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楊杰（1969 －）
男， 北京，本科，自動化儀表專業，（三菱電機自動化（上海）有限公司北京分公司），現任三菱電機自動化(上海)有限公司北京分公司驅動部經理，主要負責三菱電機的FA產品的市場推廣、銷售、代理商管理等工作。
1 概述
磁棒平網印花機(簡稱平網印花機)是紡織印染行業特別是毛巾（含浴巾、沙灘巾、裝飾巾、毛巾掛毯等）制造企業的重要生產設備。平網印花機由橡膠輸送帶（簡稱導帶）輸送毛巾運動，多個平網在毛巾上套印不同的顏色，其印花及套色的準確性直接影響毛巾成品的美觀和質量等級，因而要求拖動系統定位準確；為了提高生產效率，降低成本，又必須保持一定的印染速度。
若速度過快，慣性太大，導帶難以停穩，定位套色必然不準，這是一個不可回避的矛盾。在湖南某毛巾廠，我們以三菱工控產品為主體，設計了一個印花機自控系統，發掘了變頻器的功能，巧妙地利用它進行定位控制，以較少的投資平衡了上述矛盾，技術改造方案達到了預定的目標。
2 平網印花機的工作原理（如圖1所示）
首先在導帶的預定位置用乳白膠粘貼白色毛巾坯，然后啟動變頻器驅動三相籠型交流異步電機，電機經蝸輪減速機減速后拖動導帶，當導帶上的毛巾對準印花平網的位置停穩后，平網網框下壓貼緊毛巾，網框內放置的細圓磁性鋼棒在輸送帶下方的磁場控制器驅動下往復滾動，將平網內放置的顏料透過鏤空的圖案印染到毛巾上。第一個顏色的圖案印完了，網框抬起，導帶將毛巾送到下一個網框位置停穩，開始第二個顏色圖案的印染………，直到多個顏色（一般8~10個顏色）依次套準印完，一條彩色毛巾才告完成，而第二條毛巾緊接著第一條毛巾不間隔地套色印染………周而復始，連續作業。每條毛巾印染完成后，隨即送到隧道式蒸汽烘房內烘干，然后絞邊、整理、質檢、包裝，直至入庫出廠。
3 平網印花機自控系統主要配置
● 三菱多功能矢量控制變頻器：FR-A540-7.5K-CH（內置制動單元）1臺；
● 上海穩達RXLG鋁合金外殼變頻器制動電阻 75Ω/780W 1只；
● 三相籠型交流異步電動機：Y系列，4極，7.5kW 1臺；
● 三菱可編程控制器：FX2N-48MR-001（繼電器輸出、I/0=24/24、內置高速計數功能）1臺 ；
● 臺達旋轉編碼器：ES520CB8942（增量式、集電極開路輸出、解析度2000ppr）1臺；
● 三菱4.4英寸觸摸屏：F930GOT-BWD-C（STN藍白兩色） 1臺；
● 明緯開關電源：S-25-24（220VAC / +24VDC；為編碼器和觸摸屏供電）1臺。
圖1 磁棒平網印花機電氣控制系統配置
4.1 計算平網間隔的脈沖總數和分段脈沖數
8色平網的相互間隔是一個定值；減速機的減速比、傳輸輥的周長等也是定值；而編碼器每轉為2000個脈沖；根據以上已知數據，可以推算出理論上的脈沖數。用PLC編寫一條32位的高速計數器區間比較復位指令DHSZ，用觸摸屏對PLC數據寄存器D賦值，數值以理論脈沖數為基準增減，再與C251記錄的編碼器脈沖數進行比較，當兩個數據相等時，PLC指令變頻器和電機停機。
經反復賦值試驗，可以找到精確的編碼器脈沖總數。然后按照速度控制規律的各段分配脈沖數，以指導PLC適時向變頻器發出速度切換指令。試驗時電機采用低速運行，脈沖數以實際記錄為準，如圖2所示。
圖2 磁棒平網印花機運行周期曲線圖
4.2 變頻器參數設置
起初采用三段速控制，擬高速段Pr.4設為60Hz，中速段Pr.5設為30Hz，低速段Pr.6設為0.8Hz。經試驗，發現在中段速轉折處，導帶有些抖動，影響穩定均勻降速，最后設置兩段速：高速60Hz，低速設為0.8Hz。上限頻率Pr.1與高速段速度參數Pr.4數值相同；下限頻率Pr.2設為0。
加速/減速時間的設置是變頻器參數設置的關鍵。印花機“加速—運行—減速—低速運行—停止”為一個運行周期，每一周期中的間隔是磁棒的滾動印染時間。系統最終調試的結果是小于4秒鐘為一個運行周期：加速時間Pr.7、高速段60Hz運行時間、減速時間Pr.8、低速段0.8Hz的運行時間大約都設為1秒鐘。變頻器和電機是在0.8Hz的極低速度下運行到終點，即第二減速時間Pr.45為0。在降速和停止過程中，制動單元及電阻的直流制動（能耗制動）功不可沒。直流制動的相關參數有Pr.10直流制動動作頻率、Pr.11直流制動動作時間、Pr.12直流制動電壓等3個參數。合理設置這些參數，可以調整定位運行的停止精度或直流制動的運行時間，使它適合負荷的要求。總之，變頻器參數的設定始終要兼顧定位的準確性、穩定性和印染速度。
4.3 運行效果
在PLC程序設計時，對每一個運行周期進行編碼器計數清零，使之沒有誤差；變頻器參數的精細調整使導帶運行快速穩定，定位準確；驗收時的試驗結果是：連續13個周期的積累誤差小于0.5mm，滿足了毛巾印花機的速度和精度的要求。現在已運行了多月，情況良好。這套系統我們是采用普通三相籠型電機來作動力來源的，若改用變頻器專用的恒轉矩電機，效果會更加理想。
5 印花機控制系統發展趨勢
5.1 平網印花機控制系統發展趨勢
印花機分為平網和圓網兩個大類。
在經濟發達國家和我國沿海發達地區，普遍采用交流伺服系統來驅動平網印花機。交流伺服系統比變頻器系統效率更高、定位更準，技術更為先進，是目前的發展趨勢。如本文所敘述的系統，也可以采用三菱HC-SFS702型伺服電機和MR-J2S-700A型伺服放大器組成伺服系統，可以提高印染精度并較大幅度地提高生產效率。但是，它的投資大約是變頻器系統的5~8倍。
5.2 圓網印花機控制系統發展趨勢
傳統的機械式圓網印花機是由主電機通過機械傳動鏈使8~20只圓網與傳輸導帶同步運轉，連續印染無限長的紡織品。它的機械結構復雜、速度慢、效率低、對花次布多，不能適應高檔精細花型的生產。圓網印花機的發展趨勢是以荷蘭STORK畢加索產品為代表，采用多電機獨立傳動、同步運行的交流伺服系統，即將每只圓網和導帶分別采用伺服電機驅動，由高速計算機運動控制系統控制各分部同步高速運行。三菱Q運動控制器是新一代高速運動控制器的代表，一個單PLC系統使用3塊Q173運動CPU模塊最大可以控制96軸伺服電機。它采用伺服控制器網絡SSCNET將伺服放大器前后級串連接線，8軸的掃描周期僅0.88ms。采用Q173運動CPU通過伺服系統控制導帶和12色圓網，印染速度達到80m/min，印花精度達到±0.01mm，達到國外進口名牌整機的技術性能。
6 結束語
我國是紡織印染大國，有著數以萬計的紡織印染企業，生產設備技術改造的工作量很大，企業可以根據自身的經濟條件、產品檔次、生產狀況選擇合適的技改方案。本文推薦的方案無疑是一個效果顯著、投資節省的方案，值得在毛巾、床單印染企業推廣。這種控制方法也可以應用到其他如金屬塑料板材、線材定尺送料剪切等需要簡易定位控制的領域。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號