交流變頻調(diào)速應(yīng)用在印染設(shè)備上
| 1 引言 由于印染機(jī)械在體積、重量和長(zhǎng)度等方面上都比較大，而且通常是由單元機(jī)組成聯(lián)合機(jī)，形成生產(chǎn)流水線，進(jìn)行高速度、高效率、連成一片續(xù)化的生產(chǎn)，因此對(duì)印染機(jī)械的電氣控制的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、調(diào)速比和同步性能提出了較高的要求。 2 印染機(jī)械電氣傳動(dòng)的發(fā)展過(guò)程 在七八十年代，印染機(jī)械電氣傳動(dòng)一直是使用直流調(diào)速。直流調(diào)速又有直流調(diào)磁共電源方式和直流恒磁調(diào)壓分電源之分。直流調(diào)磁共電流系統(tǒng)，是采用可控硅觸發(fā)來(lái)改變電壓和調(diào)節(jié)直流電機(jī)的勵(lì)磁電壓來(lái)調(diào)節(jié)印染各單元之間的同步。這種傳動(dòng)系統(tǒng)不穩(wěn)定，故障率高，調(diào)節(jié)范圍小等，所以當(dāng)時(shí)制約印染機(jī)械發(fā)展的最根本問(wèn)題是整臺(tái)聯(lián)合機(jī)的同步性不好，不能滿足印染工藝要求。為了解決這一大難題，后來(lái)又采用直流恒磁調(diào)壓分電源傳動(dòng)系統(tǒng)。它是每臺(tái)直流傳動(dòng)電機(jī)配一臺(tái)直流可控硅電源，電機(jī)的勵(lì)磁電壓保持恒定，各單元之間的同步調(diào)節(jié)靠改變直流電機(jī)的電樞電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。此方案雖然改善了調(diào)速范圍小的問(wèn)題，但是由于印染機(jī)械聯(lián)合機(jī)單元數(shù)多，一般傳動(dòng)電機(jī)達(dá)30臺(tái)之多，每臺(tái)電機(jī)都需一臺(tái)直流可控硅電源，因而故障率非常高，成本也高，同樣存在直流電機(jī)的維護(hù)和保養(yǎng)難的問(wèn)題，因此在某種程度上還是制約了印染機(jī)械的發(fā)展。 隨著電力電子技術(shù)的微型化、集成化、數(shù)子化的發(fā)展，印染機(jī)械的電氣傳動(dòng)自80年代末和90年代初，由變頻器和交流電機(jī)組成的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)逐步取代由直流電機(jī)和整流裝置組成的直流調(diào)速系統(tǒng)，以光電器件取代機(jī)械裝置，以PLC取代觸點(diǎn)式繼電器。 3 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)在印染機(jī)械上應(yīng)用方案 (1) 進(jìn)入90年代初，交流變頻調(diào)速在印染機(jī)械上應(yīng)用還是以模擬量控制為主。 輸入信號(hào)為模擬量信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)后與定時(shí)采樣過(guò)來(lái)的也經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的張力反饋信號(hào)疊加，轉(zhuǎn)換成CPU能接受的離散數(shù)字信號(hào)，CPU按一定要求進(jìn)行運(yùn)算后，再把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)供給變頻器按一定頻率運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到整臺(tái)聯(lián)合機(jī)的連續(xù)同步運(yùn)行。 這種系統(tǒng)控制方式還僅僅是采用了PID調(diào)節(jié)的模擬信號(hào)系統(tǒng)，仍然屬于經(jīng)典控制理論范疇，尚難以實(shí)時(shí)完成較為復(fù)雜的在線控制運(yùn)算以及較為精確的控制。并且由于印染機(jī)械傳動(dòng)電機(jī)較多(最多達(dá)30多臺(tái)電機(jī))，因此需要大量的A/D轉(zhuǎn)換，從而造成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本相對(duì)較高。 (2) 近年來(lái)，各類PLC生產(chǎn)廠家紛紛推出帶有內(nèi)置RS485接口的PLC，并且還增加了多功能通訊接口選配卡，如Profi bus、Mod bus等通訊卡。而變頻器制造商也紛紛推出了帶有內(nèi)置RS485接口的變頻器，同時(shí)也可根據(jù)用戶要求，另外配置Profi bus、Mod bus等通訊卡這樣，用戶又可自定義協(xié)議，把PLC與變頻器以及人機(jī)界面(HM1)通過(guò)通訊接口聯(lián)系在一起，形成一個(gè)比較完整的控制鏈路。近兩年來(lái)，印染機(jī)械多單元同步系統(tǒng)配置框圖如圖3所示。 這樣相對(duì)圖1所示的系統(tǒng)中，A/D轉(zhuǎn)換也可省略，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化了外圍的控制及轉(zhuǎn)換器件，PLC直接通過(guò)數(shù)字通訊模式與變頻器，按照一定采樣周期T進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息的輸入、處理和輸出，簡(jiǎn)化了A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊，縮短了控制周期，提高了在線檢測(cè)、運(yùn)算和驅(qū)動(dòng)能力。 ① 同步控制 人機(jī)界面通過(guò)通訊口給PLC發(fā)出主令速度信號(hào)(輸入信號(hào))的命令，PLC把主令速度信號(hào)寫(xiě)給主動(dòng)機(jī)變頻器，然后分別把從動(dòng)機(jī)模擬量口反饋信號(hào)讀進(jìn)來(lái)，在PLC數(shù)據(jù)寄存器里面與輸入信號(hào)進(jìn)行疊加運(yùn)算并作PID調(diào)節(jié)，最后把結(jié)果分別寫(xiě)入相應(yīng)原從動(dòng)機(jī)變頻器，從而達(dá)到全機(jī)同步運(yùn)行的作用。 ② 在線檢測(cè)和故障診斷 印染機(jī)械長(zhǎng)度可達(dá)幾十米，操作工人是很難實(shí)時(shí)監(jiān)視整臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行情況的。此系統(tǒng)由于全部采用數(shù)字通訊接口，所以可通過(guò)通訊接口把變頻器相關(guān)參數(shù)量級(jí)如電流、轉(zhuǎn)速、頻率）讀到人機(jī)界面上來(lái)，供操作工人監(jiān)視，并可根據(jù)實(shí)際情況作出相應(yīng)的判斷和調(diào)整。另外，最重要的一點(diǎn)是：從動(dòng)機(jī)張力反饋信號(hào)通過(guò)變頻器模擬量輸入口在變頻器內(nèi)部轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)后，存入相應(yīng)地址的數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)，PLC通過(guò)RS485式Profi bus、Mod bus等把此數(shù)據(jù)讀入PLC數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)，然后人機(jī)界面(HMI)又通過(guò)與PLC的通訊接口把此信號(hào)數(shù)據(jù)讀上來(lái)，用棒圖形式把反饋信號(hào)的大小顯示出來(lái)，供操作工觀察，使他們能實(shí)時(shí)監(jiān)視全機(jī)的運(yùn)行狀況，從而減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。 4 結(jié)束語(yǔ) 當(dāng)前，國(guó)際印染機(jī)械正朝著經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和高效率、適應(yīng)小批量多品種及快速反應(yīng)能力等方面發(fā)展，對(duì)于印染設(shè)備的前處理、染色、印花和后整理四大環(huán)節(jié)，伴隨著工業(yè)自動(dòng)化控制和傳動(dòng)領(lǐng)域的技術(shù)革命，提高印染設(shè)備的電氣控制和傳動(dòng)調(diào)速以及在線檢測(cè)等方面的技術(shù)水平，將為生產(chǎn)廠家提供面對(duì)全球經(jīng)濟(jì)一體化帶來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)新機(jī)遇。 |
