水洗牵伸联合机电气传动控制改造设计赵春秀（郑州纺织机械股份有限公司化纤工程部，河南郑州450053）要应用于小型设备，采用Profibus总线、PLC和变频器技术构成的单传动多单元变频同步系统。

　　随着微机控制技术、电力电子和电气传动技术的发展，交流变频调速技术正以其优异的控制性能日益为工业界所接受，而可编程逻辑控制器（PLC）作为一种高可靠型的控制部件，也正以的速度在工业自动化领域迅速普及。在我国传统产业中，存在着大量的以继电器、接触器和直流调速为主的电气传动系统，这些系统存在硬件线路复杂、可靠性低、能耗大、生产维修量大等许多缺点，因此如何将PLC与交流变频调速技术相结合，对传统产业进行改造，是企业界正在着力解决的问题。正是在这种形势下，我厂对原有的产品mS004水洗牵伸联合机进行了电气控制系统的再设计，将系统设计为PLC控制的交流变频调速系统。使之在市场经济中，提高了档次，增强了竞争力。

　　1产品工艺对控制系统的要求mS004水洗牵伸联合机用于干法腈纶纤维生产中将盛丝桶中纺丝机纺出的腈纶纤维进行集束、水洗、牵伸、上油、叠丝、卷曲、冷却，后由摆丝机摆放到盛丝桶中。联合机流程如：联合机由集束架、水洗牵伸机、叠丝机、卷曲机、冷却输送机五台单机组成。由五台调速电机驱动，它们分别是牵伸电机M1 45kW）、输送电机M5（1.5kW）、上油电机M2（0.75kW）。为了保证牵伸均匀，丝束质量稳定，牵伸、牵引、卷曲电机要求严格同步运行，系统的同步精度<0.1，输送、上油电机跟随同步。为了使丝速在牵伸后具有稳定的状态和自然的手感，要求对牵伸浴槽温度、卷曲预热箱温度、蒸汽压力、介质脱盐水的流量温度进行检测、控制、显示，并实现实时监控。

　　2方案选型在LHS004的方案选型上，重要的考核指标是传动系统的稳定性和同步性，根据工艺要求：转速精度<0.1，同步精度<0.1单机不稳定性<0.1，制动时间<2s.因此，我们把这个问题作为设计重点，从三个方面来考虑分析：2.1同步问题同一台单机都由一台变频电机单独传动，就必须保证每台电机之间始终速比不变，才能保证丝束张力恒定。由于没有系统同步反馈装置，因此在正常运行时，速比实际上依赖于变频器及电机的精度、稳定性，而新一代变频器精度及稳定性很高，尤其在采用闭环控制方式下，误差在0.05以下，至于动态同步，即启动、升速、降速、停止过程中的同步，通过PLC设定各变频器的升降速曲线参数的方法，控制各电机以不同的加速度升降速，保持稳定的速度比，达到严格同步，从而保证了丝束稳定的张力。从以上分析，只要我们选择合适的PLC、变频器、电机，在正常生产中，一定能达到所要求的同步精度。

　　2.2关于停车、倒拖根据工艺要求：①在牵伸单元与卷曲单元之间丝束具有一定的张力，因此牵伸电机会出现倒拖，即电机在高于本身同步转速的速度下运行，处于再生发电运行状态。这部分能量如果不处理，就会使电动机运转速度不稳定，不能正常生产，而且有可能造成变频器直流回路电压过高而损坏变频器。②LHS004有紧急停车装置，停车时间为2s以下。这就要求，系统能迅速地把这部分机械能消耗掉，使联合机速度迅速降为零。根据这两方面要求，变频调速系统有两种解决方案：一是单传动变频调速系统，即每个变频器附加制动斩波器和制动电阻，制动斩波器接在变频器的直流端，当停车和倒拖时，直流端的电压大于制动斩波器的阈值接通制动电阻，机械能消耗在制动电阻上，从而，当电机出现倒拖时，能够继续稳定的工作，而制动时，迅速地使电机速度降为零。

　　二是采用多传动变频调速系统，即多个逆变器共用一套整流装置，组成共直流母线，逆变器分开供各单元电动机，在正常工作时倒拖产生的能量通过共直流母线反馈到主拖动电机和电网，制动时产生的能量或反馈回电网或采用一套制动斩波器制动电阻，挂在共直流母线上。

　　比较两种方案，第二方案虽在有些厂家设备改造时应用过，但我们认为其虽然节约能源，但成本高，对于较大型项目效果明显，而对于LHS004电机大仅为451W的小型调速系统，性能价格比较差。因此我们认为采用方案较为理想。

　　2.3传动的控制传动的控制系统是变频器和PLC之间的连接是一对一，所谓的1连接方式，PLC传递0-10V或4一20mA模拟量信号和24VDC开关量信号给变频器，控制变频器的起、停升降速等。这样组成的系统信息集成能力不强，可维护性不高。PLC从变频器获取的信息也有限，大量的数据如变频器的参数、故障记录等数据得不到。PLC也不能对变频器的参数设定和修改。

　　另一方面，由于大规模集成电路的发展，现场总线这一技术的发展十分迅速，传统的模拟、数字分散型控制系统已被可靠、方便的现场总线FB（FieldBus）代替，广泛地应用于各行业中。

　　现场层网络通信技术也是工业自动化技术的革命，采用现场总线技术可以迅速、简单、低成本地实现自动化。现场总线是安装在生产过程区域的设备与自动控制装置之间的一种串行通信的数据总线，它可将设备的运行参数、状态以及故障等送往控制装置，控制装置又可将各种控制、维护、组态命令送往设备。

　　根据以上分析，为了用好用足PLC、触摸屏、变频器的内部功能，尽量减少外部配置，使整个系统具有高可靠性、安全性，操作维护简便，控制方式先进，我们采用现场总线技术作为PLC和变频器的通信方式，通过触摸屏监控变频器的运行、同步状况等。

　　2.4张力保持在联合机停车时，由于丝束张力的惯性，卷曲电机就会出现倒转，在卷曲之前丝束就会出现松弛现象。为使织物不松弛保持张力不变，避免在重新启动时丝束质量不稳定，采用在牵伸、卷曲电机后加装电磁抱闸一机械制动的方法。

　　3系统实现系统框如所示。

　　（1）系统传动采用ABB公司生产的ACS600系列变频器，它采用直接转矩控制（DTC）技术，直接控制的是电机关键的变量：磁通和转矩，可以对电机进行的速度和转矩控制。它还具有可选的现场总线适配器。其中，丝束的质量主要取决于牵伸、牵引、卷曲的严格同步，因此电机的驱动选用ACS600系列，加装脉冲编码器以后，静态速度控制误差可达0.01，动态度可达到0.1sec完全能够满足同步精度的要求。而上油及输送带系统框图统配置紧凑合理。

　　整个系统的控制采用日本OMRON公司生产的SYSMACa系列可编程控制器（PLC）。它具有大量丰富的温控、模拟量、通信等模块可供选择，功能比较强，完全能满足系统的需要，而且具有很强的通信功能。PLC作为控制中心，对传动、现场I/O及温度、压力流量进行控制。

　　系统的人机界面亦采用OMRON公司的触摸屏NT631C电机―选用，Acs，跟随同步」避免浪栳源说系这匕观触配各种报警显示、报警记录，代替了原控制系统的两个仪表柜十几块二次仪表及控制柜上的大量的按扭和指示灯，同时系统所有的控制参数也在屏上设定，并且所控参数的实际值、报警值、趋势图也在屏上一目了然地显示。

　　―DP现场总线，Profiles是一种不依赖厂家的开放式现场总线标准，由西门子，ABB等十几家公司和德国联邦技术部共同推出，是目前国际上推广速度快、用户多、应用范围广，有发展前景的现场总线。采用Profibus的标准后，不同厂商所生产的设备不需要对其接口进行特别调整就可通信。其中，Profibus―DP用于设备一级的高速数据传递，DP的传输速率可达12Mbits中央控制器（PLC/PC）通过高速串行线同分散的现场设备（如1、驱动器）进行通信，同这些分散的设备进行数据交换参数是周期性的。

　　Profibus―DP总线的应用完全可以保证传动系统的动态同步精度。如所示，PLC通过通信模块和变频器（通过通信板NPBA―12）构成了Profibus―DP网，再加上触摸屏就构成了整个控制系统。在触摸屏上设定和显示系统的高低速，通过Profibus网PLC输出和接收变频器的设定速度和实际速度。系统的启动，由PLC同时控制各单元机实现，根据设定的速度和启动时间对五台单元机输出给变频器不同斜率的值，控制各单元机以不同的加速度启动，各单元机之间保持稳定的速度比；系统运行时，由PLC根据设定的速度给各单元机稳定的值，靠ABB变频器的DTC闭环控制保证系统的运行精度；系统停车时，PLC同样输出给各台变频器不同斜率的值，保证系统各单元机间也保持稳定的速比，速度降为零时变频器输出一个零信号到PLC由PLC再输出一个/信号控制电磁抱闸，电机机械制动，保持丝束张力。

　　4结语从改造后的腈纶后处理联合机的生产使用情况和市场反馈信息资料来看，系统设计合理，运行稳定可靠，同步性能好，由于ProEbus―DP总线的应用，使得整机运行动态响应快，彻底解决了以往直流调速时的开车难、运行不稳定的情况。