S1500 PLC和G120變頻器在牽引喂入機(jī)中的應(yīng)用

何怡茂

湖南省邵陽紡織機(jī)械有限責(zé)任公司(中國)

牽引喂入機(jī)是化纖行業(yè)短纖維前紡生產(chǎn)線中重要的生產(chǎn)設(shè)備，用于按照一定牽伸比對化纖絲束進(jìn)行預(yù)牽伸處理，并將絲束送入盛絲往復(fù)機(jī)。牽引喂入機(jī)由牽引機(jī)、導(dǎo)絲機(jī)和喂入機(jī)組成。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，牽引機(jī)的電氣控制系統(tǒng)經(jīng)歷了由單電機(jī)單變頻器控制、多電機(jī)多變頻器面板設(shè)定頻率到多電機(jī)多變頻器觸摸屏設(shè)定牽伸比階段?？刂贫嚯姍C(jī)多變頻器觸摸屏設(shè)定牽伸比的可編程序控制器(PLC)由西門子的S7-300型升級為S1500型，通迅方式也從Profibus DP升級成Profinet。本文主要介紹牽引喂入機(jī)S1500 PLC和G120變頻器組成的最新控制方案，供相關(guān)企業(yè)借鑒。

1 牽引喂入機(jī)組成

根據(jù)紡絲工藝對牽伸比的不同要求，牽引機(jī)分為六輥牽伸機(jī)、八輥牽伸機(jī)和十輥牽伸機(jī)。含六輥牽伸機(jī)的牽引喂入機(jī)組成如圖1所示，每個牽引輥、導(dǎo)絲機(jī)和喂入機(jī)都有一個單獨(dú)的同步電機(jī)驅(qū)動，每臺同步電機(jī)都有一臺G120變頻器驅(qū)動。

2 G120變頻器的交流供電直流母線方案

在牽引喂入機(jī)工作過程中，牽伸比的設(shè)定使每個輥之間都有一定的速度差。絲束在牽引輥上通過時，有的牽引輥會被拖動，驅(qū)動牽引輥的電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，向其G120變頻器提供再生能量，向變頻器直流母線上的電容充電，使其直流側(cè)的母線電壓升高。當(dāng)變頻器直流母線電壓超過額定值時，變頻器報過壓故障，致使?fàn)恳龣C(jī)停車。這樣的現(xiàn)象若出現(xiàn)在生產(chǎn)過程中，將使整條前紡生產(chǎn)線停車，造成極大的浪費(fèi)。解決上述故障有如下方案。

——方案1：在處于發(fā)電狀態(tài)電機(jī)的變頻器上增加制動電阻；

圖1 牽引喂入機(jī)組成圖

——方案2：采用交流整流后DC/AC逆變器驅(qū)動電機(jī)；

——方案3：交流供電直流母線有制動單元；

——方案4：交流供電直流母線無制動單元。

方案1中，再生能量通過制動電阻發(fā)熱被消耗掉，這種方案不經(jīng)濟(jì)，且電阻發(fā)熱可能著火，引起火災(zāi)等安全事故。方案2中，再生能量可通過直流母線為其他電機(jī)處于電動狀態(tài)的變頻提供能量，但需要專門的整流裝置。方案3中，再生能量得到了利用，且不需要整流裝置，但需要額外制動單元。方案4利用每個變頻器自帶的制動單元，每2個變頻器1組制動電阻(功率參照西門子變頻器手冊)。結(jié)合牽引喂入機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)，方案4可確保牽引機(jī)安全可靠地運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)智能化精確控制，是最經(jīng)濟(jì)有效的方案，如圖2所示。

AC—交流電； DC—直流電； QF—斷路器； FU—熔斷器； KM—接觸器； M—電機(jī)

3 PLC的硬件配置

CPU 1511-1 PN通過Profinet與每個西門子G120變頻器作長度為4個字輸入和長度為4個字輸出的數(shù)據(jù)交換。以1牽為例，4個字的輸入數(shù)據(jù)分別為狀態(tài)字(IW256)、轉(zhuǎn)速顯示(IW258)、電流顯示(IW260)和備用字(IW262)；4個字的輸出數(shù)據(jù)分別對應(yīng)控制字(QW256)、轉(zhuǎn)速設(shè)定(QW258)、減速時間縮放比例(QW260)和備用字(QW262)。PLC的硬件配置如圖3和圖4所示。

圖3 PLC硬件配置整體圖

圖4 PLC硬件1牽配置圖

4 G120變頻器參數(shù)設(shè)定

牽引喂入機(jī)在運(yùn)行過程中，有時會遇到緊急情況，需快速停止。普通方案是按下急停5 s后，激活牽引喂入機(jī)電機(jī)剎車，使高速運(yùn)行的牽引輥和喂入輪急剎，迫使機(jī)器停止運(yùn)行。其剎車過程中，喂入機(jī)振動大、噪聲大，對設(shè)備損耗大，不僅影響喂入輪齒輪壽命，還會造成正常運(yùn)行時喂入輪咬合間隔增大，需要操作人員重新調(diào)整。圖2中的制動電阻是為牽引喂入機(jī)快停而設(shè)計的；牽引喂入機(jī)快停時，所有的電機(jī)處于倒拖運(yùn)行中，處于發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生再生能量，使變頻器直流母線電壓過高，通過制動電阻發(fā)熱可將再生能量消耗掉。變頻器中的P219參數(shù)為制動電阻制動功率，通常設(shè)定為相同電機(jī)功率；減速時間P1121設(shè)定為20 s。變頻器的通迅數(shù)據(jù)設(shè)定如圖5和圖6所示。

圖5 G120變頻器接收配置圖

圖6 G120變頻器傳送配置圖

圖5中的P1139對應(yīng)PLC硬件1牽配置程序中的QW260參數(shù)，參數(shù)P1139最大值為100%。圖5中，G120變頻器接收的字分別為控制字、轉(zhuǎn)速設(shè)定和減速時間縮放比例。圖6中，G120變頻器傳送的字分別為狀態(tài)字、轉(zhuǎn)速顯示和電流顯示。

5 PLC的軟件

牽引喂入機(jī)通常情況下的停車，減速時間P1121設(shè)定為20 s；由高速停車，即在遇到緊急情況時，按下急停后，牽引喂入機(jī)在5 s(20 s×0.25)內(nèi)快速停車，再激活牽引喂入機(jī)電機(jī)的剎車。按照這種方式急停，運(yùn)行非常平穩(wěn)，噪聲小且喂入無振動，該程序各參數(shù)設(shè)置如圖7所示。

圖7 S1500程序圖

S1500 PLC和G120變頻器以字(16個二進(jìn)制位為一個字)為單位作數(shù)據(jù)交換，圖7中1000H即4 096， 代表25%；4000H即16 384，代表100%。

6 結(jié)語

在實(shí)際應(yīng)用中，本文S1500 PLC和G120變頻器組成的控制系統(tǒng)，通過交流供電直流共母線方案運(yùn)行，并可高效解決倒拖現(xiàn)象產(chǎn)生的問題，確保牽引機(jī)安全可靠地運(yùn)行，能有效提高牽引喂入機(jī)電氣系統(tǒng)的控制精度和可靠性，滿足短纖維生產(chǎn)線中的工藝需求，獲得用戶認(rèn)可。