高端梳理機(jī)的電控系統(tǒng)

閆 新 周世俠

(1.河南工程學(xué)院，鄭州，450007;2.恒天重工股份有限公司，鄭州，450053)

高端梳理機(jī)的電控系統(tǒng)

閆 新1周世俠2

(1.河南工程學(xué)院，鄭州，450007;2.恒天重工股份有限公司，鄭州，450053)

以西門子S7-300型PLC為例，介紹高端梳理機(jī)的控制方式和特點(diǎn)，包括電控系統(tǒng)的組成、Frofibus-DP的應(yīng)用以及棉箱PID控制的改進(jìn)。高端梳理機(jī)的控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的工業(yè)通訊技術(shù)、變頻調(diào)速或伺服控制技術(shù)以及可編程控制，具有很強(qiáng)的人機(jī)對(duì)話功能。

梳理機(jī)，可編程控制器，控制系統(tǒng)

梳理機(jī)是非織造干法成網(wǎng)的主要設(shè)備。根據(jù)不同的產(chǎn)品要求，梳理機(jī)的結(jié)構(gòu)也不盡相同，按梳理方式可分為蓋板—錫林式和羅拉—錫林式兩大類。其中，羅拉—錫林式梳理機(jī)是非織造生產(chǎn)中使用最多的梳理設(shè)備，按配置的錫林?jǐn)?shù)、道夫數(shù)、梳理羅拉、針布的不同以及是否帶凝聚輥或雜亂輥等可分為很多種類。

梳理機(jī)的成網(wǎng)質(zhì)量和成網(wǎng)速度直接影響產(chǎn)品的最終質(zhì)量和產(chǎn)量，因此高品質(zhì)、高速、高產(chǎn)是人們對(duì)高端梳理設(shè)備的根本要求，同時(shí)操作的安全保障性和自動(dòng)化程度高、可靠性好也是其必備的特點(diǎn)。

高端梳理機(jī)使用可編程控制器(PLC)結(jié)合觸摸屏對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，采用PID控制技術(shù)保證棉箱對(duì)梳理機(jī)喂棉的連續(xù)性和穩(wěn)定性，結(jié)合變頻調(diào)速技術(shù)、自調(diào)勻整系統(tǒng)、傳感器檢測(cè)系統(tǒng)以及門罩安全系統(tǒng)構(gòu)成梳理機(jī)電氣控制系統(tǒng)，使得出網(wǎng)速度和棉網(wǎng)質(zhì)量都有很大提高。本文以西門子S7-300型PLC為例，介紹高端梳理機(jī)的控制方式和特點(diǎn)。

1 高端梳理機(jī)結(jié)構(gòu)及控制要求

目前國產(chǎn)高檔非織造用梳理機(jī)大多采用雙錫林雙道夫雙凝聚輥結(jié)構(gòu)(圖1)，其作用是將棉箱輸出的經(jīng)初步開松的纖維充分梳理和混合，經(jīng)道夫、凝聚雜亂后輸出厚薄均勻的棉網(wǎng)。通過改變主錫林、道夫、雜亂輥、剝棉輥等各輥之間的速比以及結(jié)合自調(diào)勻整技術(shù)來調(diào)整網(wǎng)面的質(zhì)量，改善縱橫向均勻度，因此對(duì)速度精度要求比較高，出網(wǎng)速度一般在100 m/min以上。

圖1 帶自調(diào)勻整的梳理機(jī)結(jié)構(gòu)示意

全機(jī)共14臺(tái)電機(jī)(也可根據(jù)情況有所改變)，總裝機(jī)功率超過40 kW，設(shè)計(jì)要求建立梳理自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)梳理工藝中的主要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)，具體要求如下［1］:

(1)通過PLC發(fā)出指令，按風(fēng)機(jī)、主錫林、胸錫林、出網(wǎng)輥、剝棉輥、雜亂輥、道夫、工作輥、喂棉輥的先后順序控制全部電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，停車時(shí)按反順序依次自動(dòng)停車，并對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)。

(2)要求啟動(dòng)和停車過程同步，全部電機(jī)按照設(shè)定的斜率同時(shí)升降速，并在同一時(shí)間達(dá)到最高速或停止?fàn)顟B(tài)，以保證各輥之間的速比不變;同時(shí)根據(jù)工藝要求，各輥既能單獨(dú)調(diào)速又受同一指令控制，有效避免了斷網(wǎng)和擠棉。

(3)操作臺(tái)、走臺(tái)、給棉羅拉及道夫兩側(cè)需設(shè)急停保護(hù)。

(4)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)眾多工藝參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)處理，保證生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

2 控制系統(tǒng)組成和特點(diǎn)

新型高端梳理機(jī)的電氣控制系統(tǒng)充分利用了當(dāng)今先進(jìn)的工業(yè)通訊技術(shù)和過程控制技術(shù)，采用PLC和變頻器、觸摸屏的通訊技術(shù)，克服了因控制電機(jī)多而引起的現(xiàn)場(chǎng)接線復(fù)雜、電氣參數(shù)和工藝參數(shù)不能儲(chǔ)存調(diào)用、故障率高等缺點(diǎn)，使整臺(tái)機(jī)器的電氣控制系統(tǒng)的整體水平大大提高，其控制系統(tǒng)如圖2所示。

PLC為本系統(tǒng)的控制核心，相當(dāng)于人的大腦，與變頻器和觸摸屏采用工業(yè)通訊技術(shù)進(jìn)行有效連接。本系統(tǒng)需要控制的電機(jī)共有十幾個(gè)(機(jī)型不同電機(jī)數(shù)量有所改變)，均為變頻控制。系統(tǒng)中需現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的信號(hào)有電機(jī)的實(shí)時(shí)速度、斷網(wǎng)、堵花、軋車、纖網(wǎng)密度等工藝信號(hào)和門罩是否到位、氣路等故障信號(hào)以及操作按鈕急停等控制信號(hào)。同時(shí)，為了保證棉網(wǎng)的均勻性，棉箱大多是氣壓棉箱，喂棉采用PID控制。上棉箱壓力由安裝在輸棉風(fēng)道上的壓力傳感器檢測(cè)，壓力傳感器的輸出與前道工序的給棉電機(jī)(由變頻器控制)組成一個(gè)PID控制。下棉箱壓力由安裝在棉箱內(nèi)部的壓力傳感器檢測(cè)，壓力傳感器的輸出與棉箱給棉羅拉電機(jī)(由變頻器控制)組成一個(gè)可手動(dòng)—自動(dòng)相結(jié)合的PID控制，實(shí)現(xiàn)了梳理機(jī)的喂棉與前道工序之間的連續(xù)性和穩(wěn)定性。PID控制圖如圖3所示。

圖2 新型高端梳理機(jī)電氣控制系統(tǒng)框圖

圖3 PID控制原理

2.1 PLC 控制

新型梳理機(jī)電氣控制系統(tǒng)中，大多選用模塊化緊湊型的PLC，其中CPU選用帶有Profibus-DP主/從通訊接口、MPI接口，能夠?qū)崿F(xiàn)高速、方便的分布式自動(dòng)化組態(tài)。編程軟件中集成了許多功能塊，可以直接調(diào)用，省去了許多編程的麻煩。比如，PID控制可以直接調(diào)用功能塊，然后填寫PID參數(shù)，同時(shí)觸摸屏所用的軟件可以集成在其中。具體的通訊原理如圖4所示。

圖4 高端系列梳理機(jī)控制系統(tǒng)通訊原理

2.2 自調(diào)勻整

梳理機(jī)自調(diào)勻整裝置是根據(jù)物料平衡原理，自動(dòng)調(diào)節(jié)物料流量，使棉網(wǎng)流量保持恒定的控制裝置。棉網(wǎng)面密度和速度存在下列關(guān)系:

式中:g——棉網(wǎng)面密度;

v——棉網(wǎng)速度。

依據(jù)上述關(guān)系式，梳理機(jī)自調(diào)勻整裝置采用PLC工業(yè)控制系統(tǒng)與精密稱重傳感器、接線盒、稱重變送器和觸摸屏構(gòu)成稱重系統(tǒng)，實(shí)時(shí)稱量棉箱輸出的筵棉重量。連接前級(jí)梳理機(jī)給定的模擬量和開機(jī)信號(hào)，結(jié)合前級(jí)梳理機(jī)給定的模擬量并對(duì)所稱筵棉重量的變化量進(jìn)行計(jì)算處理。當(dāng)稱盤上所稱筵棉的重量偏高時(shí)，經(jīng)PLC計(jì)算處理輸出模擬量給梳理機(jī)喂棉羅拉變頻器和棉箱喂棉簾子變頻器，降低梳理機(jī)喂棉羅拉和喂棉簾子的速度;反之，則增加喂棉羅拉和喂棉簾子的速度，使單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)稱盤上筵棉的重量保持恒定，從而達(dá)到穩(wěn)定棉網(wǎng)縱向均勻度的目的。

2.3 故障處理

喂入羅拉和喂入弧板之間必須進(jìn)行絕緣處理，以防止喂棉時(shí)有金屬進(jìn)入梳理機(jī)而損壞針布。在進(jìn)行絕緣處理以后，一旦有金屬進(jìn)入，羅拉和弧板就會(huì)接通，PLC輸出報(bào)警信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)蜂鳴器響，觸摸屏上會(huì)出現(xiàn)“有金屬”的中文提示，同時(shí)緊急停車，必須等故障處理之后機(jī)器才能啟動(dòng)。

為了防止因堵花引起的“悶車”而燒毀電機(jī)，在重要輥?zhàn)拥妮S頭都裝有接近開關(guān)來檢測(cè)輥?zhàn)拥乃俣取Ｕｉ_車時(shí)，一但速度慢下來就認(rèn)為有堵花現(xiàn)象，會(huì)自動(dòng)停車且觸摸屏?xí)嬖V操作者要進(jìn)行相應(yīng)的處理。

整個(gè)系統(tǒng)在容易產(chǎn)生危險(xiǎn)的區(qū)域和倉門處均設(shè)有安全門限開關(guān)，以防人身遭到損害，并在容易操作的地方設(shè)置多個(gè)急停開關(guān)，可及時(shí)防止意外的發(fā)生。在一些無法檢測(cè)的地方，通過PLC實(shí)現(xiàn)時(shí)間監(jiān)控。對(duì)具有固定動(dòng)作周期和動(dòng)作時(shí)間的裝置，每個(gè)動(dòng)作給定一個(gè)時(shí)間值，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不能完成規(guī)定的動(dòng)作，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

所有的報(bào)警信號(hào)(包括氣路、風(fēng)機(jī)、傳動(dòng)電機(jī)、斷網(wǎng)等)在觸摸屏上都有中文顯示，并且給出相應(yīng)的處理方法。

2.4 變頻器和觸摸屏的選用

本系統(tǒng)中控制電機(jī)采用變頻器進(jìn)行速度控制，實(shí)現(xiàn)了交流電機(jī)的軟啟動(dòng)和平滑無級(jí)調(diào)速，減少電網(wǎng)的沖擊電流，消除機(jī)械沖擊和電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)電機(jī)造成的損害，延長(zhǎng)電機(jī)及連接軸承的使用壽命，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性和生產(chǎn)效率?？刂齐姍C(jī)也可根據(jù)用戶要求采用伺服控制系統(tǒng)，但變頻器和PLC的結(jié)合已完全能實(shí)現(xiàn)梳理機(jī)對(duì)速度精度的要求，并且整臺(tái)機(jī)器性價(jià)比高。

本系統(tǒng)觸摸屏與PLC、變頻器能夠通過RS485通訊。觸摸屏的主界面設(shè)置如圖5所示。

圖5 主界面設(shè)置

界面設(shè)計(jì)采用觸摸屏的走馬燈功能，具有故障自動(dòng)顯示、電氣參數(shù)可儲(chǔ)存、工藝參數(shù)可在線調(diào)試儲(chǔ)存等功能，可根據(jù)使用者身份設(shè)置優(yōu)先權(quán)。同時(shí)，可顯示運(yùn)行狀態(tài)中的電機(jī)頻率、電流、實(shí)時(shí)速度、各輥之間及前后機(jī)臺(tái)的牽伸倍數(shù)、棉箱壓力等參數(shù)。界面中還加入了開機(jī)注意事項(xiàng)和操作幫助，給操作人員帶來了很大的方便。

3 結(jié)語

高端梳理機(jī)的控制系統(tǒng)采用了先進(jìn)的工業(yè)通訊技術(shù)、變頻調(diào)速或伺服控制技術(shù)以及可編程控制，具有很強(qiáng)的人機(jī)對(duì)話功能。該系統(tǒng)安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，便于維護(hù)，且操作方便，為梳理機(jī)的穩(wěn)定、高速運(yùn)轉(zhuǎn)和提高棉網(wǎng)質(zhì)量提供了有力保障。

［1］曲敬旭，楊濤.PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在非織造布梳理機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2008(4):61-62.

Electric control system of high grade carding machine

Yan Xin1，Zhou Shixia2
(1.Hennan Institute of Engineering;2.Chtc Heavy Industry Co.，Ltd.)

Basing on illustration as PLC of type S7-300 at Siemens，the control method and characteristic of high grade carding machine involving composition of electric control system and application of Frofious-DP as well as improvement of hopper PID controlling ware introduced.The control system of high grade carding machine adopted advanced industrial communication technology and frequency conversion speed-regulation or servo control technology and editable routine control.

carding machine，PLC，control system

TS173.2+2

B

1004－7093(2011)09－0033－04

2011－05－13

閆新，女，1968年生，副教授/高級(jí)工程師。主要從事非織造工藝與設(shè)備的開發(fā)與教學(xué)工作。