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染整企业数字化转型的基础构建(三)——染整电力传动控制系统①

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-11-22  作者:陈立秋  浏览次数:20
核心提示:陈立秋,中国纺织工程学会染整专业委员会特聘首席专家,获得中国染整行业终身荣誉奖。现从事染整工程的创新工作。
 1   染整电力传动的一般要求
1.1 交流变频电机传动解决染整多单元传动的“开车难”
染整电力传动具有以下特点:单元多,工艺设备流程长;导布辊多,织物在机经向摩擦阻力矩大;电动机装机容量相差大(例如:高速直辊布铗丝光机中,两台轧碱重型轧车分别为13kW和17kW,布铗拉幅传动高达40kW,而平洗两辊小轧车仅2.2kW)。这些特点将影响到各单元动态速度协调,加上织物在机的牵伸、收缩,使速度协调难度进一步加大。
“低速同步难”、“导布速太高”、“松紧架容易越位”是直流共电源调磁传动时经常碰到的难题,但用交流变频调速更新传动系统后,这些难题已不存在。目前,应用计算机控制交流变频调速跟随系统,将控制系统引人现场总线技术,使染整多单元速度协调控制系统运行稳定、可靠和智能化。
1.2 染整电力传动的“有差调节”与“同步传动”
染整多单元联合机极大多数是平幅紧式工艺流程,导布路径少则几十米,多则几百、上千米。织物在运行过程中,要克服众多导布辊的摩擦阻力矩及摆式松紧架的初始张力牵伸;工艺过程的堆置、碱缩,导致反应区段前、后单元机的线速度不等。因此,将其称之为“恒线速度”是不妥的。两相邻单元间,进布单元跟随出布单元的线速度,保持线速度有差调节,两单元间的线速度则因工作情况不同而异。
染整多单元联合机传动控制从属多单元速度协调控制系统,亦是一种随动控制系统。该系统两单元间的线速度依靠速差变送器测控,达到“有差调节”,协调运行。
“同步”是指两个或几个现象在时间上的协调性。因此,同步传动控制不仅要求各单元机静态线速度在单位时间内皆相等,而且要求动态速率亦相同,即过渡过程(升、降速,启、制动)相同。而染整设备目前单元间的动态速率是不可控的,动态两单元间会发生出布、进布即时速度不等的现象。
1.3 染整联合机对电力传动控制系统的一般要求:
(1)织物通过单机或联合机的线速度可调范围1:10,平稳无级调速。
(2)在多单元速度协调传动系统中,两相邻单元间的线速度快速跟随、微差调节;织物堆置收缩或牵伸、超喂应达到稳速比例调节。(3)在位置控制传动中,应能高精度地实施稳态速度同步跟随,动态过渡过程快捷的速率应变控制,单元间“飞升曲线”一致性(如印花独立圆网传动)。
(4)在退卷、收卷、探边上铗,稳速牵伸等传动中,系统传动的电动机应有四象限运行的优良品质。
(5)调速控制与张力控制的互补性。
(6)传动系统设有平稳起、制动,加、减速度的速率可调环节。
2   染整电力传动控制系统
染整生产机械,是由多个分部(单元)组成的联合机。各单元之间的运行线速度,按工艺情况必须维持一定的比例关系。具有这种特点的电力传动控制系统,称为多分部速度协调控制系统。
(1)各单元的速度应能单独调节,以满足各分部的速度比例关系。传动系统的调速比与调速精度,必须满足工艺要求,平滑无级调速。联合平稳起、制动,加、减速的速率可调。
(2)当外界扰动影响到各单元间速度协调时,控制系统应具有快速恢复各分部的速度协调能力;当某分部的速度给定值变化时,该单元的实际速度应能尽快地跟上速度给定值的变化。
(3)染整机械联合机应设有“松紧架”中间缓冲装置。
多分部速度协调系统实际上也是一种随动系统,要求有较好的速度跟随性。在设计该系统时,从选择主回路方案和检测装置,到确定控制系统的结构和控制器的类型及参数时应考虑到多分部速度协调系统的上述特点。
速度就是单位时内位移的增量,速度包括线速度和角速度,与其相应的就有线速度传感器和角速度传感器,统称速度传感器,在与松紧架组合时,调节单元间速差。
2.1 计算机控制交流变频速度协调系统
2.1.1
 
 
如图1所示,该系统应用了工业控制机技术,包括可编程控制器(PLC)、单片微机和工业计算机(IPC),是一种以计算机技术为基础的新型控制装置。该系统工业控制机作为过程控制系统中一个组成部分的数字、模拟或混合计算机,能完成数据采集和加工处理,监控和作出逻辑判断,规定设定点,代替一个或多个调节器工作。工业控制机具有可靠性高,抗干扰能力强,能适应各种恶劣工作环境,能满足实时控制要求的特点和完善的过程通道设备。除一般计算机外部设备外,还配有专用外围设备,如数模输入、开关量输入、数字量输入、脉冲量输入、数模输出、开关量输出及人机界面通信设备等,且留有联网接口。
2.1.2

1-主令单元2-从动单元3- 松紧架4-电动机
5-变频器6-控制器7-给定器8-感应板9-传感器
图(2)是速度跟随原理示意图。该系统由按钮式主令信号给定器(以下简称给定器)、速度跟随控制器(以下简称控制器)、直联非接触式速差变送器(以下简称变送器)三者构成。图2中,给定器向控制器提供速度给定信号,控制器按工艺要求向变频器输出控制信号,变频器向电动机提供无级变速电源,单元机运行在主令给定的工艺布速下。从动单元机控制的给定信号是主令学元的控制信号与感应板和传感器组成的变送器速差反馈信号的叠加值,实现单元间的线速度协调跟随传动。
2.1.3 按钮式主令信号给定器
传统的联合机工艺车速主令信号给定采用电位器,其缺点是操作不方便和易接触不良。采用按钮式主令信号给定器,其系统的给定,能很方便地通过按钮操作调节速率“升速”或“降速”,且具有联合机启动按时间函数变化缓慢加速到“导布速”(工艺调整的低速);与外围电器组合可实施“工艺停车”、“工艺启动”等功能。图3是KMD系列速度跟随控制器外部接线框图,用两个常开按钮连接DOWN、UP与GND,当设定内部给定为输入源时,揿动按钮可“升速”或“降速”。DOWN、UP与GND外部连线较长时,需用屏蔽线,且加装中间继电器,以利抗干扰。
2.1.4 多单元传动控制器
多单元速度协调控制中,要使各单元间无速差协调传动,高性能的速度跟随控制器是必不可少的。KMD控制器是以计算机为核心的全数字化控制装置,图4是控制原理示意图。控制器采用单片机,通过按键可对各单元机的给定信号、反馈信号输出比例系数、反馈比例系数、反馈信号偏移量、输入方式(电流或电压)、内部给定电压值、升降速率及松紧架越位报警等各种参数进行设置,以数码形式显示。
控制器具有断电自动保留设置的参数和参数密码锁定等功能。与传统的模拟量调节控制器相比,具有功能全、操作简便、柔性调整、运行可靠,以及高性能价格比等优点。KMD控制器有八单元及四单元两种。

如图4所示,控制器输入的模拟反馈信号VF1~8经多路开关采样后,共用一个采样/保持器(S/H)及一个A/D转换器,经接口馈入单片机。在输出回路每一个控制信号通道皆设有一个D/A转换器,使控制器的可靠性提高、速度快,即使某一路出现故 障,也不影响其他通路的工作。控制器内的A/D、D/ A转换器的分辨率皆为0.1%,以适合染整设备调速精度高、工艺线速度调速比大、单元间速差小、张力低、运行平稳和可靠的要求。
2.1.5 直联非接触速差变送器
变送器是一种由高度集成化的模拟量输出电子传感器及感应板组成的松紧架直联非接触角度传感速差变送器。
图5是三单元速差调节示意图。其中,2#轧车为主令车,1#从动机经A变送器跟随主令布速;3#从动机经B变送器跟随主令布速。

V2为主令车速,作为一个常量,当V1<V2时,松紧架张力辊下摆,A变送器的感应板顺时针角位移,致使δ1增大,反馈信号VF1上升,使V1增速,直至V1=V2角位移停止运动;V1>V2时,跟随调节过程相反。
V3<V2时,松紧架张力辊上摆,B变送器的感应板逆时针转动,由于该板与1#单元的A板对比已水平旋转了180°,故仍为VF3上升,导致V3上升,直到V3=V2角位移停止运动;V3>V2时,跟随调节过程相反。
感应板与传感器间的间隙为0~10mm,输出一个与间隙成线性关系变化的电压量(0~5V DC),亦可输出电流量(4~20mA DC)。感应板角位移量按工艺要求制订,气动松紧架角位移90°应用中调整张力辊处于机械“零”位时,应使感应板处于电气“零”位,即变送器输出0~5V DC值时,将电气“零”位经控 制器偏移设置为+2.5V DC。因此,凡反馈输入信号>+2.5V为正信号,使被控单元增速;而反馈信号<+2.5V为负信号,使被控单元减速。
该变送器结构合理,防水、耐高温,具有输出线性度高、变送量平滑、抗干扰性能好。由于与松紧架张力辊转轴无链条联结,采用转轴直联,安装、调试简便,速差反应灵敏,运行可靠,维修少。
 
 
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