Danfoss同步控制卡的粗紗機(jī)設(shè)計(jì)

上圖所示，羅拉在轉(zhuǎn)到的時(shí)候就可進(jìn)行，紗條進(jìn)過(guò)羅拉的兩個(gè)轉(zhuǎn)到橡膠的縫隙中出來(lái)，便將紗條進(jìn)行了一定程度的拉伸，出來(lái)的粗紗進(jìn)過(guò)錠翼的中空管繞到紗體上，錠翼和羅拉的旋轉(zhuǎn)速度比便決定了粗紗的捻度。紗管被固定到卷繞機(jī)構(gòu)上，卷繞和錠翼同向旋轉(zhuǎn)，但卷繞的速度大于錠翼的速度，它們的相對(duì)速度乘以紗體半徑應(yīng)恰好等于羅拉的出線速度。

在進(jìn)行卷繞的同時(shí)，龍筋在體的長(zhǎng)度范圍內(nèi)勻速的上下移動(dòng)，但每一層的移動(dòng)距離比上一層都有一個(gè)固定的縮進(jìn)量，這樣便可在紗體的兩端形成一個(gè)平滑的成型角。

    在粗紗工藝中，四部件的配合顯得尤為重要，這種配合反映到電機(jī)上就是轉(zhuǎn)速的同步比例關(guān)系，并且這種比例關(guān)系隨著紡紗層數(shù)的改變而改變。如果任何一個(gè)部件出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)影響整個(gè)的紡紗工作，因此對(duì)電氣設(shè)備的穩(wěn)定性和同步控制的精度有相當(dāng)高的要求。

3粗紗機(jī)控制系統(tǒng)

3.1粗紗機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

根據(jù)紡紗工藝的要求，粗紗機(jī)將棉條經(jīng)羅拉牽伸后，由前羅拉出紗，進(jìn)行加捻，然后按照卷裝成形的要求，將紗卷繞在筒管上，由于前羅拉出紗速度是恒定的，而卷繞速度是隨著卷繞直徑的增大按反比例降速，因此傳統(tǒng)的粗紗機(jī)采用機(jī)械式錐輪變速機(jī)構(gòu)，皮帶在上、下錐輪上移動(dòng)，達(dá)到改變卷繞和升降速度，完成粗紗卷繞成形。此方式由于靈活性差，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜逐漸被淘汰。

由于計(jì)算機(jī)，變頻等技術(shù)的發(fā)展，在粗紗控制方面出現(xiàn)多種方案，現(xiàn)多數(shù)采用4臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)方案，即4臺(tái)變頻器分別控制羅拉、錠翼、卷繞、升降4個(gè)部件的速度。此方式機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，效率高，靈活性好。

本系統(tǒng)在四電機(jī)傳動(dòng)粗紗機(jī)的控制系統(tǒng)中，采用臺(tái)達(dá)PLC作為控制器, 進(jìn)行粗紗機(jī)工藝數(shù)學(xué)模型的計(jì)算、速度和張力校正控制。四臺(tái)Danfoss變頻器（3臺(tái)配帶同步控制卡）分別控制羅拉電機(jī)、錠翼電機(jī)、卷繞電機(jī)及龍筋電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)粗紗機(jī)的牽伸、加捻、卷繞成形等工藝要求。同時(shí)配觸摸屏來(lái)進(jìn)行操作和系統(tǒng)監(jiān)控。

圖2控制系統(tǒng)組成圖

由圖2所示PLC作為主控制器，實(shí)時(shí)的向四臺(tái)變頻器發(fā)送通信參數(shù)。其中錠翼電機(jī)作為主電機(jī)（變頻器內(nèi)無(wú)同步控制卡），其余電機(jī)作為從電機(jī)跟隨主電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。具體比例因子是由控制器根據(jù)工藝參數(shù)和當(dāng)時(shí)層數(shù)進(jìn)行計(jì)算而得出，其中控制器只向主變頻器發(fā)送頻率值，而向其余三臺(tái)從變頻器發(fā)送同步比例因子。三臺(tái)從變頻器內(nèi)部的同步控制卡會(huì)根據(jù)主電機(jī)編碼器的給定信號(hào)和相關(guān)的比例因子控制從電機(jī)的運(yùn)行。

3.2 Danfoss同步控制卡在粗紗工序的應(yīng)用

本粗紗工序控制系統(tǒng)就采用帶有同步功能的FC302變頻器，只需在變頻器中加一個(gè)同步運(yùn)動(dòng)卡就能實(shí)現(xiàn)同步功能，以在多軸同步控制運(yùn)行方式下獲得同步系統(tǒng)極高的穩(wěn)態(tài)精度和較高的動(dòng)態(tài)精度。本控制系統(tǒng)以錠翼電機(jī)為主軸，三臺(tái)帶有同步卡的變頻器實(shí)時(shí)跟蹤主軸運(yùn)動(dòng)，通過(guò)plc內(nèi)部建立的數(shù)學(xué)模型通過(guò)通信向變頻器發(fā)出指令，以滿足粗紗工藝的要求。

在本系統(tǒng)中安裝在錠翼電機(jī)的編碼器作為給定信號(hào)連到其余三臺(tái)變頻器上的同步卡的編碼器輸入口，另外分別安裝在羅拉、卷繞、升降電機(jī)的三個(gè)編碼器各自作為反饋信號(hào)連到同步卡的編碼器反饋口上。同步卡的最大脈沖接收頻率為220kHz。使用增量型編碼器時(shí)，同步卡采用四分相脈沖計(jì)數(shù)法，因而具有很高的測(cè)量精度。

   控制器向錠翼變頻器發(fā)出運(yùn)行信號(hào)，主電機(jī)開始運(yùn)行，此時(shí)與其連接的增量型編碼器產(chǎn)生脈沖信號(hào)。安裝到羅拉、龍筋、升降變頻的同步卡接收到給定的脈沖信號(hào)后，會(huì)根據(jù)PLC總線發(fā)送過(guò)來(lái)的同步比例因子確定轉(zhuǎn)速來(lái)驅(qū)動(dòng)各自的電機(jī)運(yùn)行，三臺(tái)電機(jī)后的編碼信號(hào)作為同步控制的反饋信號(hào)與給定編碼信號(hào)進(jìn)行比較從而構(gòu)成速度閉環(huán)回路。PLC 通過(guò)高速脈沖口對(duì)龍筋電機(jī)后的編碼器進(jìn)行計(jì)數(shù)，達(dá)到一定的值時(shí)會(huì)改變龍筋電機(jī)的轉(zhuǎn)向，從而控制龍筋的上下運(yùn)動(dòng)。

本項(xiàng)目中采用的是同步卡的主從位置同步控制方式。在給定信號(hào)不變的情況下，同步卡是根據(jù)主、從同步因子來(lái)確定電機(jī)轉(zhuǎn)速的，因此只需將固定一個(gè)因子，而改變另一個(gè)因子即可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。在本系統(tǒng)中將主同步因子syncfactm.設(shè)為10000，從同步因子syncfacts鏈接到用戶參數(shù)1901中。通過(guò)PLC控制器內(nèi)部數(shù)學(xué)函數(shù)的運(yùn)算可以計(jì)算出各個(gè)從電機(jī)相對(duì)于主電機(jī)的轉(zhuǎn)速比，然后根據(jù)Danfoss FC協(xié)議將從同步因子發(fā)送到變頻器1901參數(shù)中。這樣就可以隨時(shí)的改變各個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以達(dá)到粗紗工藝的要求。

下面是通過(guò)串口調(diào)試助手得到的通訊代碼：

02 0E 02 27 6D 00 00 00 00 21 7B 00 00 00 00 1F

其中02為頭碼，0E為通訊碼長(zhǎng)度，02為設(shè)備地址，276D表示寫參數(shù)1901, 00 00為索引，00 00 21 7B表示參數(shù)值為8571，00 00 00 00為過(guò)程字，1F為校驗(yàn)字節(jié)。

以上是Danfoss變頻的FC協(xié)議指令代碼，在通訊前應(yīng)使控制器內(nèi)部的通訊參數(shù)和變頻內(nèi)部設(shè)置成一致，否則變頻器無(wú)法接收通訊指令。具體通訊格式請(qǐng)參考變頻器的設(shè)計(jì)指南。

三 系統(tǒng)調(diào)試的注意事項(xiàng)

實(shí)際調(diào)試中可能會(huì)碰到一些問(wèn)題，下面列舉一些較為常見(jiàn)的問(wèn)題并給以解答。

1 從電機(jī)出現(xiàn)飛車現(xiàn)象

    出現(xiàn)飛車現(xiàn)象多出現(xiàn)在配帶同步卡的變頻器所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)，這是由于電機(jī)轉(zhuǎn)向和編碼器的相序不對(duì)應(yīng)所造成的。首先手動(dòng)運(yùn)行變頻器保證頻率給定為正數(shù)時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，然后運(yùn)行主電機(jī)，若若其余從電機(jī)出現(xiàn)飛車現(xiàn)象或劇烈抖動(dòng)，找對(duì)應(yīng)電機(jī)的變頻器，交換X55從編碼器的AB相序即可。

2 從電機(jī)轉(zhuǎn)向與工藝要求相反

只需交換X56主編碼器的AB相序即可

3 從電機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)并報(bào)0.err8錯(cuò)誤

可能與PID參數(shù)設(shè)置有關(guān)，若通過(guò)合理配置PID參數(shù)并增大“最大容忍位置誤差”（32-67）后沒(méi)有多大效果，此時(shí)很可能編碼器固定不牢造成。

4設(shè)備停止時(shí)從電機(jī)出現(xiàn)左右抖動(dòng)現(xiàn)象

1）  變頻器中基本設(shè)置參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤導(dǎo)致，請(qǐng)認(rèn)真核對(duì)電機(jī)銘牌參數(shù)與變頻內(nèi)部的電機(jī)參數(shù)是否一致。

2）  PID參數(shù)設(shè)定不合理，請(qǐng)重新整定PID參數(shù)。

3）  “32-81最短加減速時(shí)間”設(shè)置太小造成，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加該參數(shù)，使控制系統(tǒng)不必過(guò)于靈敏。

四 結(jié)束語(yǔ)

采用danfoss同步控制卡的粗紗機(jī)控制系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和較高的控制精度。此系統(tǒng)使主機(jī)速度提升了35%，噪音大大降低，粗紗斷頭減少，從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，改善了工序水平，得到了客戶的一致好評(píng)。

在棉紡工藝過(guò)程中，粗紗機(jī)的主要功能是對(duì)棉條進(jìn)行一定的牽伸，以使棉條達(dá)到一定的牽伸倍數(shù)并制成一定的卷繞形式，便于儲(chǔ)存和搬運(yùn)，適應(yīng)細(xì)紗機(jī)的喂入。粗紗機(jī)是通過(guò)羅拉的牽伸、錠翼的旋轉(zhuǎn)、筒管的卷繞和龍筋的升降來(lái)達(dá)到這一目的的。