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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②

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-11-22  作者:陈立秋  浏览次数:21
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。
 2.2 串行总线控制交流变频速度协调系统
交流变频调速已在染整设备上广泛应用,变频器的频率给定也由模拟量信号发展到全数字化。这样促进了变频器产品的更新换代,许多变频器都附设有串行通讯功能,这种串行通讯控制方式具有很多优点。
(1)只需一根屏蔽双绞线就可完成数台变频器的控制,节约线缆成本。
(2)修改变频器的设置不需改变硬件接线。
(3)可读取、显示多个变频器参数,精度高,只有量化误差。
(4)可方便地实现多台变频器开环或闭环联动调速等。
这些比一般的变频器端子操作、电位器操作、变频器面板操作、面板参数读取、模拟量编程(1~2个)输出测量参数具有不可比拟的优越性。
变频器串行总线通讯有两种方式:一种是采用集中控制系统(DCS),由工控机与变频器通讯,是在已有的DCS系统上加装变频器控制功能,如前述的“计算机控制交流变频调速跟随系统”;另一种是采用PLC的通讯口与变频器通讯,由于PLC人机交换性较差,故使用人机界面(HMI)与PLC组合对变频器进行串行总线控制的方式,在性能、可靠性、价格等方面都获得了染整电气传动设计人员的认可。
2.2.1 图(6)为LMA048型前处理退浆联合机总线控制框图,工控机通信     
该控制系统包括:工业计算机、变频器、松紧架速差传感器、温控表、CANBUS现场总线协议的开关量输人输出模块、A/D.模块及开关量D/A模块。
2.2.1.1 开车主令信号由工业控制机统一发出,相邻单元间的速差由松紧架检测、变送、调节。工业控制机随时接受全机所有松紧架上速差传感器的反馈信号,同时分别对每一信号进行PID调节,然后再通过CAN总线分别向每一传动单元的变频器发出综合处理后的信号,以消除单元间速差,协调跟随运行。
2.2.1.2 现场总线通讯网络将传统DCS(集散控制系统)通讯网络,从分散控制装置下移到现场的智能仪表。由于染整生产现场的环境恶劣,因此现场总线通讯网络不仅要适应操作环境,而且对环境的抗干扰性要求也很高。
2.2.1.3 现场总线控制系统所使用的智能传感器,由传统的传感器和微处理器(或微计算机)相结合而成。它充分利用微处理器的计算和存储能力,完成测量信号调理(如滤波、放大A/D转换等)、数据处理、数据显示以及自校、自检、自补偿等功能。 现场总线控制系统是一个局部测控网络,基于现场总线的智能传感器支持现杨总线通信协议,进入局部测控网络。
值得注意的是,在DCS系统中,数据通信标准RS-232、RS-422、RS-485等被广泛采用。但是,智能传感器与控制设备之间仍然是采用传统的模拟电压或电流信号进行通信,这样,就没有从根本上解决布线复杂和抗干扰性差的问题。
2.2.1.4 退浆联合机中的工业计算机的主要功能是,实时数据显示、历史数据显示、图形显示、参数列表、数据打印、数据输入、参数修改、控制运算调节、报警处理、故障处理、通讯处理和人机接口。
2.2.2 S7-216PLC的通信方案
LMV131*系列型平幅松弛型连续碱减量机,应用了S7-216PLC与FRN-G9S系列变频器的通信方案。图7(a)是系统硬件构成示意,图7(b)通信板的接线。由于富士变频器FRN-G9S系列本身无通信接口,因此必须选配0PC-C9S-RS通信板安装在变频器的选件端口上,其西门子(SIM ATIC)S7-216可编程序控制器的PORT1口通过RS485自由通信口模式向变频器发送数据命令,PORT0口采用PPI协议与TP37工业人机界面——触摸屏进行数据交换和获取操作命令。
S7-216的PORTO和PORT1口的6ES7902-0AB10-0XAL通信头上的终端电阻开关置于ON位置,阻值为120Ω,通信电缆采用西门子专用通信6×V0-0AH00。图(2)是系统的程序流。
2.2.3 S7-216与MD320的通信
MD系列矢量型变频器可以采用三种方式组网控制:RS485单主多从网、RS485-RS232单主多从PC网和RS232PC后台监控。第一种方式物理接口:RS485接线端子、异步传输、半双工方式。MD320变频器串行通信采用总线卡自主开放协议,协议详见深圳市汇川技术有限公司的“MD320串行通讯协议”系统通信见图(8)所示。西门子S7-216CPU可编程序控制器,PORTO用于编程下载和连接人机界面,PORT1与三台MD320变频器组成串行通信网,变频器地址分别为01H、02H、03H。PORT1为可自由编程的485通信口,其波特率、校验特性可自由编,可与任何485物理层的通信设备,如数据采集器、变频器通信。通信界质为屏蔽双绞线,屏蔽层单端浮接抗干扰TE线,总线的两个物理终端需接入终端电阻,可经拨码开关设置。变频器的通信一般可分为四个阶段:开机启动、调速、定时读取运行参数和停机。
 
 
2.3 比例串联控制传动系统
染整工艺过程织物经在机张力的牵伸及经堆置、碱缩,导致反应区段前后单元机的进出布速不等,在布速变量较大的工况,传动系统采用比例串联控制是必要的。
松堆丝光工艺因制品在浓烧碱的工艺堆置6~8min,径向收缩在10%~20%之间,若不进行比例定长控制,落布将发生严重缺布,无法交单。
2.3.1 图9是YMH218型短流程打卷直辊丝光机单元组成的示意图
2.3.1.1 打卷车采用常规的A字车,由两个汽 缸控制拖板,使A字架的卷绕辊(布卷)5压在收卷辊(退卷辊)4上,随着收卷(退卷)过程布卷直径的变化,A字架底部拖板位移,保持布卷与收卷辊(退卷辊)间的压紧程度,保证在一定张力下无折皱收卷。
2.3.1.2 轧车1的两辊立式,上橡胶辊、下不锈钢辊,∮400mm,气动加压、可调,正反转运行。
2.3.1.3 收卷辊4采用橡胶辊,∮385mm,经离合器与减速箱输出辊连接。收卷时主动运行,退卷时离合器脱开由织物带动。
2.3.1.4 直辊槽3由五只∮250mm的直辊构成导布路线,上橡胶辊三只、不锈钢辊两只,织物平整地在一定张力下包裹于直辊上,纬纱因经纱的张力制约了滑移现象,再加上织物在机全程包裹于各种辊筒上,不存在空气道,布幅收缩阻力大,这样可有效地防止直辊丝光纬向门幅收缩。挡液辊6是为了防止辊运行中所带烧碱的飞溅而设置的。喷淋管2为直辊槽3不断添加工艺碱液及水洗时提供热水。
2.3.2 电气原理框图
图(10)是电气原理框图。系统由四单元组成,打卷单元共用一台变频器(退卷时退卷辊与减速器“脱离”,该单元电动机不馈电),由于系统根据工艺要求是可逆的,且单元间应比例调节线速度跟随,因此,变频器工作在四象限状态。
电气系统应用了PLC控制与人机界面(HMI)组合对变频器进行串行总线控制。采用12位D/A转换,频率分辨率达到0.015Hz,频率精度在0.01%之内,确保在机织物张力1%的调节精度。
人机界面采用富士20cm(8英寸)TFT触摸屏,工作屏在功能上划分为五个部分:
(1)程序选择显示:用以选择机器的工作程序,包括丝光、水洗、手控电磁阀和计道程序。(2)张力设定:用于打卷与主轧、主轧与辅轧之间的工艺张力设定,亦为单元间线速度的比例调节,设定范围为士5%,分辨率为0.1%。
(3)运行方式选择:用于选择运行方向,左行或右行,单机运行或联合机运行。
(4)速度设定及轧车加压、拖板加压:由导布速与运行速度设定器组成,一旦设定完毕由触摸按钮切换,保证了工艺设定的准确性。轧车及拖板的电压各自按工艺要求设定。
(5)变频器或电动机的运行状态显示:当出现故障,状态指示灯呈现红色,且停止系统工作,判别排除故障后,触摸对应状态灯,起复位作用。
手调阀控屏设在次屏上,停机时可用触摸按钮使各电磁阀通断,系统工作时显示当前各电磁阀状态。
比例串联控制传动使打卷丝光机传动及可控张力牵伸的工况得到改进,有利于织物获得要求的光泽及有效防止纬缩。
3   染整电力传动控制系统的发展
染整电力传动控制系统因各种工艺条件及高质量染整面料加工的要求,存在众多的控制系统方案。就多单元交流变频速度协调系统而言,有计算机控制,DCS控制系统;以速差控制而言,就有稳速控制,比例控制等;从发展而言,全数字化的FCS控制系统是首选。
目前染整行业运行中的平幅多单元联合机电力传动控制系统水平参差不齐,结合工艺参数在线测控,现场总线成为自动化控制发展的热点,FCS现场总线网络控制系统是自动化与信息化深度融合的典型先进技术方案,FCS是21世纪控制系统的主流,是染整企业数字化转型的重要基础构建之一。
 
 
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