近十多年來(lái)，我國(guó)紡織機(jī)械行業(yè)的機(jī)電一體化水平有了較明顯的提高，在新型紡織機(jī)械上普遍采用了機(jī)電一體化技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的內(nèi)容包含了先進(jìn)的信息處理和控制技術(shù)，即以計(jì)算機(jī)為核心，有PLC、工控機(jī)、單片機(jī)、人機(jī)界面、現(xiàn)場(chǎng)總線等組成的控制系統(tǒng)；先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，有變頻調(diào)速、交流伺服、步進(jìn)電機(jī)等；檢測(cè)傳感技術(shù)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)；精密機(jī)械技術(shù)等。我校實(shí)驗(yàn)室一臺(tái)1988年制造的A186E型梳棉機(jī)，主要用作教學(xué)和科研。因出廠時(shí)間較久，電氣控制部分經(jīng)常出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響了梳棉機(jī)的正常使用。我們對(duì)梳棉機(jī)的電氣控制部分進(jìn)行了改造。
改造前梳棉機(jī)存在的問(wèn)題
電氣控制箱年久失修，內(nèi)部元件老化，經(jīng)常出現(xiàn)短路和斷路的故障；
輸出生條質(zhì)量差。由于道夫速度控制方式不合理，導(dǎo)致啟動(dòng)、剎車(chē)和道夫快慢速轉(zhuǎn)換過(guò)程中速度變化不平穩(wěn)，造成生條質(zhì)量惡化；
產(chǎn)量低，由于機(jī)器穩(wěn)定性差，生條重量不勻率大等原因，致使錫林速度無(wú)法提高，影響了梳棉機(jī)的產(chǎn)量；
機(jī)器的啟動(dòng)過(guò)程噪聲大，由于錫林轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，啟動(dòng)時(shí)存在嚴(yán)重的皮帶打滑現(xiàn)象，產(chǎn)生很大的噪聲。
電氣系統(tǒng)的改造
1、改造方案
根據(jù)梳理機(jī)運(yùn)行實(shí)踐及當(dāng)前控制領(lǐng)域的水平與發(fā)展，確定A186E型梳理機(jī)改造的指導(dǎo)思想是：機(jī)電分離，集中控制，實(shí)時(shí)監(jiān)控。其目的在于將電氣控制系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上相分離，以利于機(jī)電系統(tǒng)的維護(hù)和修理，將分離式硬件邏輯控制系統(tǒng)改為模塊化集中控制，以提高梳理機(jī)控制水平，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性；運(yùn)用智能化技術(shù)對(duì)梳理機(jī)運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，給操作工以指導(dǎo)。A186E電氣改造的關(guān)鍵是去掉錫林電機(jī)、道夫電機(jī)的原有繼電器控制系統(tǒng)，采用PLC控制變頻器方案。新型控制系統(tǒng)以松下FP0 PLC為控制核心，以兩臺(tái)松下MINAS A系列變頻器為主要控制單元，控制梳棉機(jī)錫林和道夫的運(yùn)轉(zhuǎn)。
2、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻、伺服電機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其功能多樣性和產(chǎn)品可靠性日臻完善，正在逐步取代原來(lái)的普通電機(jī)。而且隨著可編程控制器技術(shù)的日益成熟，將二者完整地結(jié)合起來(lái)，完成對(duì)各種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制，實(shí)行機(jī)電一體化，正在成為一種趨勢(shì)。
本人基于松下GT01觸摸屏，利用松下FP0-C16T可編程控制器(PLC)控制MINAS A系列變頻器來(lái)取代原機(jī)的繼電器控制系統(tǒng)，使整個(gè)系統(tǒng)的操作更簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度更高、可靠性更強(qiáng)。A186E梳理機(jī)控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示�？梢�(jiàn)，A186E型梳理機(jī)組改造后電氣控制系統(tǒng)以可編程序控制器(PLC)為核心，系統(tǒng)配置有電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、中斷模塊及輸出模塊、外圍配備操作面板、指示燈、傳感器等。改造后電氣系統(tǒng)中由傳感器拾取A186E型梳理機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信息，經(jīng)適當(dāng)處理后，通過(guò)輸入模塊進(jìn)入CPU模塊，CPU模塊根據(jù)來(lái)自操作面板的信息和機(jī)組的狀態(tài)信息進(jìn)行邏輯控制，發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制機(jī)組的運(yùn)行。PLC通過(guò)通訊模塊可以和人機(jī)界面連接，完成車(chē)間管理任務(wù)。斷路器起保護(hù)作用，雖然變頻器有過(guò)流保護(hù)功能，但是根據(jù)電流大小選擇合適的斷路器能起到雙重保護(hù)的功能�？刂崎_(kāi)關(guān)選用薄膜開(kāi)關(guān)，它和指示燈都安裝在控制箱的表面，具有美觀大方的特點(diǎn)。具體的控制箱內(nèi)各部件的相對(duì)位置按照電路走線和PLC變頻器的散熱要求，進(jìn)行合理的安排。PLC的輸入端子接控制開(kāi)關(guān)和各種工藝自停開(kāi)關(guān)，輸出端子接指示燈和變頻器。圖2為 A186E電氣控制外部線路圖。
圖1：梳理機(jī)控制系統(tǒng)原理圖
圖2：A186E電氣控制原理圖
3、PLC控制程序
PLC內(nèi)部的控制程序根據(jù)輸入信號(hào)按順序啟動(dòng)和關(guān)閉機(jī)器，程序有自鎖、互鎖、連動(dòng)以及延時(shí)等功能，這些功能的有機(jī)組合使梳棉機(jī)實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)的啟動(dòng)、剎車(chē)過(guò)程以及各種故障和工藝自停等。錫林和道夫的速度控制由變頻器設(shè)定，我們把錫林的啟動(dòng)時(shí)間設(shè)為10min。道夫的慢速啟動(dòng)時(shí)間和慢轉(zhuǎn)快時(shí)間都可調(diào)。道夫的剎車(chē)時(shí)間設(shè)為很短。這樣啟動(dòng)過(guò)程可以比較緩和，有利于減輕開(kāi)車(chē)過(guò)程的突發(fā)性條干不勻，尤其是突發(fā)性細(xì)節(jié)，而道夫的停止時(shí)間短可以行效地保護(hù)道夫針布。
4、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)
A186E型梳理機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要通過(guò)觸摸屏與梳理機(jī)控制系統(tǒng)的可編程控制器相互通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)梳理機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、故障統(tǒng)計(jì)和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等功能�；贕T01人機(jī)界面為用戶提供四組菜單，分別為“運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控”、“生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)”、“故障統(tǒng)計(jì)”、“參數(shù)設(shè)定”、“系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置”。
�。�1）運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控功能可對(duì)顯示梳理機(jī)各部分的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)及機(jī)組納當(dāng)前車(chē)速、產(chǎn)量、效率和工作時(shí)間監(jiān)控。
（2）生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能可顯示并存儲(chǔ)備班次當(dāng)日或當(dāng)月的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)、輔料消耗統(tǒng)計(jì)、運(yùn)行效率和開(kāi)停機(jī)時(shí)間。
�。�3）故障統(tǒng)計(jì)功能可按照停機(jī)時(shí)間或次數(shù)從大到小的順序顯示各班次的故障統(tǒng)計(jì)。
�。�4）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置功能可修改與梳理機(jī)運(yùn)行有關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)，還可進(jìn)行當(dāng)前工作班次修改、當(dāng)前生產(chǎn)品牌修改和指示燈測(cè)試等操作。
5、變頻器控制系統(tǒng)
變頻系統(tǒng)采用松下的MINAS A 系列數(shù)字交流變頻器，電機(jī)運(yùn)行時(shí)主要有三種速度，分別為：手動(dòng)速度，低速及標(biāo)準(zhǔn)速度。手動(dòng)速度用于試車(chē)，低速是啟動(dòng)過(guò)渡時(shí)的電機(jī)運(yùn)行速度，標(biāo)準(zhǔn)速度是電機(jī)正常運(yùn)行速度，通過(guò)改變相應(yīng)參數(shù)值，就可以改變電機(jī)的運(yùn)行速度。
改造前后生產(chǎn)指標(biāo)
改造后梳棉機(jī)工作穩(wěn)定可靠，而且能按梳棉機(jī)的工藝要求方便地控制梳棉機(jī)�？梢愿鶕�(jù)所紡纖維種類(lèi)和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求確定梳棉機(jī)的電氣參數(shù)，包括錫林和道夫的啟動(dòng)時(shí)間以及它們的轉(zhuǎn)速等。通過(guò)紡不同纖維的試驗(yàn)并綜合測(cè)試發(fā)現(xiàn)，梳棉機(jī)的平均產(chǎn)量可達(dá)21kg/h，提高了近35%。斷頭率下降40%，減少回花30%，針布軋傷率平均下降50%，生條一級(jí)合格率提高10.5%，生條重量不勻率下降0.8%-2.4%，并可促進(jìn)安全生產(chǎn)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
結(jié)束語(yǔ)
基于GT01觸摸屏的PLC控制變頻器的控制系統(tǒng)方案在A186E梳理機(jī)上的應(yīng)用，提高了單機(jī)的機(jī)電一體化水平，更為重要的是為提高棉紡全流程運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性奠定了基礎(chǔ)，保證了全流程連續(xù)、同步、平穩(wěn)運(yùn)行，使輸出毛條長(zhǎng)片段、起長(zhǎng)片段、甚至短片段的均勻度都能穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，從而保證了成紗質(zhì)量的穩(wěn)定性。該機(jī)所采用的控制系統(tǒng)，完全可以應(yīng)用于其它國(guó)產(chǎn)傳統(tǒng)紡織設(shè)備的改造當(dāng)中。改造后的梳棉機(jī)生產(chǎn)穩(wěn)定，整體性能大有提高。改造費(fèi)用不足6000元，卻可較大幅度提高A186型梳棉機(jī)的技術(shù)性能，延長(zhǎng)使用壽命，對(duì)我國(guó)現(xiàn)有5萬(wàn)多臺(tái)A186系列梳棉機(jī)的技術(shù)改造具有一定的推廣價(jià)值。
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