张力控制器PLC在双变频卷染机控制系统中的应用

1引言

在染织行业中，卷染过程在整个布匹加工过程中起着重大的作用，这一过程主要是通过将布坯在卷染机内进行多次往复卷染，去掉布坯上的染浆或杂丝，从而对布坯进行均匀染色等。卷染机适合于目前市场对多品种小批量织物的染色需求，可间歇式生产，发展前景看好，应用越来越广泛。
卷染机控制方面要求具备自动记道、自动计数、自动换向、自动掉头、自动停车等功能，在整个工艺过程中，要求保证布匹的张力和线速度恒定是最重要的，因此对系统的自控水平要求较高。
国内较为传统的卷染机大部分采用双直流电机控制，只能达到近似的恒张力控制效果，也有采用单变频器的卷染机，放卷采用异步电机直流制动的方式，收放卷用接触器在变频器和直流制动之间进行切换，以上这些方案，分析其原理，都是在较大误差情况下的一种近似结果，因此控制效果不尽如人意。进口的高档卷染机，有的是采用液压控制，有的是采用伺服控制，也有的是用价格昂贵的工程型变频器来实现，效果都较为理想，但是对于国内的大部分用户来说，成本压力非常很大。
传统的进口液压控制系统也有采用液压泵与比例节流阀组成的泵源可以实现液压马达的无级调速，但该类系统维护检修麻烦，而且价格也特别昂贵。本文介绍的案例，采用科威公司的EC系列张力专用控制器PLC加科威矢量变频器和HITECH公司的人机界面解决方案。

1.1应用场所：

 *2007年我公司配套了无锡高特迈印染机械有限公司双变频卷染机的项目。

 *2008年我公司配套了浙江印染机械有限公司双变频卷染机的项目。

 *2005年我公司配套了福建晋江佶龙印染机械有限公司双变频卷染机的项目。

 *2008年3月我公司承建了湖北仙桃联亮印染有限公司进口液压卷染机改造的  项目。该项目已竣工投产，设备已正常运行。

 *2009年5月我公司承建了绍兴盛鑫印染有限公司进口直流卷染机改造的项目。该项目已竣工投产，设备已正常运行。

 *2009年9月我公司承建了绍兴印染有限公司进口双变频卷染机改造的项目。     该项目已竣工投产，设备已正常运行。

2 用户要求

2.1基本电器参数及要求

1、主机电机功率     7.5kw

2、出布电机,搅拌电机      2.2kw

3、1个温控区温度按用户设定自动控制

4、水量、液料手/自动控制

5、PID调节，

6、张力自动检测调节，多功能保护

7、采用人机界面全自动控制

8、异常情况报警，设备安全连锁

2.2巨型卷染机技术指标

◆门幅：1800—3600mm

◆最大卷径：1500mm

◆车速：10—150m/min

◆车速精度：5 %

◆最高温度：100 ℃

◆张力调整范围：20~2000N

◆张力精度：5 %

3、系统方案

3、1系统结构

1、1台EC-16M12R-04K02B-6P张力专用PLC和2台矢量变频器，通过CAN  总线组成主从站网络，485组成通信，完成设备启停，温度、张力控制    以及速度控制。

2、人机界面通过RS232与主站PLC的RS0口连接，所有手动操作、参数设定、工况显示均通过人机界面实现。

3、在工厂可以配置一台计算机作为服务器，通过RS232与主站PLC的RS1口连接，监视所有机器设备运行状态并记录运行数据。其他授权网络用户也可以通过访问服务器方便地察看设备运行情况或查阅设备历史数据。

4、系统框图：

5、网络结构：

每一台机器设备配一台控制器，因此网络结构可以连接3969台卷染机。工艺管理和设备状态监控均可在网络平台上执行。

网络功能：

l        监视每台机器设备的工作状况。

l        下载相关工艺参数。

相关说明：

每台机器所配的控制器，均已有现场总线接口，无须再配置通信模块；

每台机器上的控制器均是现场总线从站，从站地址和通信速率可设，但通信速率必须与主站一致。

组建网络时，63台设备配一个CAN主站，CAN主站可选通用EC-08M08R即可；网络增加时，CAN主站数目增加；多个CAN子网并行工作，通信效率与一个子网相同。

用一台计算机通过RS485连接各CAN网主站；如只一个CAN子网可用RS232连接。

3.2系统特点

1、1个温控区张力PLC自带控制，PT100的热电偶信号输入安排在同一PLC 上，而相关的控制参数也通过人机界面预置在该 PLC中。这样处理好处   是：1）、使温度控制动作在最短的时间得到响应；2）、 减少了通讯的数  据交换量，加快了通讯速度；3）、便于故障快速诊断。

2、2路12Bit的DA输出，作为变频器高精度力矩和速度控制。

3、在人机界面中可预设张力和速度曲线，从而达到恒张力恒速度调节。

4、在PLC程序中对方向自动识别的控制，方便实现了恒张力恒速度的自动转换。

3.3人机界面功能

1、设备启停

2、系统温度、张力、速度设定

3、系统PID调节参数设定

4、脉冲参数设定

5、工艺控制参数设定

6、当前运行状态显示

7、系统报警功能

3.3人机界面画面

主操作画面之一：

系统参数查看画面之一：

测试画面之一：

4 比较分析

我公司承建的湖北联亮印染的进口液压卷染机采用的是科威专用张力PLC控制器和矢量变频器为主控元件的控制系统，以下是PLC/HMI控制系统与液压控制系统的比较分析：

1、方便性：PLC控制系统电路设计简洁，大量的仪表、按钮、继电器被简化。复杂的电路被PLC的程序和HMI的组态所代替。

2、一致性：通过PLC强大功能实现内含有张力控制算法：瞬时速度在线识别，惯量识别与动态控制，静态力矩和动态力矩识别及补偿。其控制的卷染机性能接近进口液压卷染机。

3、精确性：在正常运行状态下，PLC控制系统控制点的实时张力和速度跟踪的极限偏差能控制在±5，温度控制的极限偏差为±2℃。

4、灵活性：因为PLC的程序和HMI组态可以根据实际运行情况及用户需求随时修改，所以PLC系统具有更好的灵活性。

5、互连性：PLC控制系统通过一根电缆既可方便的将所有机器设备运行状态和数据传送给计算机，进而接入互联网；整个系统需配不需要通讯模块就能将系统信息介入计算机。

6、经济性：PLC+HMI+变频器：27000元左右，可以控制1台机器所有的运行功能；进口PLC+调节仪+变频器+通讯模块+工控机：74000元左右，也只能控制1台机器运行。混合型张力PLC系统具有更好的性价比。

5 结束语

本系统优化参数值之后，设备试机时速度120米/min非常稳定，完全解决了原来采用直流电机张力控制不够连续、稳定问题。从安装了张力传感器来监测布匹张力，从传感器检测回来数据可以看到，这个系统张力控制非常稳定，稳态时候波动可以做到小于5%，快速加减速度动态过程波动小于10%。从传感器也可以看到锥度系数控制中作用，而这些性能，功能都是原来直流电机没有做到。采用公用母线方式，设备效率为90-95%、节电率为40%左右。本系统电气器件配置简练、逻辑清晰，兼顾了控制要求和成本之间要求，确是个性价比优良方案，采用该控制方案卷染机现已经已经福建，淮北，江苏，广东，湖北等批量应用。

参考书目

[1]科威自控嵌入式PLC《EASY编程手册》

[2]科威自控嵌入式PLC《EASY原理及应用》

[3]科威自控嵌入式PLC《张力控制原理及应用》

[4]HITECH《ADP软体使用手册》

[5]KW188系列《矢量变频器使用说明书》