楊杰(1969 -)
男, 北京,本科,自動(dòng)化儀表專(zhuān)業(yè),(三菱電機自動(dòng)化(上海)有限公司北京分公司),現任三菱電機自動(dòng)化(上海)有限公司北京分公司驅動(dòng)部經(jīng)理,主要負責三菱電機的FA產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣、銷(xiāo)售、代理商管理等工作?!?BR>
1 概述
磁棒平網(wǎng)印花機(簡(jiǎn)稱(chēng)平網(wǎng)印花機)是紡織印染行業(yè)特別是毛巾(含浴巾、沙灘巾、裝飾巾、毛巾掛毯等)制造企業(yè)的重要生產(chǎn)設備。平網(wǎng)印花機由橡膠輸送帶(簡(jiǎn)稱(chēng)導帶)輸送毛巾運動(dòng),多個(gè)平網(wǎng)在毛巾上套印不同的顏色,其印花及套色的準確性直接影響毛巾成品的美觀(guān)和質(zhì)量等級,因而要求拖動(dòng)系統定位準確;為了提高生產(chǎn)效率,降低成本,又必須保持一定的印染速度。
若速度過(guò)快,慣性太大,導帶難以停穩,定位套色必然不準,這是一個(gè)不可回避的矛盾。在湖南某毛巾廠(chǎng),我們以三菱工控產(chǎn)品為主體,設計了一個(gè)印花機自控系統,發(fā)掘了變頻器的功能,巧妙地利用它進(jìn)行定位控制,以較少的投資平衡了上述矛盾,技術(shù)改造方案達到了預定的目標。
2 平網(wǎng)印花機的工作原理(如圖1所示)
首先在導帶的預定位置用乳白膠粘貼白色毛巾坯,然后啟動(dòng)變頻器驅動(dòng)三相籠型交流異步電機,電機經(jīng)蝸輪減速機減速后拖動(dòng)導帶,當導帶上的毛巾對準印花平網(wǎng)的位置停穩后,平網(wǎng)網(wǎng)框下壓貼緊毛巾,網(wǎng)框內放置的細圓磁性鋼棒在輸送帶下方的磁場(chǎng)控制器驅動(dòng)下往復滾動(dòng),將平網(wǎng)內放置的顏料透過(guò)鏤空的圖案印染到毛巾上。第一個(gè)顏色的圖案印完了,網(wǎng)框抬起,導帶將毛巾送到下一個(gè)網(wǎng)框位置停穩,開(kāi)始第二個(gè)顏色圖案的印染………,直到多個(gè)顏色(一般8~10個(gè)顏色)依次套準印完,一條彩色毛巾才告完成,而第二條毛巾緊接著(zhù)第一條毛巾不間隔地套色印染………周而復始,連續作業(yè)。每條毛巾印染完成后,隨即送到隧道式蒸汽烘房?jì)群娓?,然后絞邊、整理、質(zhì)檢、包裝,直至入庫出廠(chǎng)。
3 平網(wǎng)印花機自控系統主要配置
● 三菱多功能矢量控制變頻器:FR-A540-7.5K-CH(內置制動(dòng)單元)1臺;
● 上海穩達RXLG鋁合金外殼變頻器制動(dòng)電阻 75Ω/780W 1只;
● 三相籠型交流異步電動(dòng)機:Y系列,4極,7.5kW 1臺;
● 三菱可編程控制器:FX2N-48MR-001(繼電器輸出、I/0=24/24、內置高速計數功能)1臺 ;
● 臺達旋轉編碼器:ES520CB8942(增量式、集電極開(kāi)路輸出、解析度2000ppr)1臺;
● 三菱4.4英寸觸摸屏:F930GOT-BWD-C(STN藍白兩色) 1臺;
● 明緯開(kāi)關(guān)電源:S-25-24(220VAC / +24VDC;為編碼器和觸摸屏供電)1臺。
圖1 磁棒平網(wǎng)印花機電氣控制系統配置
4.1 計算平網(wǎng)間隔的脈沖總數和分段脈沖數
8色平網(wǎng)的相互間隔是一個(gè)定值;減速機的減速比、傳輸輥的周長(cháng)等也是定值;而編碼器每轉為2000個(gè)脈沖;根據以上已知數據,可以推算出理論上的脈沖數。用PLC編寫(xiě)一條32位的高速計數器區間比較復位指令DHSZ,用觸摸屏對PLC數據寄存器D賦值,數值以理論脈沖數為基準增減,再與C251記錄的編碼器脈沖數進(jìn)行比較,當兩個(gè)數據相等時(shí),PLC指令變頻器和電機停機。
經(jīng)反復賦值試驗,可以找到精確的編碼器脈沖總數。然后按照速度控制規律的各段分配脈沖數,以指導PLC適時(shí)向變頻器發(fā)出速度切換指令。試驗時(shí)電機采用低速運行,脈沖數以實(shí)際記錄為準,如圖2所示。
圖2 磁棒平網(wǎng)印花機運行周期曲線(xiàn)圖
4.2 變頻器參數設置
起初采用三段速控制,擬高速段Pr.4設為60Hz,中速段Pr.5設為30Hz,低速段Pr.6設為0.8Hz。經(jīng)試驗,發(fā)現在中段速轉折處,導帶有些抖動(dòng),影響穩定均勻降速,最后設置兩段速:高速60Hz,低速設為0.8Hz。上限頻率Pr.1與高速段速度參數Pr.4數值相同;下限頻率Pr.2設為0。
加速/減速時(shí)間的設置是變頻器參數設置的關(guān)鍵。印花機“加速—運行—減速—低速運行—停止”為一個(gè)運行周期,每一周期中的間隔是磁棒的滾動(dòng)印染時(shí)間。系統最終調試的結果是小于4秒鐘為一個(gè)運行周期:加速時(shí)間Pr.7、高速段60Hz運行時(shí)間、減速時(shí)間Pr.8、低速段0.8Hz的運行時(shí)間大約都設為1秒鐘。變頻器和電機是在0.8Hz的極低速度下運行到終點(diǎn),即第二減速時(shí)間Pr.45為0。在降速和停止過(guò)程中,制動(dòng)單元及電阻的直流制動(dòng)(能耗制動(dòng))功不可沒(méi)。直流制動(dòng)的相關(guān)參數有Pr.10直流制動(dòng)動(dòng)作頻率、Pr.11直流制動(dòng)動(dòng)作時(shí)間、Pr.12直流制動(dòng)電壓等3個(gè)參數。合理設置這些參數,可以調整定位運行的停止精度或直流制動(dòng)的運行時(shí)間,使它適合負荷的要求??傊?,變頻器參數的設定始終要兼顧定位的準確性、穩定性和印染速度。
4.3 運行效果
在PLC程序設計時(shí),對每一個(gè)運行周期進(jìn)行編碼器計數清零,使之沒(méi)有誤差;變頻器參數的精細調整使導帶運行快速穩定,定位準確;驗收時(shí)的試驗結果是:連續13個(gè)周期的積累誤差小于0.5mm,滿(mǎn)足了毛巾印花機的速度和精度的要求?,F在已運行了多月,情況良好。這套系統我們是采用普通三相籠型電機來(lái)作動(dòng)力來(lái)源的,若改用變頻器專(zhuān)用的恒轉矩電機,效果會(huì )更加理想。
5 印花機控制系統發(fā)展趨勢
5.1 平網(wǎng)印花機控制系統發(fā)展趨勢
印花機分為平網(wǎng)和圓網(wǎng)兩個(gè)大類(lèi)。
在經(jīng)濟發(fā)達國家和我國沿海發(fā)達地區,普遍采用交流伺服系統來(lái)驅動(dòng)平網(wǎng)印花機。交流伺服系統比變頻器系統效率更高、定位更準,技術(shù)更為先進(jìn),是目前的發(fā)展趨勢。如本文所敘述的系統,也可以采用三菱HC-SFS702型伺服電機和MR-J2S-700A型伺服放大器組成伺服系統,可以提高印染精度并較大幅度地提高生產(chǎn)效率。但是,它的投資大約是變頻器系統的5~8倍?! ?BR>
5.2 圓網(wǎng)印花機控制系統發(fā)展趨勢
傳統的機械式圓網(wǎng)印花機是由主電機通過(guò)機械傳動(dòng)鏈使8~20只圓網(wǎng)與傳輸導帶同步運轉,連續印染無(wú)限長(cháng)的紡織品。它的機械結構復雜、速度慢、效率低、對花次布多,不能適應高檔精細花型的生產(chǎn)。圓網(wǎng)印花機的發(fā)展趨勢是以荷蘭STORK畢加索產(chǎn)品為代表,采用多電機獨立傳動(dòng)、同步運行的交流伺服系統,即將每只圓網(wǎng)和導帶分別采用伺服電機驅動(dòng),由高速計算機運動(dòng)控制系統控制各分部同步高速運行。三菱Q運動(dòng)控制器是新一代高速運動(dòng)控制器的代表,一個(gè)單PLC系統使用3塊Q173運動(dòng)CPU模塊最大可以控制96軸伺服電機。它采用伺服控制器網(wǎng)絡(luò )SSCNET將伺服放大器前后級串連接線(xiàn),8軸的掃描周期僅0.88ms。采用Q173運動(dòng)CPU通過(guò)伺服系統控制導帶和12色圓網(wǎng),印染速度達到80m/min,印花精度達到±0.01mm,達到國外進(jìn)口名牌整機的技術(shù)性能?!?BR>
6 結束語(yǔ)
我國是紡織印染大國,有著(zhù)數以萬(wàn)計的紡織印染企業(yè),生產(chǎn)設備技術(shù)改造的工作量很大,企業(yè)可以根據自身的經(jīng)濟條件、產(chǎn)品檔次、生產(chǎn)狀況選擇合適的技改方案。本文推薦的方案無(wú)疑是一個(gè)效果顯著(zhù)、投資節省的方案,值得在毛巾、床單印染企業(yè)推廣。這種控制方法也可以應用到其他如金屬塑料板材、線(xiàn)材定尺送料剪切等需要簡(jiǎn)易定位控制的領(lǐng)域。