ABB變頻器現場總線控制技術在染漿聯合機上的應用

　　摘要：本文詳細闡述了由ABB變頻器、人機界面（HMI）、及S7-200PLC組成的染漿聯合機自動控制系統。系統采用現場總線、卷曲應用宏、觸控技術等*的控制技術，具有的控制性能，良好的動態特性，能夠實現工廠網絡化、信息化。
　　
　　一、染漿聯合機工藝流程簡介
　　
　　鄭州紡織機械廠技術中心與深圳市庫馬克新技術股份有限公司聯合開發的《ZLGA901型染漿聯合機》是集染色與過漿工藝于一體的紡織機械，是紡織行業的重要大型配套設備，*了國產大型染漿聯合機的生產空白。
　　
　　漿紗機工藝示意圖如上圖所示。系統主要由拖引、卷繞、染色三部分組成，其中卷繞和拖引為系統機頭部分，拖引為主傳動單元，卷繞為從傳動單元，兩個傳動單元需要保持線速度一致的同步運行。在這兩個傳動單元之間有一張力輥，以檢測兩單元之間紗線的張力。染色部分由15個染色輥組成，所有染色輥均同步運行（起動、停止、升速、降速）。
　　
　　工藝參數：
　　
　　1、爬行速度：2米/分鐘
　　
　　2、拖引、卷繞zui高速度：45米/分鐘
　　
　　3、染色zui高速度：35米/分鐘
　　
　　4、壓漿輥壓力線性可調
　　
　　二、控制系統配置
　　
　　1、卷繞采用變頻電機驅動
　　
　　功率：22KW極數：6轉速：980rpm
　　
　　zui小卷徑：φ100mmzui大卷徑：1000mm
　　
　　2、拖引采用變頻電機驅動
　　
　　功率：11KW極數：
　　
　　轉速：1460rpm
　　
　　拖引輥輥徑：φ219mm
　　
　　功率：30KW
　　
　　轉速：1460rpm
　　
　　染色輥輥徑：φ264mm
　　
　　4、馬達驅動器件選用具有*的直接轉矩控制（DTC）功能的ABBACS600系列高性能變頻器，它具有優良的速度控制和轉矩控制特性。其中用于卷繞的ACS600變頻器加裝用于中心卷曲機/開卷機的卷曲傳動應用宏軟件；卷繞與拖引變頻器均配置編碼器，以形成速度閉環，取得*良的控制精度和zui快速的動態響應。
　　
　　5、控制器
　　
　　選用德國西門子S7-200系列PLC產品作為系統控制器件，以完成系統邏輯、通訊控制。S7-200在自動化系統中充分發揮其強大功能，使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制，應用領域極為廣泛，其優良的性能已得到世人的*。
　　
　　6、人機界面（HMI）
　　
　　隨著計算機技術、LCD顯示技術和觸控技術的發展，人機界面（HMI）在自動化領域的應用亦更廣泛。本系統人機界面（HMI）采用100MHzRISCCPU，6″STN彩色顯示，畫面切換流暢、圖像清晰明亮，性能穩定可靠，具有良好的性價比。
　　
　　三、控制原理
　　
　　1、控制原理
　　
　　漿紗機控制原理如上圖所示，系統主要由PLC、瑞典ABBACS601變頻器、人機界面構成，PLC與ABBACS601變頻器之間用MODBUS現場總線相連，構成現場總線通訊控制網絡。ABB變頻器均內含標準MODBUS現場總線通訊接口，故該網絡的組建無需特殊網絡單元，簡單、經濟、快速，支持8Mbit/s的通訊速率。變頻器的頻率給定、起/停控制、參數修改、狀態查詢、故障查詢等均可通過MODBUS現場總線實現；除此之外，卷繞變頻器速度控制、張力給定、初始卷徑設定、卷徑復位等操作亦可通過MODBUS現場總線實現。故本系統簡化了控制線路，節約了安裝布線時間，方便了現場調試，更增加了系統靈活性。
　　
　　2、Modbus通訊協議
　　
　　Modbus協議是一種串行的主從通訊協議，該協議定義了主機查詢的格式，包括：從機的編址方法（或廣播），要求動作的功能代碼，傳輸數據和錯誤校驗等。從機的響應也是采用Modbus協議結構，包括：動作確認，返回數據和錯誤校驗等。
　　
　　主機-從機與查詢-響應
　　
　　3、ModbusRTU信息幀結構標準Modbus
　　
　　網絡可配置為ASCII或RTU（遠程終端單元）中的任意一種通訊模式。本系統采用RTU模式，RTU信息幀結構標準結構如下：
　　
　　開始地址域功能域數據域CRC校驗結束
　　
　　T1-T2-T3-T48位8位N＊8位16位T1-T2-T3-T4
　　
　　RTU通訊模式的信息中包括一個循環冗余校驗（CRC）生成的錯誤校驗域，CRC域包括一個16位的二進制數據，占兩個字節，CRC值由發送設備首先計算，附在傳送信息中。接收設備在接收時將重新計算CRC，并且把計算值與接收的CRC實際值做比較。如果兩個值不相等，就說明有錯誤發生。
　　
　　四、ABB卷曲應用宏
　　
　　1、ABB卷曲應用宏
　　
　　ABBACS600變頻器卷曲應用軟件于帶材控制中zui復雜應用的中心卷曲/開卷機應用。中心卷曲/開卷機的旋轉力是加在卷曲或開卷機的卷筒軸上，當卷筒直徑變化時，為了使材料的表面張力保持不變，必須保證轉速的變化與卷徑成反比且轉矩的變化與卷徑成正比。
　　
　　中心卷曲/開卷軟件是一種非常經濟實用的實現帶材張力控制方法，應用宏有卷曲張力宏，卷曲調節輥宏，開卷張力宏，開卷調節輥宏，在各應用宏中包含卷徑計算、轉動慣量補償、硬度控制等功能。
　　
　　2、控制原理
　　
　　本系統采用卷曲張力宏，速度閉環調節，控制原理圖如下所示。　　
　　系統實時檢測馬達實際轉速，計算當前卷徑，并積分保持。根據內部計算出的卷徑值對主速給定值進行調節，隨著運行時間的增加，卷繞旋轉速度降低。張力調節部分：系統將檢測到的張力值送往控制系統，系統根據張力反饋值與張力設定值的差值，自動調節織軸的轉速，以保持紗線實際張力值保持不變。
　　
　　3、速度給定
　　
　　在宏應用軟件中轉速給定的計算來自于帶材速度。
　　
　　其中：Dcore=卷芯直徑
　　
　　Dact=實際卷徑
　　
　　Lact=線速度
　　
　　Z=減速比
　　
　　π=3.1416
　　
　　4、卷徑計算器
　　
　　卷徑是由實際帶材速度和電機轉速計算得出的，帶有參數的積分器限制卷徑的突變。
　　
　　其中：Lact=實際材料速度
　　
　　Nact=實際電機轉速
　　
　　π=3.1416
　　
　　Z=減速比
　　
　　五、結論
　　
　　本文詳細闡述了由ABB變頻器、人機界面（HMI）、及S7-200PLC組成的染漿聯合機自動控制系統。系統采用現場總線、卷曲應用宏、觸控技術等*的控制技術，具有的控制性能，良好的動態特性，能夠實現工廠網絡化、信息化。該系統現已成功通過調試交付使用，運行情況良好。本系統不僅適合染漿聯合機，亦可用于其它印染、紡織機械，具有*的市場推廣應用前景。