新型粗紗機的傳動系統與控制系統分析

系統概述
　　粗紗工序是紡制細紗前的準備工序，主要包括以下四個主要工序：
　　(1).牽伸（羅拉）:進行5~12倍的牽伸，分擔細紗機的牽伸比。
　　(2).加捻（錠翼）:給牽伸后的須條加上適當捻度，使紗具有一定的強度。
　　(3).卷繞（筒管）:將加捻后的粗紗卷繞在筒管上，便于貯存、搬運。
　　(4).成形（龍筋）:卷繞成兩端成錐形的粗紗，便于細紗機的退繞喂入。
　　近年來，隨著電力電子與自動化技術在各行業的廣泛應用與深入普及，為滿足進一步提高紡機競爭力的內在要求，實現粗紗機高速、高效、高度機電一體化已是國內外粗紗機發展的必然趨勢。代表當今最高技術的新型粗紗機的傳動系統結構見圖1所示，整機采用四臺變頻控制的電機分別來實現粗紗的牽伸、加捻、卷繞、成型工序。 　 　
　　在四電機傳動粗紗機的控制系統中，采用Unity Premium PLC(TSX P57 0244M)作為控制器, 進行粗紗機工藝數學模型的計算和速度閉環和張力閉環控制。四臺施耐德電氣公司的高性能、高精度ATV71變頻器分別控制羅拉電機、錠翼電機、筒管電機及龍筋電機，以實現粗紗機的牽伸、加捻、卷繞成形等工藝要求。同時配Magelis XBT-G 10.4” 彩色STN觸摸屏(XBT G5230)進行操作和系統監控。整個系統通過Unity Premium PLC和ATV71組成通訊速率高達1M的CANopen現場總線。 　
　　Premium+ATV71+XBTG方案硬件配置
　　控制特點
　　控制器：Premium PLC完成數學模型計算、邏輯控制、張力閉環及CANopen通訊，系統穩定可靠，編程簡單。
　　為保證粗紗質量，四臺電機的調速和同步控制要求數據刷新速度至少為50ms，通過Unity Premium PLC和ATV71組成CANopen現場總線，應用Unity Premium PLC的高效的數據處理能力和處理速度，以及CANopen總線高速傳輸和周期性、同步數據交換功能，可以很好地滿足四電機傳動粗紗機的實時調速及同步要求。
　　速度環：4臺ATV71（采用編碼器反饋的矢量控制模式），由ATV71自身完成。
　　ATV71系列變頻器是施耐德電氣公司推出的基于現代控制理論矢量控制技術的具有高性能和強大功能的全系列變頻器，功率范圍0.37～500KW，頻率范圍0～1000Hz(≤37KW)，0～500Hz (>37KW)
　　；調速范圍1～100(開環)，1～1000(閉環)；調速精度為10%(開環)， 0.01%(閉環)；過力矩能力為170%60s或220%2s。具有開環/閉環切換、擺頻功能、給定值存儲、PID調節以及各種保護等先進功能；集成EMC A級濾波器；無傳感器電機控制；內置可編程控制卡。在四電機傳動粗紗機控制系統中，ATV71采用電流矢量閉環控制模式，可以實現零速度下滿力矩，滿足了粗紗機對低頻傳動的特定要求。
　　張力環：通過CCD反饋，由Premium PLC完成。
　　通過CCD反饋檢測粗紗張力的變化，應用Premium PLC的PID函數功能，對四臺變頻器之間的速度比進行實時修正，能有效克服由于溫度、濕度及紗線品質不一致引起的張力波動，達到恒張力紡紗的目的。
　　高速通信：速率高達1M的CANopen總線。
　　CANopen總線是基于CAN BUS的高層協議，秉承了CAN總線的抗干擾性強、高速、實時的優點，另外CANopen應用PDO、SDO、NMT等通訊對象，方便了總線的管理和應用。CANopen應用于四電機的粗紗機，可確保四電機之間速度的同步。