西门子SIMOTION 运动控制系统在九单元浆纱机上的成功应用

荣获“2007年度工控及自动化领域优秀案例”有奖评选 　二等奖
	写作心得： 作为中国工控网的VIP用户，我经常在中国工控网查阅资料及发布买售信息，深深的感到中国工控网为我们这些技术人员搭建了一个如此好的交流信息的平台。在此，对中国工控网的所有工作人员表示深深的谢意！ 这次我有幸参加了中国工控网举办的“中国工控网有奖征文活动”，能够参与本次活动并最终把自己的文章发表在《工控通讯》上是我的理想。作为工控及自动化领域权威咨询、资讯传媒，中国工业控制及自动化网络传媒开创者、领导者，中国工控网已经推出了面向广大自动化工程师的专业论文、方案应用频道以及会员内部交流资料——《工控通讯》，它覆盖了各行业与自动化产品、技术有关的论文、应用、方案、市场分析、对比分析、技术热点、系统设计、使用维修等内容。 虽然这次获奖与自己的平时的辛勤努力是分不开的，但是如果没有中国工控网搭建的这么好的学习、交流的平台，我个人也不会进步的如此之快。 最后，我还要大声的对中国工控网的所有辛勤工作的员工及对我有过帮助的朋友们说声“谢谢”！
	专家点评：
	本文详细讲述了西门子SIMOTION运动控制系统在浆纱机上的成功应用案例，该系统具有特色的是采用了直统共母线技术，使系统所需的装机功率减小，起到了节能的作用。另外，采用西门子的精确卷绕控制软件以及同步伺服电机，达到了控制精度，比原有的系统控制精度更高，提高了成纱质量。该系统的应用性比较强，有较强的实践意义。

摘要：以西门子SIMOTION D435控制系统为核心的九单元浆纱机伺服电控系统具有节能、可靠性高的特点。 关键词：浆纱机、SimotionD435、节能、可靠 一、项目介绍    江苏某纺织有限公司是一家大型港资企业，其产品大部分通过其在香港的外贸公司销往东南亚，美国及欧洲等国家与地区。因扩大生产需要，该厂急需购进一台高档浆纱机。在考察了多家中外纺织机械厂生产的浆纱机后，经过综合考虑，最后选择了我司与江苏某纺织机械有限公司合作开发的九单元浆纱机。这是继我公司在多年设计配套七单元浆纱机电器的基础上，又率先在国内开发研制成功了九单元高档浆纱机。 二、项目的简要工艺    浆纱是纺织行业织布前一道非常重要的工序，浆纱的目的在于增强纱线的强度和韧性，减少毛羽，纱线上浆的好坏直接影响织造的效率，纱浆得好等于布织了一半，由此可见浆纱机在纺织上的重要性。以前的浆纱机 多采用边轴传动、控制精度差，卷绕部分无级变速器故障率高，经纱上浆质量难以提高。为了适应对浆纱的高要求，各企业纷纷开发了七单元传动的浆纱机。而浆纱机性能的好坏关键在于对自动控制系统的精度和速度响应等要求较高，从纱线的退卷开始，浆槽浸浆、烘房烘干到卷绕成型，中间要经过伸长控制、温度控制、回潮控制、张力控制、计长控制、卷绕控制等多种高精度控制过程，使纱线变为具有所需要的适宜回潮率、伸长率、上浆率和卷绕张力的实用价值的经纱。 三、控制系统构成    这套九单元浆纱机电气控制系统采用全套德国西门子元器件，应用以西门子SIMOTION D435系统为控制核心，再外挂CU320控制装置一个，共直流母线技术，一个电源模块带4个电机模块，主要的配置如下：

这套系统的网络结构图见如下：

这套系统的监视画面见如下：

这台设备的外貌：

四、控制系统完成的功能    经轴退绕张力控制：采用当今最先进的AC300退绕系统，只需开车前先设定好经纱长度、经纱根数、经纱支数、轴心直径等参数后，开车过程中系统将会自动实时计算所需气压，真正保证退绕过程中张力的恒定。    车速和伸长率控制：利用西门子SINAMICS 伺服系统独有的装置间DRIVE-CLiQ同步数据传送功能及SINAMICS D435内外置的S120具有的速度－转矩闭环控制系统，使伸长率控制精度达到0.01%，并且保证在升降速过程和稳态过程中保持不变，减少纱线断头，保证上浆率和伸长率。    回潮控制：利用当今世界最先进的德国mahlo回潮仪，在线测量纱线的回潮率，由回潮检测控制仪输出控制信号和参考信号，SINAMICS D435自动控制全机车速在设定范围内升降，以达到控制回潮率的目 的。    烘房温度控制、浆槽温度控制：浆液温度和烘房温度的自动控制是获得良好上浆及伸长率、回潮率的必要条件。SINAMICS D435独立的PID控制，响应速度快，实时性好，具有低速防过烘功能。 浆槽压力控制：压浆辊压力随着车速的变化按照预先定义的多段斜率曲线变化，满足上浆率在不同速度下保持一致。控制曲线可自由定义，适应更多纱线品种。    卷绕控制：运用西门子独有的精确卷绕控制软件（系统自动运算材料的转动惯量、摩擦力等），无需张力传感器，能够将织轴从φ100mm卷到φ1000mm。卷绕张力可以实现从0－500K gf曲线设定。 五、系统特色 1、采用西门子同步伺服电机，大扭矩，小功率，系统装机功率不到40千瓦，而其它的电气系统由于采用的是变频电机，同样的系统装机功率需要75千瓦。 2、驱动系统采用直流母线连接技术和可逆变的IGBT技术，使得多台同步运转的电机中处于发电状态的电机产生的电能反馈到直流母线上供其它电机驱动，系统所需的能量最小化。实际生产中较其它电气系统节能50%。 3、自然风冷伺服电机配套原装德国变速箱，原装伺服电机专用动力电缆和编码器电缆的应用，系统的可靠性大幅度提高，运行稳定可靠。 4、高性能价格比。性能最优：采用西门子最新技术的SIMOTION D435伺服控制器和机床专用的高精度伺服电机，高响应、高动态特性；价格最低：西门子是目前世界上最大的机床数控系统供应商，产品性能先进，产量大，纺织业只是应用之一，将数控系统的质优价廉产品应用于纺织工业，是西门子的优势和强项，而其它中小公司研制的专用产品势必在开发费用、产量价格和性能水平上无法与西门子相匹敌。 5、采用汉化人机界面，适合中国用户。人机界面博采世界多家纺织机械生产厂家之精华，结合西门子专用软件和中国特色，开发出适合中国用户要求和习惯的低成本软件方案，实现最优控制和最佳效能。 六、与其它电气系统的比较    跟其它电控系统相比，采用西门子的SINAMICS D435伺服系统的九单元电控系统具有节能、可靠性高、系统运行稳定、成纱质量高、系统无故障运行时间长等优点，最具优势的特点是节能和高运行可靠性。在能源日益紧张的今天，节能已成为衡量一个设备技术先进性的重要指标；浆纱机是纺织准备工序的重要设备，一台机器后面都跟着几十台织机，因此浆纱机的运行稳定性和可靠性是非常重要的。 七、结束语   由于采用先进技术，减少了功率损耗，使系统总功率减小，如卷绕电机采用西门子通用数字主轴电机，加上特种卷绕软件，只需要9.5KW，而其他厂家用特种卷绕电机或变频电机需要22KW，因此本套全伺服控制系统总价甚至比其它厂家的普通变频系统还便宜，打破了以往伺服系统价格高昂的观念。