變頻器和可編程邏輯控制器在紡織機(jī)械設(shè)備改造中的運(yùn)用

吳風(fēng)友

（荊楚理工學(xué)院，湖北 荊門 448000）

變頻器調(diào)速被認(rèn)為是一種極為理想以及有發(fā)展前景的調(diào)速方式，對比直流調(diào)速的方式可以明顯看出變頻器調(diào)速的巨大性能優(yōu)勢。在一體化技術(shù)方面，紡織機(jī)械設(shè)備也有了很大的發(fā)展，絕大多數(shù)的紡織機(jī)械設(shè)備開始采用變頻器來實施作業(yè)，這就對探究變頻器和可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）在這一設(shè)備中的運(yùn)用提出了現(xiàn)實的要求。

1 變頻器的通信原理

要對變頻器和PLC在紡織機(jī)械設(shè)備改造中的運(yùn)用進(jìn)行探討，首先和充分掌握變頻器的通信原理和應(yīng)用。

1.1 通信原理

變頻器的通信原理是采用異步半雙工的方式，在實際運(yùn)轉(zhuǎn)的過程之中，將PLC作為主機(jī)，控制系統(tǒng)和電碼的傳輸，變頻器作為重機(jī)，在工作環(huán)節(jié)，PLC會向其他地方不斷發(fā)送電碼，變頻器則會對阻擊電碼給予響應(yīng)。較為先進(jìn)的PLC主機(jī)可以攜帶較多從機(jī)，可以利用PLC系統(tǒng)對比較龐大的工程進(jìn)行控制，在通信時，需要在統(tǒng)一的格式和速率下進(jìn)行傳輸，以保證接受信息水平能夠在較高的層次。

1.2 變頻器的應(yīng)用

在使用變頻器時，需要對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。安裝好變頻器之后，會有一個自動檢測的環(huán)節(jié)，然后進(jìn)入通信模塊，此時，各項參數(shù)可以直接寫出，可以根據(jù)PLC系統(tǒng)所提供的具體數(shù)據(jù)來進(jìn)行同外界環(huán)境參數(shù)的對比，為變頻器匹配出最佳的控制參數(shù)，并對其進(jìn)行一系列的參數(shù)設(shè)計。在變頻器的通信參數(shù)設(shè)置完成之后，PLC系統(tǒng)將可以控制變頻器的啟動和停止，同時，將變頻器的參數(shù)通過搜索模塊與PLC系統(tǒng)直接進(jìn)行匹配，以了解電機(jī)的速度、電流、頻率等值與PLC所讀取的數(shù)據(jù)。除了必要的參數(shù)設(shè)置之外，還需要建立通信數(shù)據(jù)。讀寫變頻器中的過程數(shù)據(jù)是PLC對變頻器進(jìn)行控制和訪問其內(nèi)部參數(shù)的基本工作原理。通常情況下，過程數(shù)據(jù)包含著一些固定的接口地址，可以按照用戶所設(shè)定的模式來為變頻器的訪問設(shè)置相關(guān)參數(shù)，其中，PLC控制字符CW，設(shè)定改定值REF，狀態(tài)字SW，實際值A(chǔ)CT，在不同的場合，參數(shù)的設(shè)置、數(shù)目以及優(yōu)先級都有所不同[1]。

PLC控制變頻器的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度快、距離遠(yuǎn)，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，以進(jìn)一步提升系統(tǒng)的運(yùn)作效率，此外，還具有編程簡單、工作穩(wěn)定以及能夠同時連接多臺變頻器的優(yōu)點(diǎn)。這類控制器有一定程度的缺陷，即造價相對較高，因為在設(shè)計時需要遠(yuǎn)距離操作監(jiān)控設(shè)備，因此，在實際應(yīng)用過程中，要根據(jù)具體需要合理選擇。2 變頻器和PLC在紡織機(jī)械設(shè)備改造中的運(yùn)用方法

2.1 機(jī)械設(shè)備變頻改造的必要性

中國許多紡織廠所采用的紡織機(jī)大都是在二十世紀(jì)八九十年代從國外進(jìn)口的，其中，美國制造、英國制造以及日本制造的機(jī)器占有相當(dāng)大的比例，已經(jīng)十分陳舊，并且自動化水平非常低，難以滿足生產(chǎn)需要。

現(xiàn)下生產(chǎn)的設(shè)備已經(jīng)基本能夠做到機(jī)電一體化，而且實現(xiàn)了對設(shè)備的集中控制，無論是生產(chǎn)效率，還是生產(chǎn)質(zhì)量，都能夠獲得提升；缺點(diǎn)在于費(fèi)用高昂，促使紡織廠對現(xiàn)有的紡織機(jī)械進(jìn)行變頻和自動化改造。

2.2 機(jī)械設(shè)備變頻改造

以佳美地毯廠所使用的麻紡機(jī)械設(shè)備變頻技術(shù)改造為例，該地毯機(jī)的生產(chǎn)時間為20世紀(jì)80年代，機(jī)器的電氣控制結(jié)構(gòu)與現(xiàn)在的設(shè)備相比要簡單很多，自動化水平也不算高，因此，在作業(yè)時，需要較高的勞動強(qiáng)度。現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)代化進(jìn)口設(shè)備的工作原理和相關(guān)工藝要求來改造這臺老式地毯機(jī)。

改造方案：選用丹佛斯VLT2800系列中的15 kW的變頻器（配制動電阻）來同時控制兩臺5.5 kW主軸電機(jī)，核心邏輯的控制器選用西門子LOGO!24RC。用于輔助的檢測元件：光電開關(guān)選擇歐姆龍、安全拉線開關(guān)選用施邁賽、接近開關(guān)選擇德國P+K，以此來對整個機(jī)械設(shè)備的開、停機(jī)以及報警、滿紗和落紗工作進(jìn)行控制[2]。

2.2.1 變頻器的調(diào)速

利用變頻器進(jìn)行調(diào)速時，紡紗機(jī)需要設(shè)備能夠進(jìn)行一個慢啟慢停的過程，同時，還要在出現(xiàn)斷紗或是滿紗時能做到精確停車。

2.2.2 開、停機(jī)工藝

在電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)之前，需要以蜂鳴器進(jìn)行提示，提示時間為2 s，提示音大小為60 dB，目的是提醒進(jìn)行操作的工人將手從針工作區(qū)中退出。電機(jī)啟動的時候很有可能發(fā)生一些問題，例如啟動無力、不平滑等，因此，需要從設(shè)置電機(jī)的啟動頻率入手，可將其設(shè)為6 Hz，并對啟動轉(zhuǎn)矩進(jìn)行提升，以保證電機(jī)的慢啟動功能，并且使其啟動過程更為圓滑，使人明顯感受到由低速開始上升過程中的速度變化?？梢杂行Ы鉀Q電機(jī)在直接啟動時所出現(xiàn)的燒壞等問題，也良好地避免了粗紗細(xì)節(jié)、斷頭問題。

在機(jī)械設(shè)備安全保護(hù)停車及斷紗、滿紗停車時，減速過程使用的仍然是S曲線。此外，關(guān)于粗紗停車的相關(guān)要求則比較特殊，需要“錠翼定位?！保簿褪钦f，在每一次的機(jī)器減速停車之后，都能夠錠翼停在一個相同的位置上，隨后針從布層退出，在距離布面3 mm的位置上，以便于操作工進(jìn)行下一步操作。該技術(shù)所要求的關(guān)鍵點(diǎn)在于如何利用好PLC編程和變頻器的可編程輸入、輸出端子。具體操作方法：當(dāng)減速停車的頻率達(dá)到預(yù)先設(shè)定的6 Hz時，通過可編程繼電器為PLC發(fā)送一個輸出信號，讓PLC來判斷該信號，再輸出一個電動信號給變頻器，同時，要保持一定時間的6 Hz低速運(yùn)行[3]。此時，光電開關(guān)開始工作，并且檢測安裝在錠翼輪所在位置的檢測點(diǎn)，之后將數(shù)字信號輸出給PLC，PLC會在輪旋轉(zhuǎn)一周后計數(shù)一次，當(dāng)計數(shù)的次數(shù)達(dá)到兩次時，就會給變頻器一個關(guān)斷輸出的信號，電磁離合器開始啟動。

2.2.3 變頻點(diǎn)動實現(xiàn)

地毯機(jī)所具有的另外一個獨(dú)特之處在于其點(diǎn)動頻繁，一般來說，只要按著點(diǎn)動按鈕就可以讓地毯機(jī)保持一定頻率的規(guī)律運(yùn)行，無論是從機(jī)器的操作、維修，還是試針等方面來說，低速運(yùn)行都會帶來很大的方便，還可以選擇在任何位置停車。但是要注意，一旦變頻器長期處于6 Hz以下的工作環(huán)境之中，或是存在連續(xù)、頻繁的點(diǎn)動問題，就非常容易導(dǎo)致過電流保護(hù)現(xiàn)象的發(fā)生。所以，要在PLC中加入預(yù)先設(shè)定好的判斷程序，也就是說，在一定的時間段內(nèi)對連續(xù)的點(diǎn)動只會有一次響應(yīng)。將另外一個判斷程序加入到PLC的編程中，以此來判斷是正常運(yùn)行還是點(diǎn)動。如果經(jīng)判斷是點(diǎn)動，將不會出現(xiàn)相應(yīng)提示音，并且接近開關(guān)也不會工作，尖刺離合器則會繼續(xù)進(jìn)行工作。PLC的可變程序指令十分豐富，使其能夠良好地實現(xiàn)以上功能。丹佛斯品牌的變頻器擁有完善的編程外控端子輸入輸出，為PLC連接的實現(xiàn)提供了極大的便利。

2.2.4 急停系統(tǒng)

在本次進(jìn)行的地毯機(jī)改造過程中，為該設(shè)備增加了許多具有實際用途的新功能：把安全拉線開關(guān)置于機(jī)械設(shè)備的前后兩端，以便更好地應(yīng)對機(jī)械運(yùn)行中的緊急狀況，一旦出現(xiàn)問題，工人可以通過拉動拉線來使電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，從而保證生產(chǎn)安全。與此同時，對斷線進(jìn)行檢測時采用的是光纖式光電傳感器，工作原理是一旦出現(xiàn)了斷線問題，線頭會在光電檢測區(qū)飄過，光電開關(guān)就會啟動，對PLC輸出信號。PLC接收到光電開關(guān)傳來的信號后就會發(fā)出警告，并且停止機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。

錠翼旋轉(zhuǎn)在一定程度上受慣性作用的影響，而且在設(shè)備的運(yùn)行過程中快速停車也很常見，對此，需要將制動電阻安裝在變頻器上，來實現(xiàn)能耗制動，進(jìn)而確保變頻器不會出現(xiàn)過壓保護(hù)。

3 效果分析

經(jīng)過改造后實際投入運(yùn)行，本設(shè)備具有與預(yù)想效果相當(dāng)?shù)墓ぷ鞣€(wěn)定性以及操作便捷性，還取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益，在采用變頻調(diào)速的新方法以后，操作時就可以根據(jù)實際的生產(chǎn)需要來合理調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而提升機(jī)器的生產(chǎn)效率。與此同時，經(jīng)改造，電機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量也有了明顯的提高。相較于之前，機(jī)器的安全保護(hù)系統(tǒng)也更為完善，工人們在工作中的操作更加便捷，勞動強(qiáng)度有了極大程度的降低。

4 結(jié)語

伴隨著自動化水平的日益提升，生產(chǎn)設(shè)備在各個方面的性能和科技含量也逐漸增強(qiáng)，由此帶來了產(chǎn)品品質(zhì)的進(jìn)一步提高。為此，如果想要使產(chǎn)品在激烈的市場競爭中具有更為穩(wěn)固的地位，就必須對現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的改造，使其滿足現(xiàn)下的生產(chǎn)需要。