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1 概述
牛仔布生產中，漿染聯合機是其關鍵的設備之一，長80多米，分為車身和車頭兩大部分。車身由上漿、染色、水洗和烘干四部分組成。在給定的工藝條件下，要求同步拖動電動機的轉速恒定在2 000±20r/min范圍內，才能達到穩定經線生產的產品質量。在進行正常經線操作處理時，電動機的轉速要求在50±4r/min左右，因此對電動機有較寬的調速范圍要求。在原系統中，與該同步拖動配套的電機是滑差電動機，其結構上存在機械特性軟、控制精度低、傳動效率低和電能損耗大的致命弱點。因此，用結構簡單、體積小、成本低、可靠性高的交流鼠籠異步電機取代滑差電動機，用交流變頻調速技術與PLC自動控制技術控制異步電機轉速，以保持漿染聯合機車身同步拖動電動機的轉速恒定，是改造漿染聯合機自動控制系統的關鍵之一。由于車頭收卷卷徑的不斷變化，或車身低速運行處理跳線、車頭仍在高速工作時，被控對象的動、靜態參數或控制系統結構參數發生了較大范圍的變化，增加了控制的難度，用普通的線性控制技術和非線性控制技術已不能滿足生產工藝的要求。為此采用單片機系統，配以特定的數學模型解決了這一難題，實現了對漿染聯合機的控制。
2 控制系統組成
漿染聯合機自動控制原理框圖如圖1所示。本系統主要由經線導輥群、鼠籠異步電機、變頻器、PI調節器、速度傳感器五部分組成。采用轉速閉環的目的是保證經線速度基本上不隨負載變化或受外界的干擾而變化。PI調節器由LM741集成塊組成，它將可編程序控制器送來的給定信號與反饋信號比較后產生的誤差信號進行PI運算，然后輸出一個控制變頻器的信號。變頻調速器帶制動電阻。速度傳感器是以測速發電機組成，它將轉速信號轉換成電壓信號輸入到PI調節器中，與給定信號比較后產生誤差信號。車身同步拖動變頻調速系統的控制精度主要取決于檢測元件及變送器的精度。
圖1 漿染聯合機自動控制原理框圖
電機的變頻調速是由PLC控制器與PI運算器來控制的，使系統操作簡單、運行可靠、自動化程度高。為了協調車身與車頭集中又分散的情況，控制系統引入可編程序控制器，使車身與車頭之間實現了協調控制。
3 系統工作原理
可編程序控制器將來自車身和車頭操作臺的信號進行協調處理后，分別給出車身恒轉矩變頻調速系統和車頭自適應恒張力控制系統的給定信號。當車頭換軸時，可編程序控制器將發出命令，停止車頭自適應恒張力控制系統的工作，降低車身恒轉矩變頻調速系統的轉速。如果在規定的時間內車頭換軸不能結束，就發出命令停止車身恒轉矩變頻調速系統工作。當車身需要低速運行處理跳線時，可編程序控制器又將發出命令降低車身恒轉矩變頻調速系統的轉速，同時降低車頭自適應控制系統的經線軸卷繞速度。根據閉環抑制定理，經線軸卷繞速度變化不會影響經線軸卷繞張力。
在車身恒轉矩變頻調速系統內，PI調節器將來自速度傳感器的信號與可編程序控制器給定值進行比較后，輸入到變頻器，控制變頻器的輸出頻率，調節車身兩臺電動機轉速，改變經線的線速度，使經線速度穩定在期望值之內。改變給定信號即可調節經線的線速度。
在車頭自適應控制系統內，調節器將來自張力傳感器、速度傳感器的信號和可編程序控制器給定值，按照保持張力恒定的特定數學模型計算出一個雙閉環控制系統的給定信號，再用雙閉環控制系統控制調節電機的轉速，使經線軸卷繞的張力穩定在期望值之內。
4 PLC工作過程
當車頭或車身進行經線處理時，車頭和車身同時處于低速運行狀態。在車頭換軸時，車頭停止工作，車身處于低速運行狀態。如果換軸在規定時間內沒有結束或者儲紗箱浮輥到達下限位時，車身自動停止工作。在車頭和車身同時處于正常工作狀態，如果儲紗箱浮輥到達上限位，車身處于正常運行狀態，車頭處于低速運行狀態；如果儲紗箱浮輥到達下限位，車身處于低速運行狀態，車頭處于正常運行狀態。完成上述工作過程由PLC的程序完成，梯形圖如圖2所示。
圖2 PLC程序梯形圖
5 PLC與變頻器的選用
該系統中，選用日本松下FP1-C40小型整體式可編程序控制器，它具有24個輸入點和16個輸出點，并可擴展一塊D/A模塊，該機具有很簡單的模擬量處理功能，可將不同的十六進制數送入D/A模塊，產生相應模擬電壓0～5V，對應十六進制00～FFH共255點，也對應于變頻器輸出頻率0～50Hz。
變頻器結合啟動轉矩選用一種啟動轉矩比較合適的變頻器，且要求使用四象限運行的變頻器，因為所有的非四象限運行變頻器通過合理的選擇調節器都可以實現轉速由低變高時的最優控制，而變頻器由高變低時卻無法實現制動時的最優控制，只有使用四象限運行變頻器再通過合理的選擇調節器才能實現，使用四象限運行變頻器是滿足高動態指標要求的必要條件，所以選用富士公司的FRENI5000G9S型，它可以帶動22kW的電動機。
6 系統投用效果
從系統投運半年多的情況來看，運行穩定、效果良好。車間統計數據表明：班產量平均提高4.8%，成品率平均提高2.7%；平均月節電438度；維修人員由原來每班二人減為一人，設備平均故障由原來每月5～6次降為1～1.5次；起動沖擊電流由原來額定值的6.5倍左右變為平滑啟動無沖擊；投資收益較好。
7 結論
系統采用變頻調速技術和PLC控制。除節能效果外，電動機啟動均為軟啟動，實現了電機平滑無級調速，電網無沖擊電流，電機也消除了電流沖擊和機械沖擊。自動化程度也有提高，從而延長了電機和系統的使用壽命。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號