ABB變頻器控制技術(shù)在染漿聯(lián)合機(jī)上的應(yīng)用
1 染漿聯(lián)合機(jī)工藝流程簡(jiǎn)介
鄭州紡織機(jī)械廠技術(shù)中心與深圳市庫(kù)馬克新技術(shù)有限公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的《ZLGA901型染漿聯(lián)合機(jī)》是集染色與過(guò)漿工藝于一體的紡織機(jī)械，是紡織行業(yè)的重要大型配套設(shè)備，填補(bǔ)了國(guó)產(chǎn)大型染漿聯(lián)合機(jī)的生產(chǎn)空白。
漿紗機(jī)工藝示意圖如圖1所示。系統(tǒng)主要由拖引、卷繞、染色三部分組成，其中卷繞和拖引為系統(tǒng)機(jī)頭部分，拖引為主傳動(dòng)單元，卷繞為從傳動(dòng)單元，兩個(gè)傳動(dòng)單元需要保持線速度一致的同步運(yùn)行。在這兩個(gè)傳動(dòng)單元之間有一張力輥，以檢測(cè)兩單元之間紗線的張力。染色部分由15個(gè)染色輥組成，所有染色輥均同步運(yùn)行(起動(dòng)、停止、升速、降速)。
圖1 漿紗機(jī)工藝示意圖
工藝參數(shù):
● 爬行速度:2m/min;
● 拖引、卷繞最高速度:45 m/min;
● 染色最高速度:35 m/min;
● 壓漿輥壓力線性可調(diào)
2 控制系統(tǒng)配置
(1) 卷繞采用變頻專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)
功率:22kW 極數(shù):6 轉(zhuǎn)速:980 rpm
最小卷徑:φ100mm 最大卷徑:1000mm
(2) 拖引采用變頻專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)
功率:11kW 極數(shù):4 轉(zhuǎn)速:1460 rpm
拖引輥輥徑:φ219mm
(3) 染色部分15只軋輥采用邊軸傳動(dòng)，用一臺(tái)三相交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)
功率:30kW 極數(shù):4 轉(zhuǎn)速:1460 rpm
染色輥輥徑:φ264mm
(4) 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器件
選用具有獨(dú)特的直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)功能的ABB ACS600系列高性能變頻器，它具有優(yōu)良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制特性。其中用于卷繞的ACS600變頻器加裝用于中
心卷曲機(jī)/開(kāi)卷機(jī)的卷曲傳動(dòng)應(yīng)用宏軟件;卷繞與拖引變頻器均配置編碼器，以形成速度閉環(huán)，取得最優(yōu)良的控制精度和最快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
(5) 控制器
選用德國(guó)西門子S7-200 系列PLC產(chǎn)品作為系統(tǒng)控制器件，以完成系統(tǒng)邏輯、通訊控制。S7-200在自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能，使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，其優(yōu)良的性能已得到世人的公認(rèn)。
(6) 人機(jī)界面(HMI)
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、LCD顯示技術(shù)和觸控技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)界面(HMI)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用亦更廣泛。本系統(tǒng)人機(jī)界面(HMI)采用100 MHz RISC CPU，6″ STN彩色顯示，畫(huà)面切換流暢、圖像清晰明亮，性能穩(wěn)定可靠，具有良好的性價(jià)比。
3 控制原理
(1) 控制原理
漿紗機(jī)控制原理如圖2所示，系統(tǒng)主要由 PLC、瑞典ABB ACS601變頻器、人機(jī)界面構(gòu)成，PLC與ABB ACS601變頻器之間用MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線相連，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線通訊控制網(wǎng)絡(luò)。ABB 變頻器均內(nèi)含標(biāo)準(zhǔn)MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線通訊接口，故該網(wǎng)絡(luò)的組建無(wú)需特殊網(wǎng)絡(luò)單元，簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、快速，支持8Mbit/s的通訊速率。
圖2 漿紗機(jī)控制原理
變頻器的頻率給定、起/停控制、參數(shù)修改、狀態(tài)查詢、故障查詢等均可通過(guò)MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn);除此之外，卷繞變頻器速度控制、張力給定、初始卷徑設(shè)定、卷徑復(fù)位等操作亦可通過(guò)MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)。故本系統(tǒng)簡(jiǎn)化了控制線路，節(jié)約了安裝布線時(shí)間，方便了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，更增加了系統(tǒng)靈活性。
(2) Modbus 通訊協(xié)議
Modbus 協(xié)議是一種串行的主從通訊協(xié)議，如圖3所示,該協(xié)議定義了主機(jī)查詢的格式，包括:從機(jī)的編址方法(或廣播)，要求動(dòng)作的功能代碼，傳輸數(shù)據(jù)和錯(cuò)誤校驗(yàn)等。從機(jī)的響應(yīng)也是采用Modbus協(xié)議結(jié)構(gòu)，包括:動(dòng)作確認(rèn)，返回?cái)?shù)據(jù)和錯(cuò)誤校驗(yàn)等。
圖3 主機(jī)-從機(jī) 與 查詢-響應(yīng)
(3) Modbus RTU信息幀結(jié)構(gòu)
標(biāo)準(zhǔn)Modbus 網(wǎng)絡(luò)可配置為ASCII或RTU(遠(yuǎn)程終端單元)中的任意一種通訊模式。本系統(tǒng)采用RTU模式，RTU信息幀結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)如表1:
表1 RTU信息幀結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)
RTU通訊模式的信息中包括一個(gè)循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)生成的錯(cuò)誤校驗(yàn)域，CRC域包括一個(gè)16位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，占兩個(gè)字節(jié)，CRC值由發(fā)送設(shè)備首先計(jì)算，附在傳送信息中。接收設(shè)備在接收時(shí)將重新計(jì)算CRC，并且把計(jì)算值與接收的CRC實(shí)際值做比較。如果兩個(gè)值不相等，就說(shuō)明有錯(cuò)誤發(fā)生。
4 ABB卷曲應(yīng)用宏
(1) ABB卷曲應(yīng)用宏
鄭州紡織機(jī)械廠技術(shù)中心與深圳市庫(kù)馬克新技術(shù)有限公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的《ZLGA901型染漿聯(lián)合機(jī)》是集染色與過(guò)漿工藝于一體的紡織機(jī)械，是紡織行業(yè)的重要大型配套設(shè)備，填補(bǔ)了國(guó)產(chǎn)大型染漿聯(lián)合機(jī)的生產(chǎn)空白。
漿紗機(jī)工藝示意圖如圖1所示。系統(tǒng)主要由拖引、卷繞、染色三部分組成，其中卷繞和拖引為系統(tǒng)機(jī)頭部分，拖引為主傳動(dòng)單元，卷繞為從傳動(dòng)單元，兩個(gè)傳動(dòng)單元需要保持線速度一致的同步運(yùn)行。在這兩個(gè)傳動(dòng)單元之間有一張力輥，以檢測(cè)兩單元之間紗線的張力。染色部分由15個(gè)染色輥組成，所有染色輥均同步運(yùn)行(起動(dòng)、停止、升速、降速)。
圖1 漿紗機(jī)工藝示意圖
工藝參數(shù):
● 爬行速度:2m/min;
● 拖引、卷繞最高速度:45 m/min;
● 染色最高速度:35 m/min;
● 壓漿輥壓力線性可調(diào)
2 控制系統(tǒng)配置
(1) 卷繞采用變頻專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)
功率:22kW 極數(shù):6 轉(zhuǎn)速:980 rpm
最小卷徑:φ100mm 最大卷徑:1000mm
(2) 拖引采用變頻專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)
功率:11kW 極數(shù):4 轉(zhuǎn)速:1460 rpm
拖引輥輥徑:φ219mm
(3) 染色部分15只軋輥采用邊軸傳動(dòng)，用一臺(tái)三相交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)
功率:30kW 極數(shù):4 轉(zhuǎn)速:1460 rpm
染色輥輥徑:φ264mm
(4) 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器件
選用具有獨(dú)特的直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)功能的ABB ACS600系列高性能變頻器，它具有優(yōu)良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制特性。其中用于卷繞的ACS600變頻器加裝用于中
心卷曲機(jī)/開(kāi)卷機(jī)的卷曲傳動(dòng)應(yīng)用宏軟件;卷繞與拖引變頻器均配置編碼器，以形成速度閉環(huán)，取得最優(yōu)良的控制精度和最快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
(5) 控制器
選用德國(guó)西門子S7-200 系列PLC產(chǎn)品作為系統(tǒng)控制器件，以完成系統(tǒng)邏輯、通訊控制。S7-200在自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能，使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，其優(yōu)良的性能已得到世人的公認(rèn)。
(6) 人機(jī)界面(HMI)
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、LCD顯示技術(shù)和觸控技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)界面(HMI)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用亦更廣泛。本系統(tǒng)人機(jī)界面(HMI)采用100 MHz RISC CPU，6″ STN彩色顯示，畫(huà)面切換流暢、圖像清晰明亮，性能穩(wěn)定可靠，具有良好的性價(jià)比。
3 控制原理
(1) 控制原理
漿紗機(jī)控制原理如圖2所示，系統(tǒng)主要由 PLC、瑞典ABB ACS601變頻器、人機(jī)界面構(gòu)成，PLC與ABB ACS601變頻器之間用MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線相連，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線通訊控制網(wǎng)絡(luò)。ABB 變頻器均內(nèi)含標(biāo)準(zhǔn)MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線通訊接口，故該網(wǎng)絡(luò)的組建無(wú)需特殊網(wǎng)絡(luò)單元，簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、快速，支持8Mbit/s的通訊速率。
圖2 漿紗機(jī)控制原理
變頻器的頻率給定、起/停控制、參數(shù)修改、狀態(tài)查詢、故障查詢等均可通過(guò)MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn);除此之外，卷繞變頻器速度控制、張力給定、初始卷徑設(shè)定、卷徑復(fù)位等操作亦可通過(guò)MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)。故本系統(tǒng)簡(jiǎn)化了控制線路，節(jié)約了安裝布線時(shí)間，方便了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，更增加了系統(tǒng)靈活性。
(2) Modbus 通訊協(xié)議
Modbus 協(xié)議是一種串行的主從通訊協(xié)議，如圖3所示,該協(xié)議定義了主機(jī)查詢的格式，包括:從機(jī)的編址方法(或廣播)，要求動(dòng)作的功能代碼，傳輸數(shù)據(jù)和錯(cuò)誤校驗(yàn)等。從機(jī)的響應(yīng)也是采用Modbus協(xié)議結(jié)構(gòu)，包括:動(dòng)作確認(rèn)，返回?cái)?shù)據(jù)和錯(cuò)誤校驗(yàn)等。
圖3 主機(jī)-從機(jī) 與 查詢-響應(yīng)
(3) Modbus RTU信息幀結(jié)構(gòu)
標(biāo)準(zhǔn)Modbus 網(wǎng)絡(luò)可配置為ASCII或RTU(遠(yuǎn)程終端單元)中的任意一種通訊模式。本系統(tǒng)采用RTU模式，RTU信息幀結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)如表1:
表1 RTU信息幀結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)
RTU通訊模式的信息中包括一個(gè)循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)生成的錯(cuò)誤校驗(yàn)域，CRC域包括一個(gè)16位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，占兩個(gè)字節(jié)，CRC值由發(fā)送設(shè)備首先計(jì)算，附在傳送信息中。接收設(shè)備在接收時(shí)將重新計(jì)算CRC，并且把計(jì)算值與接收的CRC實(shí)際值做比較。如果兩個(gè)值不相等，就說(shuō)明有錯(cuò)誤發(fā)生。
4 ABB卷曲應(yīng)用宏
(1) ABB卷曲應(yīng)用宏
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