基于PLC和变频器控制的毛条生产线

广东某厂是国内较早建立起来的毛条生产专业厂之一。十多年前从法国引进一条二手毛条生产线，该生产线由型号为GC12-CPA的头针机（Automatic Threading）和型号为GC 12 Type 91的尾针机（Automatic Ball Doffing）组成。整条生产线长50多米，宽4米多。它是毛纺、毛织行业必备的生产设备。原设备是由继电接触器控制的。经过十多年的运行，设备已经老化，生产效率低，有些元件已无备品，特别是继电控制板的双路继电器损坏更多，这些元件在国内已无替代品。一旦设备出现故障，往往停产几天，严重影响生产。为此，必须对该生产线进行技术改造。 1 头针机和尾针机的工作流程和技术改造的思维 头针机是一条将毛、涤纶丝等粗纤维梳理成初级毛条胚料、螺旋形地落在料桶中的机组；尾针机是将6～12根毛条胚料纺成毛条并自动落球的机组。头针机和尾针机的工作流程分别如图1、图2所示。 从图1、图2的工作流程我们发现有几个技术问题是必须考虑的。 （1）毛或涤纶等丝状物质在纺纱过程中受拉力。起动时拉力要小，匀速时拉力可大，减速时拉力又要小。这种变速控制在原继电接触电路中是通过对主轴电机的快速和慢速控制来实现的。 由于毛条经历起动→加速→匀速→减速→停止→落球（或落桶）的运动，如用变频器控制电机，很容易实现。而且通过变频器可以改变电机电源的频率，从而改变电机的输出速度和输出力矩，使毛条能在适当的拉力下运动。因此，决定采用变频器控制。 （2）毛或涤纶在纺制成毛条的过程中，故障保护相当重要。原电路图的各种保护设计独特且合理。其中包括断纱保护、罗拉搭接保护、出条器故障保护、搭接区故障保护等。当出现任一故障，都会导致保护而使全线停车。这些故障保护如果用PLC编程很容易实现。 图3为使用PLC和变频器控制的主电路示意图。由于生产线的头针机和尾针机是分离的，各自独立控制，其主电路基本相同，但控制的输人/输出点和具体控制的内容不同。故此头针机采用三菱FX2N-64MR型PLC和韩国LG的STARERT-iS5型变频器，尾针机采用三菱FX2N-80MR型PLC和韩国LG的STARERT-iS5型变频器。图3中部分触点没有标注文字符号，这是由于头针机和尾针机使用的控制触点不同的缘故。 （3）头针机和尾针机的落料都采用了限位开关、电磁阀、气动控制，但其机构有很大的不同。从头针机输出的毛条胚料螺旋形地落在落料器的料桶中。落料器是一个直径为3米的旋转平台，内置4个大料桶。平台由电动机驱动有进出滑道和定位机构。 尾针机的落料过程比较复杂。机器启动后，毛条自动搭接卷缠在绕纱针棒上，当毛条的长度达到设定值（例如420米），计数器P1到达（如图2所示），快车停止，交换过程开始。机器转到低速，到接近开关BQ10，延时。再到接近开关BQ20，机器停止，驱动压臂（arm）压下，触动行程开关SQ45，钳板（silver locker）动作。到触动行程开关SQ46，驱动推出器（ejector）向前，将毛条球推出落下。之后触动行程开关SQ47，驱动推出器向后。碰行程开关SQ48，压臂复位合上，到触及行程开关SQ49，计数器复位预置为0，延时后搭接器（silver overlapper）向上，将毛条纱搭接在绕纱针棒上，延时后触动行程开关SQ55、SQ56，机器低速运行，延时后搭接器复位，交换过程结束。机器快速，开始另一循环。 以上的交换过程，以及机器运动中的循环控制，都可通过PLC编程实现。 2 对毛条生产线进行技术改造的一些原则 用PLC和变频器技术来改造旧的生产线，与新建一个PLC变频器控制的生产线不同，做起来并不大容易。因为操作工人都已熟悉原生产流程和生产工序，已熟悉各种操作按钮、开关及各监视的视听设备。因此改造过程必须满足： （1）保证维持原生产线的电路控制逻辑，且要便于操作； （2）尽量使用原电动机、电磁阀、行程开关，接近开关和电源变压器等，做到控制线路的接线编号与原编号一致； （3）使用原操作主令元件，例如起动按钮，转换开关，停止按钮，急停按钮，暂停按钮等； （4）保证各种监视机器运作的指示灯动作不变，例如正常工作指示、故障指示、缓行指示、交换指示、复位指示等； （5）对生产线的各种故障停机，例如压力保护停机、出条断纱停机、毛条绕上下针棒停机、纱架无纱停机、马达保护停机等，要能保证实现，且有较高的灵敏度； （6）保证电源频率可调。