丹佛斯FC360在卷染機上的應用

摘要：目前，在紡織品加工市場中，布匹染色是重要的一道工序。卷染機主要實現對成品坯布進行漂白、上色、整壓磨面等相關紡織品加工工藝的完成。

卷染機控制方面要求具備自動計數（上布道數）、自動掉頭（來回多次漂白或染色）、自動停車（急停且穩定，不能有布匹松弛或下垂）等功能。在整個加工工藝過程中，要求保持布匹的拉伸張力和線速度恒定，因此對整個機械傳動系統的自控控制水平要求較高。

       丹佛斯FC360優異轉速，轉矩控制對卷染機進行恒線速度和恒張力控制，同時也可以滿足印染廠潮濕，腐蝕的惡劣環境。

1.系統構成

卷染機的控制示意圖

2．控制方式

（1）該卷染機使用兩臺4KW電機，實現中心軸卷曲控制。成品坯布首先通過上布電機勻速卷到其中的一個滾筒上，滾筒的傳動軸上安裝有計數用的接近開關（即滾筒每旋轉一卷，接近開關產生一個脈沖），此時卷染機控制器計下一整匹坯布的道數。上卷完畢后，采用人工的方式把布匹的一頭，穿過染池、連動軸，卷到另外一個滾筒上面并纏緊，開動卷染機，便可進行坯布的染色。此時兩個滾筒朝著同一個方向運轉，控制的要求是始終要保持坯布上的拉伸張力恒定，并且坯布經過染液的時間一致，也就是線速度要保持恒定。這是一個沒有線速度反饋，同樣，也沒有張力反饋的驅動控制系統，因此，控制系統需要適當調整放卷變頻器的輸出頻率以及 收卷變頻器的輸出轉矩來達到該種獨特的要求。

（2）該卷染機以西門子S7-1200 PLC控制器作為主控制器，采用觸摸屏作為人機界面，它主要完成的是布匹張力、運行線速度、布匹厚度、來回卷染次數的設定，放卷電機的運行頻率、收卷電機輸出轉矩的計算，自動調頭、自動停車等相關邏輯動作的控制。變頻器和控制器之間采用網絡通訊PROFINET。

（3）由控制示意圖可見：兩臺完全一樣的變頻器（4kw），它們均工作于矢量帶反饋控制模式下。上布時刻，卷染機plc控制器記錄下卷在滾筒上面的布匹圈數，然后由操作工測量該布匹的厚度，把這個值輸入到控制器，控制器將根據坯布的厚度和布匹的圈數，可以精確計算出滾筒的直徑。采用這種方法可以輕松獲得時實轉動半徑，且誤差較小?？刂破魍ㄟ^實轉動半徑，用戶設定的張力、線速度，準確計算出相應的轉矩（收卷電機）和匹配頻率（放卷電機），通過網絡通訊PROFINET，傳輸給FC360變頻器作為控制收、放卷電機的基本參數。從而保證了恒線速度與恒張力的控制，其中，恒張力控制是利用Fc360變頻器的轉矩控制來實現的。

（4）由卷染機的工作原理可知，放卷側的電機始終處于發電狀態，通常的做法都是采用制動單元加制動電阻，將負載回饋給變頻器的電能以熱量的形式消耗掉。對于卷染機這樣長期工作在發電狀態下的設備來說，這種方式對電能的浪費是很大的，同時，也因為要配備大的電阻箱而占用電氣控制柜的空間。FC360變頻器可以方便支持公用直流母線，將兩臺變頻器的直流母線直接并聯，這樣卷染機正常工作時，因為放卷制動所產生的電量通過并聯的母線又回饋到收卷的電機上，從而使電能得到充分利用，極大地提高了電能的使用效率。但是在快速停車的時候，兩臺電機都處于發電狀態，在其中的一臺變頻器上面仍舊并了一個制動電阻，這個制動電阻的工作是短時的，能耗很小，主要是防止在系統停車時造成的變頻器過壓故障。

3.恒轉矩控制

      放卷變頻器工作在力矩模式下，在轉矩控制模式下，要保證放卷輥恒張力運行，變頻器轉矩給定必須滿足下列計算公式:

T=T0 *R/R0

T0 光輥時的轉矩=F* R0（F運行張力）

R 當前放卷輥半徑

R0光輥半徑

4．恒線速度控制

收卷變頻器工作在閉環速度模式下，在速度控制模式下，要保證收卷輥恒線速運行，變頻器轉速給定必須滿足下列計算公式：

n =（ V*N）/（π*D）

V 設定的線速度

N 傳動比

D 當前收卷輥直徑

5.系統的特點

   （1）采用西門子S7-1200和丹佛斯Fc360網絡通訊；實現生產過程中數據的快速交換；減少柜體的走線，變頻器的接線；減少PLC的編程和避免干擾；

  （2）自動化程度較高：可自動計圈，計道，自動倒卷，自動升溫，工人勞動強度小，一人可看多臺機器；溫度自動控制，可有效克服普通大卷裝染色的匹差。

  （3）丹佛斯Fc360標配IP20防護等級，可采用獨立的選件升級到IP21；輕巧的設計還能夠實現零間隙的并排安裝；簡單的參數設置，支持中英文的圖形控制面板，電路板3C3涂層，最大55℃的工作溫度。

（4）品種適應性強：由于采用PLC優化程序控制，實踐證明丹佛斯變頻器FC360用在雙變頻器卷染機上，適應品種能力強，布的薄厚都不影響運行。

（5）各種故障自動識別，自動報警，動作連鎖，安全性好。

（6）丹佛斯FC360變頻器RFI濾波器符合C3等級；22KW以下內置制動斬波器；與控制卡集成的現場總線（Profibus  Profinet）