Omron變頻器在三軸粗紗機中的應用

摘 要：傳統的粗紗機采用機械式錐輪變速機構，皮帶在上、下錐輪上平行移動，達到改變卷繞和升降速度，完成粗紗卷繞成形。然而，由于錐輪變速傳動速度的穩定性較差，操作難度大，易引起粗紗質量不穩定。因而多家廠商又推出了多電動機傳動的新型粗紗機。

關鍵詞：變頻器; 錠翼; 卷繞;羅拉;編碼器

1 引言

　　隨著變頻器在工業控制中的廣泛應用，修改傳統的錐輪系統使用變頻器單獨控制，本文簡述了使用Omron RV系列變頻器進行控制的方案說明。

2 設備控制系統介紹

　　粗紗機主要包括：錠翼、卷繞、羅拉、龍筋組成。

　　帶差速的三變頻分別有三臺變頻驅動，7.5kW的驅動錠翼、羅拉及一部分卷繞的速度，2.2kW驅動卷繞，1.5kW驅動龍筋的上下。

　　2.1粗紗機的卷繞原理

　　粗紗機在筒管上進行卷繞，卷繞的條件是：

　　卷繞轉速=筒管轉速-錠翼轉速

　　為了實現正常卷徑，任一時間內前羅拉輸出的須條實際長度必須與筒管的卷徑長度相等。圖1示出了粗紗機傳動圖。

　　筒管轉速可根據出線的長度及筒管上的紗的直徑可以求出。

　　 從以上公式可以看出：當粗紗直徑Dx逐漸增大時，Nb的速度是逐漸減少的，為了解決這一問題，過去采用鐵炮來完成，為了讓鐵炮很好地實現這一功能，必須讓皮帶的移位精確，而皮帶的移位是靠變形齒輪完成的。以上環節中齒輪的準確性、皮帶的松緊、移動的摩擦力等因素都會影響鐵炮的變速要求。所以鐵炮變速不穩定是影響粗紗質量的重要原因。

　　2.2羅拉出線米數的計算

　　前羅拉的速度，可以通過電機的速度乘以減速比求得，前羅拉直徑一般為28.5mm，這樣通過知道電機速度就可以求出羅拉的線速度，通過羅拉的線速度就可以求出卷繞的速度。

　　2.3龍筋的升降速度計算

　　羅拉速度及卷繞速度計算出以后，通過設定參數也就是卷繞密度，可以求出龍筋電機的速度。

3 控制系統關鍵點

　　3.1實現三變頻的同步

　　在起初的設計中采用速度跟隨的方式進行控制，也就是通過安裝在錠翼電機后面的編碼器速度進行卷繞電機和龍筋電機的速度設定，卷繞電機和龍筋電機速度的改變通過通訊修改脈沖序列值（電子齒輪比）進行改變，由于檢測的滯后卷繞的啟動和停止總是滯后錠翼，造成啟動時紗松停止時紗緊的情況出現。為了更好的實現同步行，利用的CP1H plc的脈沖輸出功能控制變頻器，這樣脈沖同時輸出起到同步控制的目的。 電機的速度控制由安裝在電機后面的編碼器及變頻器中的PG卡進行獨立控制，保證了速度的準確性。

　　3.2位置偏差的檢測

　　位置偏差的檢測，由于系統不是利用的跟蹤方式，為了避免出現偏差出現，把每個電機后面的編碼器全部接入PLC，這樣可以把出現的誤差檢測出來，然后通過PLC運算進行糾正，從而避免了以外情況的出現。

　　3.3斷電停車

　　斷電停車，在正常生產的過程中，如果突然斷電，會造成電機的不同步，這時所有紗線會斷掉，在此處必須使用額外的電源進行供電，這就是電容供電。

4 為了更好的利用三變頻的優勢，客戶提出的工藝要求

　　（1）提高紡紗速度，錠翼轉速要到達1200r/min;

　　（2）張力恒定，在啟動及停止時不出現細節;

　　（3）使用觸摸屏操作使操作方式人性化;

　　（4）張力要根據不同的工藝進行調整。

5 為了完成此設備必須解決控制系統的實施課題

　　5.1 計算出各個電機的速度

　　為了實現同步必須計算出各個電機的速度，各電機計算方法如下：

　　⑴ 錠翼電機轉速=A×錠翼轉速

　　式中：A為與傳動結構有關常數，錠翼轉速屏幕上直接輸入 。

　　⑵ 卷繞電機轉速=C×f（粗紗每層厚度、張力系數、卷繞紗管初始直徑）

　　式中：C為與傳動結構有關常數，粗紗每層厚度、張力系數、紗管初始直徑屏幕上直接輸入。

　　⑶ 龍筋升降=D×f（卷筒轉速和軸向密度）

　　式中：D為與傳動結構有關常數，軸向密度屏幕上直接輸入。

　　⑷卷繞與羅拉出線偏差的檢測與計算

　　根據編碼器的反饋值，經過計算可以求出羅拉出線和卷繞卷線的長度，根據長度比較可以判斷電機是否同步，消除了不使用跟蹤帶來的不確定因素，提高了設備工作的可靠性。

　　⑸斷電停車

　　為了實現在突然斷電的情況下，設備能正常停車，需要加電容進行在供電，電路圖如圖2所示。此時所有的變頻器進行直流母線并聯供電，

　　5.2直流母線并聯的好處

　　（1）如果不是直流母線供電，在緊急停車時，由于剎車電流比較大，會造成直流母線電壓過高，變頻器報警。如果共直流母線，大變頻剎車時的電流可以供應給小的變頻器，就不會造成大變頻的過電壓報警。

　　（2）在斷電停車時由于大變頻可以供應小變頻電，從而可以節約電能，也就節約了放電電容的數量。

6 粗紗機的整個電器控制系統配置

7 在這個控制系統的編程調試中所碰到的主要問題

　　（1）由于卷繞在纏繞的過程中隨著紗的變粗，整個直徑跟紗的直徑不是線性關系，不能寫出：總直徑=紗徑×層數。它是一條不規則的曲線，為了實現這條曲線，在程序中用了十幾段直線段去逼近這條曲線，從而模擬出來這條曲線。在生產中可以根據實際張力的大小來調節這條曲線的形狀，從而實現調整張力的大小。

　　（2）碰到的問題還有，在停車中由于不能做的電機完全的同步，會出現停車張力變大，有時可能拉斷紗線，為了彌補這種情況，把編碼器全部接入PLC做出一個大閉環系統，實時檢測同步情況，如果出現不同步時，立即改變電機速度進行速度追蹤來實現同步，取得了不錯的效果。

8 結束語

　　經過試驗可以達到客戶的使用要求，標志Omron的變頻器可以適用變頻粗紗機的應用。