁有完善的編程外控端子輸入輸出，為PLC連接的實現提供了極大的便利。

2.2.4 急停系統

在本次進行的地毯機改造過程中，為該設備增加了許多具有實際用途的新功能：把安全拉線開關置于機械設備的前后兩端，以便更好地應對機械運行中的緊急狀況，一旦出現問題，工人可以通過拉動拉線來使電機立即停止運轉，從而保證生產安全。與此同時，對斷線進行檢測時采用的是光纖式光電傳感器，工作原理是一旦出現了斷線問題，線頭會在光電檢測區飄過，光電開關就會啟動，對PLC輸出信號。PLC接收到光電開關傳來的信號后就會發出警告，并且停止機械運轉。

錠翼旋轉在一定程度上受慣性作用的影響，而且在設備的運行過程中快速停車也很常見，對此，需要將制動電阻安裝在變頻器上，來實現能耗制動，進而確保變頻器不會出現過壓保護。

3 效果分析

經過改造后實際投入運行，本設備具有與預想效果相當的工作穩定性以及操作便捷性，還取得了很大的經濟效益，在采用變頻調速的新方法以后，操作時就可以根據實際的生產需要來合理調節電機轉速，進而提升機器的生產效率。與此同時，經改造，電機能夠穩定運行，生產的產品質量也有了明顯的提高。相較于之前，機器的安全保護系統也更為完善，工人們在工作中的操作更加便捷，勞動強度有了極大程度的降低。

4 結語

伴隨著自動化水平的日益提升，生產設備在各個方面的性能和科技含量也逐漸增強，由此帶來了產品品質的進一步提高。為此，如果想要使產品在激烈的市場競爭中具有更為穩固的地位，就必須對現有的機械設備進行相應的改造，使其滿足現下的生產需要。