技術(shù)頻道

      臺(tái)達(dá)變頻器在紡織織帶盤帶機(jī)上的應(yīng)用

        1 引言
        中國(guó)作為世界紡織大國(guó),棉紗、棉布、呢絨、絲織品、化纖、服裝等產(chǎn)量均居世界第一位,服裝出口也多年來(lái)始終保持著世界第一位。紡織產(chǎn)業(yè)在中國(guó)占有舉足輕重的地位。紡織織帶是指以各種紗線為原料制成狹幅狀織物或管狀織物,其品種繁多,廣泛用于服飾、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍需、交通運(yùn)輸?shù)雀鳟a(chǎn)業(yè)部門。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的織帶行業(yè)起步較早,已完全進(jìn)入成熟期,由于生產(chǎn)成本高等因素將織帶行業(yè)轉(zhuǎn)到發(fā)展中國(guó)家生產(chǎn)。目前中國(guó)是世界上最大的織帶生產(chǎn)企業(yè),但是近年由于印度、越南等地?fù)碛械膭趧?dòng)成本優(yōu)勢(shì)正在成為中國(guó)紡織業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,通過(guò)提高以自動(dòng)化為核心的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力才能保持世界第一的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。
        2 盤帶機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        2.1盤帶機(jī)工藝
       ?。?)工藝原理:紡織織帶盤帶機(jī)設(shè)備工藝目的是把大卷的帶材卷成長(zhǎng)度一定的小卷。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及收卷結(jié)構(gòu)如圖1所示

      圖1盤帶機(jī)系統(tǒng)工藝與收卷結(jié)構(gòu)

      圖2收卷速度分析

        (2)工藝指標(biāo)設(shè)計(jì):帶材上的張力要恒定,從而保證卷曲材料的內(nèi)外卷曲張力恒定。每一個(gè)工序從空芯安裝到機(jī)器上到滿卷停車成品下線,需要卷曲長(zhǎng)度為15m的時(shí)間不大于12s,卷曲長(zhǎng)度為30m的時(shí)間不大于15s,包括變頻器啟動(dòng)停止時(shí)間以及機(jī)械動(dòng)作時(shí)間(從上空卷到滿卷產(chǎn)品完成)。經(jīng)過(guò)測(cè)量,機(jī)械動(dòng)作時(shí)間會(huì)占用6s左右,所以當(dāng)卷曲長(zhǎng)度15m時(shí)變頻器從啟動(dòng)到停止的時(shí)間不能大于6s,卷曲長(zhǎng)度為30m時(shí)變頻器從啟動(dòng)到停止的時(shí)間不能大于9s。由于用戶要求停止后定長(zhǎng)切割,在牽引輪上安裝有編碼器用來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度,所以系統(tǒng)要精確停止。

        2.2收卷系統(tǒng)分析

        收卷采用泡沫卷心,并且是通過(guò)夾板與卷心之間的摩擦力來(lái)進(jìn)行收卷,所以要求張力比較小。當(dāng)張力較大時(shí),容易讓泡沫卷心變形,甚至粉碎。按照以圖2加減速時(shí)間相等收卷速度設(shè)計(jì),則有:L=1/2*T*V,(L為長(zhǎng)度,T為時(shí)間,V為線速度);經(jīng)計(jì)算:當(dāng)長(zhǎng)度15m,變頻器工作時(shí)間為6s時(shí),帶材最高速度300m/min;當(dāng)長(zhǎng)度30m,變頻器工作時(shí)間為9s時(shí),帶材最快速度400m/min
        π*D*n=V,其中D為直徑,n為轉(zhuǎn)速,V為線速度;如果按照最小工藝卷徑D=38mm計(jì)算,當(dāng)線速度為300m/min時(shí),變頻器運(yùn)行的頻率為84hz(2515rpm);當(dāng)線速度為400m/min時(shí),變頻器運(yùn)行的頻率為112hz(3352rpm)。

      圖3自動(dòng)化工藝結(jié)構(gòu) 圖4 變頻器接線圖

        2.3自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        (1)方案的確定:此系統(tǒng)要求張力小響應(yīng)快。根據(jù)公式F=m*a,F(xiàn)為張力,m為質(zhì)量,a為加速度,如果要求張力小,則要求F??;當(dāng)F小時(shí),要求a就??;如果要求響應(yīng)快,則要求a大;當(dāng)a大時(shí),要求F就大。所以最終決定采用加張力擺桿,收卷工作在張力閉環(huán)狀態(tài)下。測(cè)量后擺桿的幅度為1VDC-8VDC。結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。變頻器接線如圖4所示。

      圖3自動(dòng)化工藝結(jié)構(gòu) 圖4 變頻器接線圖

        (2)速度曲線設(shè)計(jì):為了滿足加減速時(shí)間,同時(shí)希望最高速度保持在一定范圍內(nèi),所以最終決定將速度運(yùn)行曲線做適當(dāng)修改,除了加速過(guò)程和減速過(guò)程,還增加一個(gè)穩(wěn)速過(guò)程,速度圖形如圖5所示。

        如果按照以上曲線運(yùn)行,當(dāng)長(zhǎng)度30m,變頻器工作時(shí)間為9s時(shí),將加速時(shí)間,穩(wěn)速時(shí)間以及減速時(shí)間都設(shè)定為3s,則理論上帶材最快速度只需要300m/min,最高線速度有所降低。

        2.3張力控制系統(tǒng)

       ?。?)放卷:采用恒線速度運(yùn)行方式,當(dāng)前線速度由PLC通過(guò)通訊方式給定;放卷電機(jī)安裝有編碼器,卷徑通過(guò)厚度積分法來(lái)實(shí)現(xiàn),需要設(shè)置材料的厚度;由于此系統(tǒng)配置HMI,材料厚度由客戶自行設(shè)定。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度由當(dāng)前線速度和當(dāng)前卷徑來(lái)計(jì)算。

       ?。?)收卷:擺桿信號(hào)接入到收卷變頻器。為了實(shí)現(xiàn)恒張力控制,就必須保證收卷跟隨上放卷的線速度,即保證在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中使擺桿穩(wěn)定在某個(gè)位置。這就決定了需要收卷電機(jī)速度響應(yīng)而且在控制上能夠?qū)崿F(xiàn)擺桿的快速穩(wěn)定,特別是在加速過(guò)程和減速過(guò)程。為了提高電機(jī)的速度響應(yīng),電機(jī)尾部增加編碼器,讓變頻器工作在閉環(huán)控制模式下;為了實(shí)現(xiàn)擺桿的快速穩(wěn)定,使用了變頻器內(nèi)部的卷徑計(jì)算模塊和擺桿PID模塊,卷徑計(jì)算通過(guò)厚度積分法來(lái)計(jì)算。

        3 系統(tǒng)調(diào)試

        3.1放卷變頻器

        由于放卷電機(jī)安裝有編碼器,所以讓變頻器工作在閉環(huán)模式下。PLC實(shí)現(xiàn)卷徑計(jì)算,設(shè)置材料的實(shí)際厚度以及線速度來(lái)源以及機(jī)械齒輪比。線速度通過(guò)通訊由PLC給定。

        3.2收卷變頻器

        由于放卷電機(jī)安裝有編碼器,所以讓變頻器工作在閉環(huán)模式下。PLC實(shí)現(xiàn)卷徑計(jì)算模塊并設(shè)置材料的實(shí)際厚度線速度來(lái)源以及機(jī)械齒輪比。線速度通過(guò)通訊由PLC給定。

        --以及擺桿PID模塊。設(shè)置目標(biāo)值以及反饋來(lái)源,擺桿的反饋電壓范圍為1VDC-8VDC。根據(jù)運(yùn)行情況設(shè)置適當(dāng)?shù)腜,I,D值以及PID限制。根據(jù)調(diào)試情況,為了滿足快速響應(yīng)性,P值需要適當(dāng)設(shè)置大點(diǎn),I值設(shè)置偏??;為了防止出現(xiàn)過(guò)沖現(xiàn)象,PID限制相對(duì)設(shè)置小。

        限于篇幅,臺(tái)達(dá)變頻器具體參數(shù)設(shè)置略。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試,卷繞出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量與運(yùn)行速度上滿足盤帶機(jī)自動(dòng)化要求。實(shí)際測(cè)試,當(dāng)卷曲長(zhǎng)度15m時(shí)整個(gè)過(guò)程時(shí)間在9.5s,變頻器從啟動(dòng)到停止的時(shí)間為5.4s,卷曲長(zhǎng)度為30m時(shí)整個(gè)過(guò)程時(shí)間在12.9s,變頻器從啟動(dòng)到停止的時(shí)間不能大于8.8s,均小于工藝要求,客戶十分滿意。

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