基于觸摸屏PLC變頻器的巴馬格加彈機改造

龐海峰，鄧玉虎

（江蘇文鳳化纖集團有限公司, 江蘇南通 226000）

基于觸摸屏PLC變頻器的巴馬格加彈機改造

龐海峰，鄧玉虎

（江蘇文鳳化纖集團有限公司, 江蘇南通 226000）

本文在簡要介紹FK6加彈機將錦綸POY原絲加工成具有低彈性能的彈力絲的加工設備原理的基礎上，從巴馬格FK6-900加彈機存在的問題入手，系統(tǒng)研討觸摸屏、PLC、變頻器在加彈機改造中的應用?？朔嗽到y(tǒng)的缺點，完善了系統(tǒng)功能，降低了產品單耗，提高了經濟效益。

觸摸；plc 變頻器；加彈機改造；節(jié)能減排

Abstract This article describes the research, based on the existing problems in BARMAG FK6-900, on applications of touch-screen,PLC and frequency converter for ameliorating draw texturing machine after briefly introducing the basis for how we apply FK6 draw texturing machine to manufacture Nylon POY filament to stretch textured yarn with low elasticity property.We conquered and resolved the shortcomings and defects, perfected systematic functions,and reduced product consumptions and greatly increased economic benefit.

Key words touch screen, remake , energy-saving and emission-reduction

江蘇文鳳化纖集團有限公司于2005年從廣東購進6臺二手FK6-900巴馬格加彈機，該機在原單位已使用12年，因企業(yè)倒閉而出售。該機電氣控制單元復雜，因技術資料不全，我們付出了很多辛勤的努力才將6臺加彈機全部安裝調試投入運行。投運后，經過了解才知道，該機型只生產了二十多臺，配件難以購買。特別是電氣核心控制單元第九單元原配件是巴馬格公司外包給德國一家電腦公司開發(fā)設計和制造的，只生產了一批后就停產了，因此，配件無法購買。江蘇文鳳化纖集團有限公司購回后，對該機的用途進行了改進，將滌綸DTY機改造成錦綸DTY機。由于DTY生產場所必須高溫高濕的特殊性，加之該機控制單元多達20多處，因此，電氣設備的故障率居高不下，產品的產量、質量均達不到設計要求。單位產品能耗指標居高不下。該機主要電機全部為直流電機，控制電路復雜。9#加彈機因第九單位（見圖1）核心部件故障，經多方設法維修也未能修復且備品備件無法購買而逼迫停車，加之機臺能耗高，因此，公司決定對該機臺進行改造。

1 技術分析

巴馬格FK6-900加彈機全稱加捻彈力絲機，是一種將錦綸POY原絲加工成具有低彈性能或高彈性能彈力絲（DTY）的加工設備。

1.1 加彈機簡介

圖1 加彈機原控制單元圖

1.2 巴馬格加彈機的工作原理

FK6-900加彈機結構示意圖如圖2所示，它是一種完成錦綸POY纖維牽伸卷曲成型的多單位傳動的化纖聯合機械，各單元之間的運行速度保持一定的比率關系，從而完成化學纖維的卷曲成型。其結構為對稱的A側（左側）和B側（右側），每一側分別安裝熱箱，兩側傳動由一羅拉、二羅拉、黑輥和槽筒組成，龍帶、動程修正為兩側共用（見圖3）。

1.3 需要解決的問題

（1）為降低機臺能耗，需將直流電機更換為交流變頻電機， 直流調速系統(tǒng)改造為變頻器調速系統(tǒng)。

（2）為簡化控制電路需將繼電器控制電路改造為PLC控制電路。

（3）為提高成型控制精度需對動程修正控制單元改造。

（4）為提高控溫精度需對溫控單元進行改造。

（5）采用觸摸屏輸入工藝參數，并顯示記錄設備，運行工藝數據及故障報警記錄。

圖2 FK6-900加彈機結構示意圖

圖3 加彈機改造前傳動系統(tǒng)功率配置圖

2 加彈機改造技術研究

經過調研論證，要達到上述改造要求只有采用觸摸屏、plc、變頻器、單片機溫控單元對原加彈機拖動控制系統(tǒng)進行徹底改造才能達到預期的效果。

2.1 編制改造方案

2.1.1 主要設備選型

變頻器：經調研比較，選用艾默生變頻器，其中動程修正選用EV1000型、其他選用EV2000型。

電動機：無錫亨達公司變頻調速電機。改造后電機及變頻器功率配置見圖4。

圖4 加彈機改造后傳動系統(tǒng)功率配置圖

觸摸屏：選用威綸通科技有限公司10.4"FTF真彩觸摸屏。

PLC：三菱FX3U-32MR型、擴展選用FX2N-2DA。

溫控：選用太倉創(chuàng)意紡電公司單片機溫控單元，要求控溫精度±0.5℃，且要求具有單面溫度設定，單點溫度修正±50℃功能。

加彈機改造系統(tǒng)見圖5。

圖5 加彈機改造系統(tǒng)圖

2.1.2 控制要求

為滿足錦綸細旦DTY絲生產要求及成形控制效果，從以下幾個方面提出改造要求：

（1）主傳動、龍帶，速度控制精度≥0.3%。

（2）橫動裝置圍繞中心頻率以不同的周期和幅值變化次數由4步修改為8步，第一步根據主機工藝速度確定變化幅值、周期，后續(xù)各步以前一步值按序遞減為85%。

（3）動程修正，與橫動跳頻運動連動，即橫動裝置在中心頻率±2.5Hz每完成一次往復，動程修正完成3次往返運動，為一長、二短變化。每次開車時，系統(tǒng)自動檢測動程位置是否在原點。如不在原點則PLC輸出動程變頻器反轉指令，驅動電機反轉至動程原點自動停止。

改造后，節(jié)能20%～30%。

2.1.3 改造方案

根據速度控制精度≥0.3%的要求，主傳動、龍帶（錠子）選用閉環(huán)調速方案。每臺電機裝設一只具有靈敏度高，線性度好，穩(wěn)定性高、體積小、和耐高溫、分辨能力強、高精度和檢測時間短的霍爾傳感器作為測速傳感器。其測速高速脈沖反饋到PLC，由PLC通過485接口輸出調制信號到變頻控制單元，從而實現精細控制的目的。

橫動裝置圍繞中心頻率以不同的周期和幅值變化次數由4步修改為8步。艾默生變頻器自身帶有擺頻功能，但其只能圍繞中心頻率以一種幅值周期循環(huán)運動，不能實現多部跳調頻運動。同時考慮到動程修正與此連動的要求，故選用三菱PLC模擬量輸出模塊FX2N-2DA，該模塊提供12位高精度分辨率，提供二通道電壓輸出（0-10VDC）或電流輸出（4-20mdc），對每一通道可以規(guī)定電壓或電流輸出。

利用預先編制好的8步三角波（逐步衰減85%）程序，通過此模擬量輸出模塊輸出幅值周期以一定規(guī)律變化的直流電壓控制槽筒變頻輸出頻率的周期幅值變化。橫動變頻的中心頻率根據二羅拉線速度確定。主機線速度x（二羅拉）與槽筒變頻的中心頻率有如下關系：

動程修正變化與橫動變頻器變化周期同步連動，這是整個改造方案中最繁瑣的部分。

為了提高成型控制精度，通過對原控制系統(tǒng)的控制原理分析及現場測試，結合目前國際上最先進的動程控制理論，通過計算機模擬我們選擇了“八大步，二十四小步”的循環(huán)變化動程控制設計方案，具體做法分析見圖6。

圖6 八大步，二十四小步動程控制示意圖

（1）從第一大步開始，長行程往返時間4.96s，短行程往返時間1.74s， PLC對應輸出一定的頻率脈沖信號給動程修正變頻器，電動機在一個往返周期內前半程為正轉，后半程為反轉。轉折時間0.1s。第二大步長短行程各是上一大步的85%。其余各步以此類推。八大步二十四小步工作流程結束后，再從頭開始，循環(huán)往復直至停車或報警信號停止。

（2）PLC動程修正信號輸出的前提條件：無故障報警信號輸入；動程回歸原點；三角波信號正常。

動程修正各步行程時間與PLC脈沖頻率對照見表1。

2.2 改造方案的實施

2.2.1 主輔電路改造

拆除原有控制裝置、直流電機，安裝變頻器、PLC、觸摸屏、變頻電動機（系統(tǒng)圖參見圖6）。按設計圖紙正確連接主電路（見圖7）、觸摸屏PLC I/O原理圖（見圖8）線路。

表1 動程修正行程時間與PLC脈沖變頻對照表

圖7 加彈機改造主電路原理圖

圖8 觸摸屏及PLC I/O原理接線圖

2.2.2 編制PLC程序

詳見附件3，梯形圖紙張?zhí)啵手荒芴峁┚幊讨噶钫Z句表。

2.2.3 觸摸屏畫面編程

威倫通觸摸屏人機界面軟件設計WEINVIEW EasyBuilder 500 V2.7.0是威倫通科技有限公司出品針對MT500系列觸摸屏人機界面應用程序組態(tài)軟件，具有使用簡單、組態(tài)方便的優(yōu)點。Easybuilder500具有強大網絡通信功能，組態(tài)時設置PLC類型和通信參數，并監(jiān)控畫面控件屬性中設置正確PLC位址或字址，觸摸屏工作時就能不同PLC通信協議建立起與PLC內部址連接和通信。

設置PLC節(jié)點。設計好節(jié)點后就可以通過觸摸屏來顯示加彈工藝設置、溫度、系統(tǒng)速度等參數，見圖 9、10、11。

圖9 傳動系統(tǒng)主畫面

圖10 工藝速度設定主畫面

圖11 溫度參數設定主畫面

2.2.4 變頻器參數設置

根據電機參數、工藝要求，設置變頻參數，具體見表2。

表2 設置變頻參數

2.2.5 聯機調試

檢查觸摸屏、PLC、變頻器、溫控單元接線無誤后開始調試。

變頻器設置為面板操作，啟動變頻器檢查電機旋轉方向是否符合工藝要求。

霍爾傳感器安裝時須注意磁鐵的極性。檢測方法：按說明書正確接通DC24 V電源，移動磁鐵一極靠近傳感器，如傳感器輸出指示燈亮，則極性正確，否則反之。傳感器頭與磁鐵體保持0.5 cm～0.8 cm。

檢查動程修正接近開關（NPN常開型）與鏈條感應鐵片之間距離應在0.3～0.5 cm。檢查左右限位開關位置是否正確。限位開關的作用是萬一接近開關發(fā)生故障時，通過它切斷PLC輸出，保護動程修正系統(tǒng)驅動軸。

確定動程修正變頻器輸出與PLC控制信號要求是否一致，方向及行程是否符合設計要求。

先開低速運行，檢查各項數據是否正常，如有異常，即刻停車處理。低速運轉正常后方可高速運行。

檢查加熱線與溫度傳感器接線是否正確，如無誤則開啟加熱控制單元，從觸摸屏上觀察升溫情況。如有異常，先切斷電源后檢查維修。

溫度達到工藝要求后再恒溫2 h。

掛絲試生產觀察絲餅成形及檢測DTY物理指標是否滿足工藝要求，如不滿足，及時調整，直至滿足工藝要求為止。至此，改造工程竣工。

3 結 論

巴馬格FK6-900加彈機使用觸摸屏、PLC、變頻器改造后，通訊方式簡化了巴馬格加彈機的控制系統(tǒng)，強大的變頻器功能提高了生產產品的質量和生產效率。DTY絲餅成型良好，原絲質量比改造前明顯好轉，機臺加速紡情況得到提高，工藝調整方便，機臺故障率明顯降低，產品質量得到客戶的好評，并且變頻器的各項保護功能為設備的安全可靠運行提供了保證。電機系統(tǒng)裝機容量較改造前降低23.91%，單位產品耗電量降低20.5%，達到了節(jié)能減排的效果。

[1]三菱變頻器用戶手冊.三菱自動化公司出版，2012.

[2]王國海.可編程控制器及其應用（第二版）.中國勞動社會保障出版社，2007.

[3]岳慶來.可編程控制器（PLC）觸摸屏和變頻器的綜合應用技術.機械工業(yè)出版社,2006.

[4]艾默生EV2000、EV1000變頻器用戶手冊.艾默生網絡能源公司出版，2010.

[5]威倫通觸摸屏用戶手冊.臺灣威倫公司出版，2011.

Modification of Ba Ma texturing machine based on touch screen PLC frequency converter

PANG Hai-feng DENG Yu-hu
(Jiangsu Wenfeng Group，Jiangsu Nantong 226000,China)

TU831.3

A

投稿日期：2017-08-02

龐海峰(1983-),男,助理工程師,本科,江蘇海安人,主要研究方向:化纖產品質量控制,企業(yè)能源管理與技術改造，曾在省級專業(yè)性期刊上發(fā)表過論文3篇。