水洗牽伸聯(lián)合機(jī)電氣傳動(dòng)控制改造設(shè)計(jì)趙春秀（鄭州紡織機(jī)械股份有限公司化纖工程部，河南鄭州450053）要應(yīng)用于小型設(shè)備，采用profibus總線、plc和變頻器技術(shù)構(gòu)成的單傳動(dòng)多單元變頻同步系統(tǒng)。

隨著微機(jī)控制技術(shù)、電力電子和電氣傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)正以其優(yōu)異的控制性能日益為工業(yè)界所接受，而可編程邏輯控制器（plc）作為一種高可靠型的控制部件，也正以前所未有的速度在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域迅速普及。在我國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中，存在著大量的以繼電器、接觸器和直流調(diào)速為主的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)存在硬件線路復(fù)雜、可靠性低、能耗大、生產(chǎn)維修量大等許多缺點(diǎn)，因此如何將plc與交流變頻調(diào)速技術(shù)相結(jié)合，對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造，是企業(yè)界正在著力解決的問(wèn)題。正是在這種形勢(shì)下，我廠對(duì)原有的產(chǎn)品ms004水洗牽伸聯(lián)合機(jī)進(jìn)行了電氣控制系統(tǒng)的再設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為plc控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。使之在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中，提高了檔次，增強(qiáng)了競(jìng)爭(zhēng)力。

1產(chǎn)品工藝對(duì)控制系統(tǒng)的要求ms004水洗牽伸聯(lián)合機(jī)用于干法腈綸纖維生產(chǎn)中將盛絲桶中紡絲機(jī)紡出的腈綸纖維進(jìn)行集束、水洗、牽伸、上油、疊絲、卷曲、冷卻，最后由擺絲機(jī)擺放到盛絲桶中。聯(lián)合機(jī)流程如：聯(lián)合機(jī)由集束架、水洗牽伸機(jī)、疊絲機(jī)、卷曲機(jī)、冷卻輸送機(jī)五臺(tái)單機(jī)組成。由五臺(tái)調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，它們分別是牽伸電機(jī)m1 45kw）、輸送電機(jī)m5（1.5kw）、上油電機(jī)m2（0.75kw）。為了保證牽伸均勻，絲束質(zhì)量穩(wěn)定，牽伸、牽引、卷曲電機(jī)要求嚴(yán)格同步運(yùn)行，系統(tǒng)的同步精度<0.1%，輸送、上油電機(jī)跟隨同步。為了使絲速在牽伸后具有穩(wěn)定的狀態(tài)和自然的手感，要求對(duì)牽伸浴槽溫度、卷曲預(yù)熱箱溫度、蒸汽壓力、介質(zhì)脫鹽水的流量溫度進(jìn)行檢測(cè)、控制、顯示，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2方案選型在lhs004的方案選型上，最重要的考核指標(biāo)是傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和同步性，根據(jù)工藝要求：轉(zhuǎn)速精度<0.1%，同步精度<0.1%單機(jī)不穩(wěn)定性<0.1，制動(dòng)時(shí)間<2s.因此，我們把這個(gè)問(wèn)題作為設(shè)計(jì)重點(diǎn)，從三個(gè)方面來(lái)考慮分析：2.1同步問(wèn)題同一臺(tái)單機(jī)都由一臺(tái)變頻電機(jī)單獨(dú)傳動(dòng)，就必須保證每臺(tái)電機(jī)之間始終速比不變，才能保證絲束張力恒定。由于沒(méi)有系統(tǒng)同步反饋裝置，因此在正常運(yùn)行時(shí)，速比實(shí)際上依賴于變頻器及電機(jī)的精度、穩(wěn)定性，而新一代變頻器精度及穩(wěn)定性很高，尤其在采用閉環(huán)控制方式下，誤差在0.05%以下，至于動(dòng)態(tài)同步，即啟動(dòng)、升速、降速、停止過(guò)程中的同步，通過(guò)plc設(shè)定各變頻器的升降速曲線參數(shù)的方法，控制各電機(jī)以不同的加速度升降速，保持穩(wěn)定的速度比，達(dá)到嚴(yán)格同步，從而保證了絲束穩(wěn)定的張力。從以上分析，只要我們選擇合適的plc、變頻器、電機(jī)，在正常生產(chǎn)中，一定能達(dá)到所要求的同步精度。

2.2關(guān)于停車、倒拖根據(jù)工藝要求：①在牽伸單元與卷曲單元之間絲束具有一定的張力，因此牽伸電機(jī)會(huì)出現(xiàn)倒拖，即電機(jī)在高于本身同步轉(zhuǎn)速的速度下運(yùn)行，處于再生發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)。這部分能量如果不處理，就會(huì)使電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度不穩(wěn)定，不能正常生產(chǎn)，而且有可能造成變頻器直流回路電壓過(guò)高而損壞變頻器。②lhs004有緊急停車裝置，停車時(shí)間為2s以下。這就要求，系統(tǒng)能迅速地把這部分機(jī)械能消耗掉，使聯(lián)合機(jī)速度迅速降為零。根據(jù)這兩方面要求，變頻調(diào)速系統(tǒng)有兩種解決方案：一是單傳動(dòng)變頻調(diào)速系統(tǒng)，即每個(gè)變頻器附加制動(dòng)斬波器和制動(dòng)電阻，制動(dòng)斬波器接在變頻器的直流端，當(dāng)停車和倒拖時(shí)，直流端的電壓大于制動(dòng)斬波器的閾值接通制動(dòng)電阻，機(jī)械能消耗在制動(dòng)電阻上，從而，當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)倒拖時(shí)，能夠繼續(xù)穩(wěn)定的工作，而制動(dòng)時(shí)，迅速地使電機(jī)速度降為零。

二是采用多傳動(dòng)變頻調(diào)速系統(tǒng)，即多個(gè)逆變器共用一套整流裝置，組成共直流母線，逆變器分開(kāi)供各單元電動(dòng)機(jī)，在正常工作時(shí)倒拖產(chǎn)生的能量通過(guò)共直流母線反饋到主拖動(dòng)電機(jī)和電網(wǎng)，制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量或反饋回電網(wǎng)或采用一套制動(dòng)斬波器制動(dòng)電阻，掛在共直流母線上。

比較兩種方案，第二方案雖在有些廠家設(shè)備改造時(shí)應(yīng)用過(guò)，但我們認(rèn)為其雖然節(jié)約能源，但成本高，對(duì)于較大型項(xiàng)目效果明顯，而對(duì)于lhs004電機(jī)最大僅為451w的小型調(diào)速系統(tǒng)，性能價(jià)格比較差。因此我們認(rèn)為采用第一方案較為理想。

2.3傳動(dòng)的控制傳動(dòng)的控制系統(tǒng)是變頻器和plc之間的連接是一對(duì)一，所謂的1連接方式，plc傳遞0-10v或4一20ma模擬量信號(hào)和24vdc開(kāi)關(guān)量信號(hào)給變頻器，控制變頻器的起、停升降速等。這樣組成的系統(tǒng)信息集成能力不強(qiáng)，可維護(hù)性不高。plc從變頻器獲取的信息也有限，大量的數(shù)據(jù)如變頻器的參數(shù)、故障記錄等數(shù)據(jù)得不到。plc也不能對(duì)變頻器的參數(shù)設(shè)定和修改。

另一方面，由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線這一技術(shù)的發(fā)展十分迅速，傳統(tǒng)的模擬、數(shù)字分散型控制系統(tǒng)已被可靠、方便的現(xiàn)場(chǎng)總線fb（fieldbus）代替，廣泛地應(yīng)用于各行業(yè)中。

現(xiàn)場(chǎng)層網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)也是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的革命，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以迅速、簡(jiǎn)單、低成本地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化?，F(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在生產(chǎn)過(guò)程區(qū)域的設(shè)備與自動(dòng)控制裝置之間的一種串行通信的數(shù)據(jù)總線，它可將設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)以及故障等送往控制裝置，控制裝置又可將各種控制、維護(hù)、組態(tài)命令送往設(shè)備。

根據(jù)以上分析，為了用好用足plc、觸摸屏、變頻器的內(nèi)部功能，盡量減少外部配置，使整個(gè)系統(tǒng)具有高可靠性、安全性，操作維護(hù)簡(jiǎn)便，控制方式先進(jìn)，我們采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)作為plc和變頻器的通信方式，通過(guò)觸摸屏監(jiān)控變頻器的運(yùn)行、同步狀況等。

2.4張力保持在聯(lián)合機(jī)停車時(shí)，由于絲束張力的慣性，卷曲電機(jī)就會(huì)出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)，在卷曲之前絲束就會(huì)出現(xiàn)松弛現(xiàn)象。為使織物不松弛保持張力不變，避免在重新啟動(dòng)時(shí)絲束質(zhì)量不穩(wěn)定，采用在牽伸、卷曲電機(jī)后加裝電磁抱閘一機(jī)械制動(dòng)的方法。

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)框如所示。

（1）系統(tǒng)傳動(dòng)采用abb公司生產(chǎn)的acs600系列變頻器，它采用直接轉(zhuǎn)矩控制（dtc）技術(shù)，直接控制的是電機(jī)關(guān)鍵的變量：磁通和轉(zhuǎn)矩，可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行精確的速度和轉(zhuǎn)矩控制。它還具有可選的現(xiàn)場(chǎng)總線適配器。其中，絲束的質(zhì)量主要取決于牽伸、牽引、卷曲的嚴(yán)格同步，因此電機(jī)的驅(qū)動(dòng)選用acs600系列，加裝脈沖編碼器以后，靜態(tài)速度控制誤差可達(dá)0.01%，動(dòng)態(tài)度可達(dá)到0.1%sec完全能夠滿足同步精度的要求。而上油及輸送帶系統(tǒng)框圖統(tǒng)配置緊湊合理。

整個(gè)系統(tǒng)的控制采用日本omron公司生產(chǎn)的sysmaca系列可編程控制器（plc）。它具有大量豐富的溫控、模擬量、通信等模塊可供選擇，功能比較強(qiáng)，完全能滿足系統(tǒng)的需要，而且具有很強(qiáng)的通信功能。plc作為控制中心，對(duì)傳動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)i/o及溫度、壓力流量進(jìn)行控制。

系統(tǒng)的人機(jī)界面亦采用omron公司的觸摸屏nt631c電機(jī)―選用，acs，跟隨同步」避免浪栳源說(shuō)系這匕觀觸配各種報(bào)警顯示、報(bào)警記錄，代替了原控制系統(tǒng)的兩個(gè)儀表柜十幾塊二次儀表及控制柜上的大量的按扭和指示燈，同時(shí)系統(tǒng)所有的控制參數(shù)也在屏上設(shè)定，并且所控參數(shù)的實(shí)際值、報(bào)警值、趨勢(shì)圖也在屏上一目了然地顯示。

―dp現(xiàn)場(chǎng)總線，profiles是一種不依賴廠家的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，由西門子，abb等十幾家公司和德國(guó)聯(lián)邦技術(shù)部共同推出，是目前國(guó)際上推廣速度最快、用戶最多、應(yīng)用范圍最廣，最有發(fā)展前景的現(xiàn)場(chǎng)總線。采用profibus的標(biāo)準(zhǔn)后，不同廠商所生產(chǎn)的設(shè)備不需要對(duì)其接口進(jìn)行特別調(diào)整就可通信。其中，profibus―dp用于設(shè)備一級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳遞，dp的傳輸速率可達(dá)12mbits中央控制器（plc/pc）通過(guò)高速串行線同分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如1、驅(qū)動(dòng)器）進(jìn)行通信，同這些分散的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換參數(shù)是周期性的。

profibus―dp總線的應(yīng)用完全可以保證傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)同步精度。如所示，plc通過(guò)通信模塊和變頻器（通過(guò)通信板npba―12）構(gòu)成了profibus―dp網(wǎng)，再加上觸摸屏就構(gòu)成了整個(gè)控制系統(tǒng)。在觸摸屏上設(shè)定和顯示系統(tǒng)的高低速，通過(guò)profibus網(wǎng)plc輸出和接收變頻器的設(shè)定速度和實(shí)際速度。系統(tǒng)的啟動(dòng)，由plc同時(shí)控制各單元機(jī)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)設(shè)定的速度和啟動(dòng)時(shí)間對(duì)五臺(tái)單元機(jī)輸出給變頻器不同斜率的值，控制各單元機(jī)以不同的加速度啟動(dòng)，各單元機(jī)之間保持穩(wěn)定的速度比；系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由plc根據(jù)設(shè)定的速度給各單元機(jī)穩(wěn)定的值，靠abb變頻器的dtc閉環(huán)控制保證系統(tǒng)的運(yùn)行精度；系統(tǒng)停車時(shí)，plc同樣輸出給各臺(tái)變頻器不同斜率的值，保證系統(tǒng)各單元機(jī)間也保持穩(wěn)定的速比，速度降為零時(shí)變頻器輸出一個(gè)零信號(hào)到plc由plc再輸出一個(gè)/信號(hào)控制電磁抱閘，電機(jī)機(jī)械制動(dòng)，保持絲束張力。

4結(jié)語(yǔ)從改造后的腈綸后處理聯(lián)合機(jī)的生產(chǎn)使用情況和市場(chǎng)反饋信息資料來(lái)看，系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，同步性能好，由于proebus―dp總線的應(yīng)用，使得整機(jī)運(yùn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，徹底解決了以往直流調(diào)速時(shí)的開(kāi)車難、運(yùn)行不穩(wěn)定的情況。