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施耐德电气ATV71变频器张力控制功能在浆纱机上的应用分析

--施耐德电气ATV71变频器张力控制功能在浆纱机上的应用分析

供稿:施耐德电气(中国)有限公司 2012/2/2 15:21:30

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  1. 关键词: 施耐德 ATV71变频器 浆纱机
  2. 摘要:本文介绍了浆纱机卷绕张力控制方法,并详细地介绍了施耐德电气ATV71变频器通过内置控制卡ATV-IMC,实现张力控制的原理及应用,为浆纱机的张力控制提供了一种简单经济的方法,具有广泛地推广意义。
1. 前言
        浆纱机是纺织机械中的关键设备,其作用是将经过整经工序后的经纱浸上浆料,经烘干后,在经纱表面形成柔软、坚韧、富有弹性的均匀浆膜,使纱身光滑、毛羽贴伏、耐磨性改善;在纱线内部,加强了纤维之间的黏结抱合能力,使纱线断裂强度提高,降低织造时经纱的断头率,使经纱织造性能得到提高。
浆纱机卷绕张力控制是解决整个系统中经纱张力控制的子系统,如上图所示,其控制的好坏直接影响着浆纱的质量,如上浆厚度、均匀度、回潮率等,因此它是整个浆纱机控制系统中要求最为苛刻的一个部分。
2. 常见浆纱机经纱卷绕张力控制系统
2.1. PIV无级变速器、张力辊和张力调节仪组成的织轴卷绕装置
        当纱线张力与设定张力相等时,张力辊1处于平衡的中间位置,通过杠杆与张力辊联在一起的电位器3的滑动端处于中间位置,输出电压为零。若卷绕张力变化出现偏差,则张力辊偏离中间位置,电位器3的滑动端也将偏移而输出正(或负)电压,经张力调节仪4运算处理,输出脉冲信号控制伺服电机5正转(或反转)、调节PIV无级变速器6的输出轴转速,从而改变织轴转速、调整纱线卷绕张力,使系统平衡。 

2.2. PIV无级变速器、磁粉离合器的织轴卷绕装置
         在PIV无级变速器前配置磁粉离合器,当织轴直径增大时,卷绕力矩也增大,致使磁粉离合器产生滑移,输入输出的速度不一。磁粉离合器的输入速度nl和输出速度n2分别传入差速器,合成速度n3后输入PIV调速丝杆。当nl=n2(同步)时,n3=0,PIV不变速;当nl>n2(滑差)时,n3>0,使PIV变降速,调节织轴转速。
        满轴且主电动机停转后,磁粉离合器断电,复位电动机启动,传动磁粉离合器的输出轴及PIV,则差速器单独接受磁粉离合器输出轴输入的一个反向速度,使PIV迅速调快复位,达到织轴高速卷绕要求。
3. 基于ATV71-IMC的变频器新型卷绕张力控制
3.1. 概述:
         ATV71是施耐德电气传统的广泛应用在起重、纺机、包装、机床、木工机械、电梯等各行各业的磁通矢量控制变频器,可选配编码器闭环卡、可编程控制卡、IO扩展卡以及通讯扩展卡等实现特定的专用功能。ATV71系列变频器集成CANopen、Modbus通讯口,可以方便的置入到控制系统中。ATV-IMC卡是施耐德电气基于ATV71变频器的内置可编程卡,其在SoMachine软件平台下,支持用户功能库的开发和应用。针对浆纱机张力控制,施耐德电气研发了张力控制的功能块,为了低成本,我们采用张力开环,速度闭环的控制模式,即收卷电机采用变频器的力矩控制模式,依靠变频器的输出扭矩来保证牵引力的大小。
3.2. 控制系统图:
        如右图所示,张力由变频器内置的控制卡控制,浆纱机主控系统只需要给出设定的张力和设定的浆纱速度即可。
        ATV-IMC卡通过自带的CANopen接口高速获得牵引电机的转速,即获得实时的浆纱线速度。通过进行卷经计算,并输出相应的张力输出,从而保证经纱张力的值。
3.3. 施耐德电气ATV-IMC收放卷功能块简介
        在ATV71内置控制卡ATV-IMC的收放卷功能块有四种,分别适合与不同的应用场合,它们是:张力开环,变频器力矩控制;张力闭环,变频器速度控制,使用变频器内置PID;张力闭环,变频器速度控制,使用CI卡内的PID;张力闭环,变频器力矩控制。浆纱机收卷区张力控制系统,是采用张力开环,变频器力矩控制模式来控制的。
1.1.    ATV-IMC卡张力开环,变频器力矩控制功能块介绍
本功能块适合下图所示的控制类型
         收卷机构和牵引机构均由变频器驱动,为保证性能,牵引变频器应该速度闭环运行。
硬件构成 
         系统有两台驱动器构成,其中一台是ATV71+ IMC卡,用于控制收放卷辊;另有一台变频器控制牵引机构。
         牵引变频器需将线速度信号(模拟量或通讯)和频率到达信号(开关量)传递给收放卷变频器。
驱动器的I/O分配如下:
送料变频器I/O分配:
收/放卷 变频器:    控制原理
         如图, 张力开环,力矩控制形式的控制基于如下原理:
式中:F:力    T:力矩    L:力臂
在收卷过程中,卷径是不断增大的;放卷过程中,卷径不断减小。对应与上述公式中的力臂不断地增加或者减小。如需在收放卷的过程中保持恒张力,则电机的输出力矩必须随着卷径的变化而变化:
软件模块描述如下表: l 菜单描述
由于送料变频器为一般的速度控制,本节仅描述收卷变频的参数设置。
菜单1.14为收放卷专用菜单,其参数如下:
  参考文献:
1、 《祖克浆纱机原理及使用》  萧汉滨  编著 中国纺织出版社 1999年3月出版
2、 《ATV71收放卷控制手册》 郁陈华 著  施耐德电气内部发行  V1.3版
     
结束语
        采用ATV-IMC卡做为张力控制器,实现了真正地张力控制,实时地高精度地控制经纱地张力。应用方便简单,用户只需要编制控制逻辑程序就可以迅速的完成控制任务。本系统经盐城某客户浆纱机采用,已经批量在南通的最终用户使用,机器工作过程中,张力均匀,加减速时变化平稳,成品织轴整齐、硬度适中、效果良好,深得最终用户客户好评。
更多内容请访问 施耐德电气(中国)有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=49319)
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