丹佛斯FC360在卷染機(jī)上的應(yīng)用

摘要：目前，在紡織品加工市場(chǎng)中，布匹染色是重要的一道工序。卷染機(jī)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)成品坯布進(jìn)行漂白、上色、整壓磨面等相關(guān)紡織品加工工藝的完成。

卷染機(jī)控制方面要求具備自動(dòng)計(jì)數(shù)（上布道數(shù)）、自動(dòng)掉頭（來回多次漂白或染色）、自動(dòng)停車（急停且穩(wěn)定，不能有布匹松弛或下垂）等功能。在整個(gè)加工工藝過程中，要求保持布匹的拉伸張力和線速度恒定，因此對(duì)整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的自控控制水平要求較高。

       丹佛斯FC360優(yōu)異轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩控制對(duì)卷染機(jī)進(jìn)行恒線速度和恒張力控制，同時(shí)也可以滿足印染廠潮濕，腐蝕的惡劣環(huán)境。

1.系統(tǒng)構(gòu)成

卷染機(jī)的控制示意圖

2．控制方式

（1）該卷染機(jī)使用兩臺(tái)4KW電機(jī)，實(shí)現(xiàn)中心軸卷曲控制。成品坯布首先通過上布電機(jī)勻速卷到其中的一個(gè)滾筒上，滾筒的傳動(dòng)軸上安裝有計(jì)數(shù)用的接近開關(guān)（即滾筒每旋轉(zhuǎn)一卷，接近開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)脈沖），此時(shí)卷染機(jī)控制器計(jì)下一整匹坯布的道數(shù)。上卷完畢后，采用人工的方式把布匹的一頭，穿過染池、連動(dòng)軸，卷到另外一個(gè)滾筒上面并纏緊，開動(dòng)卷染機(jī)，便可進(jìn)行坯布的染色。此時(shí)兩個(gè)滾筒朝著同一個(gè)方向運(yùn)轉(zhuǎn)，控制的要求是始終要保持坯布上的拉伸張力恒定，并且坯布經(jīng)過染液的時(shí)間一致，也就是線速度要保持恒定。這是一個(gè)沒有線速度反饋，同樣，也沒有張力反饋的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，因此，控制系統(tǒng)需要適當(dāng)調(diào)整放卷變頻器的輸出頻率以及 收卷變頻器的輸出轉(zhuǎn)矩來達(dá)到該種獨(dú)特的要求。

（2）該卷染機(jī)以西門子S7-1200 PLC控制器作為主控制器，采用觸摸屏作為人機(jī)界面，它主要完成的是布匹張力、運(yùn)行線速度、布匹厚度、來回卷染次數(shù)的設(shè)定，放卷電機(jī)的運(yùn)行頻率、收卷電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的計(jì)算，自動(dòng)調(diào)頭、自動(dòng)停車等相關(guān)邏輯動(dòng)作的控制。變頻器和控制器之間采用網(wǎng)絡(luò)通訊PROFINET。

（3）由控制示意圖可見：兩臺(tái)完全一樣的變頻器（4kw），它們均工作于矢量帶反饋控制模式下。上布時(shí)刻，卷染機(jī)plc控制器記錄下卷在滾筒上面的布匹圈數(shù)，然后由操作工測(cè)量該布匹的厚度，把這個(gè)值輸入到控制器，控制器將根據(jù)坯布的厚度和布匹的圈數(shù)，可以精確計(jì)算出滾筒的直徑。采用這種方法可以輕松獲得時(shí)實(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，且誤差較小。控制器通過實(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，用戶設(shè)定的張力、線速度，準(zhǔn)確計(jì)算出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩（收卷電機(jī)）和匹配頻率（放卷電機(jī)），通過網(wǎng)絡(luò)通訊PROFINET，傳輸給FC360變頻器作為控制收、放卷電機(jī)的基本參數(shù)。從而保證了恒線速度與恒張力的控制，其中，恒張力控制是利用Fc360變頻器的轉(zhuǎn)矩控制來實(shí)現(xiàn)的。

（4）由卷染機(jī)的工作原理可知，放卷側(cè)的電機(jī)始終處于發(fā)電狀態(tài)，通常的做法都是采用制動(dòng)單元加制動(dòng)電阻，將負(fù)載回饋給變頻器的電能以熱量的形式消耗掉。對(duì)于卷染機(jī)這樣長期工作在發(fā)電狀態(tài)下的設(shè)備來說，這種方式對(duì)電能的浪費(fèi)是很大的，同時(shí)，也因?yàn)橐鋫浯蟮碾娮柘涠加秒姎饪刂乒竦目臻g。FC360變頻器可以方便支持公用直流母線，將兩臺(tái)變頻器的直流母線直接并聯(lián)，這樣卷染機(jī)正常工作時(shí)，因?yàn)榉啪碇苿?dòng)所產(chǎn)生的電量通過并聯(lián)的母線又回饋到收卷的電機(jī)上，從而使電能得到充分利用，極大地提高了電能的使用效率。但是在快速停車的時(shí)候，兩臺(tái)電機(jī)都處于發(fā)電狀態(tài)，在其中的一臺(tái)變頻器上面仍舊并了一個(gè)制動(dòng)電阻，這個(gè)制動(dòng)電阻的工作是短時(shí)的，能耗很小，主要是防止在系統(tǒng)停車時(shí)造成的變頻器過壓故障。

3.恒轉(zhuǎn)矩控制

      放卷變頻器工作在力矩模式下，在轉(zhuǎn)矩控制模式下，要保證放卷輥恒張力運(yùn)行，變頻器轉(zhuǎn)矩給定必須滿足下列計(jì)算公式:

T=T0 *R/R0

T0 光輥時(shí)的轉(zhuǎn)矩=F* R0（F運(yùn)行張力）

R 當(dāng)前放卷輥半徑

R0光輥半徑

4．恒線速度控制

收卷變頻器工作在閉環(huán)速度模式下，在速度控制模式下，要保證收卷輥恒線速運(yùn)行，變頻器轉(zhuǎn)速給定必須滿足下列計(jì)算公式：

n =（ V*N）/（π*D）

V 設(shè)定的線速度

N 傳動(dòng)比

D 當(dāng)前收卷輥直徑

5.系統(tǒng)的特點(diǎn)

   （1）采用西門子S7-1200和丹佛斯Fc360網(wǎng)絡(luò)通訊；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)的快速交換；減少柜體的走線，變頻器的接線；減少PLC的編程和避免干擾；

  （2）自動(dòng)化程度較高：可自動(dòng)計(jì)圈，計(jì)道，自動(dòng)倒卷，自動(dòng)升溫，工人勞動(dòng)強(qiáng)度小，一人可看多臺(tái)機(jī)器；溫度自動(dòng)控制，可有效克服普通大卷裝染色的匹差。

  （3）丹佛斯Fc360標(biāo)配IP20防護(hù)等級(jí)，可采用獨(dú)立的選件升級(jí)到IP21；輕巧的設(shè)計(jì)還能夠?qū)崿F(xiàn)零間隙的并排安裝；簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置，支持中英文的圖形控制面板，電路板3C3涂層，最大55℃的工作溫度。

（4）品種適應(yīng)性強(qiáng)：由于采用PLC優(yōu)化程序控制，實(shí)踐證明丹佛斯變頻器FC360用在雙變頻器卷染機(jī)上，適應(yīng)品種能力強(qiáng)，布的薄厚都不影響運(yùn)行。

（5）各種故障自動(dòng)識(shí)別，自動(dòng)報(bào)警，動(dòng)作連鎖，安全性好。

（6）丹佛斯FC360變頻器RFI濾波器符合C3等級(jí)；22KW以下內(nèi)置制動(dòng)斬波器；與控制卡集成的現(xiàn)場(chǎng)總線（Profibus  Profinet）