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梳棉機電氣技能實訓(xùn)裝置
近十多年來，我國紡織機械行業(yè)的機電一體化水平有了較明顯的提高，在新型紡織機械上普遍采用了機電一體化技術(shù)。這項技術(shù)的內(nèi)容包含了先進的信息處理和控制技術(shù)，即以計算機為核心，有PLC、工控機、單片機、人機界面、現(xiàn)場總線等組成的控制系統(tǒng)；先進的驅(qū)動技術(shù)，有變頻調(diào)速、交流伺服、步進電機等；檢測傳感技術(shù)和執(zhí)行機構(gòu)；精密機械技術(shù)等。我校實驗室一臺1988年制造的梳棉機，主要用作教學(xué)和科研。因出廠時間較久，電氣控制部分經(jīng)常出現(xiàn)故障，嚴重影響了梳棉機的正常使用。我們對梳棉機的電氣控制部分進行了改造。
改造前梳棉機存在的問題
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、剎車和道夫快慢速轉(zhuǎn)換過程中速度變化不平穩(wěn)，造成生條質(zhì)量惡化；
產(chǎn)量低，由于機器穩(wěn)定性差，生條重量不勻率大等原因，致使錫林速度無法提高，影響了梳棉機的產(chǎn)量；
機器的啟動過程噪聲大，由于錫林轉(zhuǎn)動慣量大，啟動時存在嚴重的皮帶打滑現(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)梳理機運行實踐及當前控制領(lǐng)域的水平與發(fā)展，確定梳理機改造的指導(dǎo)思想是：機電分離，集中控制，實時監(jiān)控。其目的在于將電氣控制系統(tǒng)與機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上相分離，以利于機電系統(tǒng)的維護和修理，將分離式硬件邏輯控制系統(tǒng)改為模塊化集中控制，以提高梳理機控制水平，增強系統(tǒng)的可靠性；運用智能化技術(shù)對梳理機運行進行實時監(jiān)控，給操作工以指導(dǎo)。電氣改造的關(guān)鍵是去掉錫林電機、道夫電機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，以兩臺松下MINAS A系列變頻器為主要控制單元，控制梳棉機錫林和道夫的運轉(zhuǎn)。
2、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計
近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻、伺服電機的應(yīng)用越來越廣泛，其功能多樣性和產(chǎn)品可靠性日臻完善，正在逐步取代原來的普通電機。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，完成對各種復(fù)雜運動的自動控制，實行機電一體化，正在成為一種趨勢。
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系列變頻器來取代原機的繼電器控制系統(tǒng)，使整個系統(tǒng)的操作更簡便、自動化程度更高、可靠性更強。A186E梳理機控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示。可見，A186E型梳理機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型梳理機的運行狀態(tài)信息，經(jīng)適當處理后，通過輸入模塊進入CPU模塊，CPU模塊根據(jù)來自操作面板的信息和機組的狀態(tài)信息進行邏輯控制，發(fā)出相應(yīng)的控制信號，通過執(zhí)行機構(gòu)控制機組的運行。PLC通過通訊模塊可以和人機界面連接，完成車間管理任務(wù)。斷路器起保護作用，雖然變頻器有過流保護功能，但是根據(jù)電流大小選擇合適的斷路器能起到雙重保護的功能。控制開關(guān)選用薄膜開關(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。具體的控制箱內(nèi)各部件的相對位置按照電路走線和PLC變頻器的散熱要求，進行合理的安排。PLC的輸入端子接控制開關(guān)和各種工藝自停開關(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。
3、PLC控制程序
PLC內(nèi)部的控制程序根據(jù)輸入信號按順序啟動和關(guān)閉機器，程序有自鎖、互鎖、連動以及延時等功能，這些功能的有機組合使梳棉機實現(xiàn)了平穩(wěn)的啟動、剎車過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，我們把錫林的啟動時間設(shè)為10min。道夫的慢速啟動時間和慢轉(zhuǎn)快時間都可調(diào)。道夫的剎車時間設(shè)為很短。這樣啟動過程可以比較緩和，有利于減輕開車過程的突發(fā)性條干不勻，尤其是突發(fā)性細節(jié)，而道夫的停止時間短可以行效地保護道夫針布。
4、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)
梳理機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要通過觸摸屏與梳理機控制系統(tǒng)的可編程控制器相互通訊，實現(xiàn)對梳理機的運行狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、故障統(tǒng)計和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等功能。基于GT01人機界面為用戶提供四組菜單，分別為“運行狀態(tài)監(jiān)控”、“生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計”、“故障統(tǒng)計”、“參數(shù)設(shè)定”、“系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置”。
（1）運行狀態(tài)監(jiān)控功能可對顯示梳理機各部分的當前運行狀態(tài)及機組納當前車速、產(chǎn)量、效率和工作時間監(jiān)控。
（2）生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能可顯示并存儲備班次當日或當月的產(chǎn)量統(tǒng)計、輔料消耗統(tǒng)計、運行效率和開停機時間。
（3）故障統(tǒng)計功能可按照停機時間或次數(shù)從大到小的順序顯示各班次的故障統(tǒng)計。
（4）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置功能可修改與梳理機運行有關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)，還可進行當前工作班次修改、當前生產(chǎn)品牌修改和指示燈測試等操作。
5、變頻器控制系統(tǒng)
變頻系統(tǒng)采用松下的MINASA系列數(shù)字交流變頻器，電機運行時主要有三種速度，分別為：手動速度，低速及標準速度。手動速度用于試車，低速是啟動過渡時的電機運行速度，標準速度是電機正常運行速度，通過改變相應(yīng)參數(shù)值，就可以改變電機的運行速度。
改造前后生產(chǎn)指標
改造后梳棉機工作穩(wěn)定可靠，而且能按梳棉機的工藝要求方便地控制梳棉機。可以根據(jù)所紡纖維種類和對產(chǎn)品質(zhì)量要求確定梳棉機的電氣參數(shù)，包括錫林和道夫的啟動時間以及它們的轉(zhuǎn)速等。通過紡不同纖維的試驗并綜合測試發(fā)現(xiàn)，梳棉機的平均產(chǎn)量可達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%，生條一級合格率提高10.5%，生條重量不勻率下降0.8%-2.4%，并可促進安全生產(chǎn)，降低勞動強度。
結(jié)束語 基于GT01觸摸屏的PLC控制變頻器的控制系統(tǒng)方案在A186E梳理機上的應(yīng)用，提高了單機的機電一體化水平，更為重要的是為提高棉紡全流程運行的穩(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)運行，使輸出毛條長片段、起長片段、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。該機所采用的控制系統(tǒng)，完全可以應(yīng)用于其它國產(chǎn)傳統(tǒng)紡織設(shè)備的改造當中。改造后的梳棉機電氣技能實訓(xùn)裝置生產(chǎn)穩(wěn)定，整體性能大有提高。改造費用不足6000元，卻可較大幅度提高梳棉機的技術(shù)性能，延長使用壽命，對我國現(xiàn)有5萬多臺梳棉機的技術(shù)改造具有一定的推廣價值。
改造前梳棉機存在的問題
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、剎車和道夫快慢速轉(zhuǎn)換過程中速度變化不平穩(wěn)，造成生條質(zhì)量惡化；
產(chǎn)量低，由于機器穩(wěn)定性差，生條重量不勻率大等原因，致使錫林速度無法提高，影響了梳棉機的產(chǎn)量；
機器的啟動過程噪聲大，由于錫林轉(zhuǎn)動慣量大，啟動時存在嚴重的皮帶打滑現(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)梳理機運行實踐及當前控制領(lǐng)域的水平與發(fā)展，確定梳理機改造的指導(dǎo)思想是：機電分離，集中控制，實時監(jiān)控。其目的在于將電氣控制系統(tǒng)與機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上相分離，以利于機電系統(tǒng)的維護和修理，將分離式硬件邏輯控制系統(tǒng)改為模塊化集中控制，以提高梳理機控制水平，增強系統(tǒng)的可靠性；運用智能化技術(shù)對梳理機運行進行實時監(jiān)控，給操作工以指導(dǎo)。電氣改造的關(guān)鍵是去掉錫林電機、道夫電機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，以兩臺松下MINAS A系列變頻器為主要控制單元，控制梳棉機錫林和道夫的運轉(zhuǎn)。
2、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計
近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻、伺服電機的應(yīng)用越來越廣泛，其功能多樣性和產(chǎn)品可靠性日臻完善，正在逐步取代原來的普通電機。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，完成對各種復(fù)雜運動的自動控制，實行機電一體化，正在成為一種趨勢。
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系列變頻器來取代原機的繼電器控制系統(tǒng)，使整個系統(tǒng)的操作更簡便、自動化程度更高、可靠性更強。A186E梳理機控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示。可見，A186E型梳理機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型梳理機的運行狀態(tài)信息，經(jīng)適當處理后，通過輸入模塊進入CPU模塊，CPU模塊根據(jù)來自操作面板的信息和機組的狀態(tài)信息進行邏輯控制，發(fā)出相應(yīng)的控制信號，通過執(zhí)行機構(gòu)控制機組的運行。PLC通過通訊模塊可以和人機界面連接，完成車間管理任務(wù)。斷路器起保護作用，雖然變頻器有過流保護功能，但是根據(jù)電流大小選擇合適的斷路器能起到雙重保護的功能。控制開關(guān)選用薄膜開關(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。具體的控制箱內(nèi)各部件的相對位置按照電路走線和PLC變頻器的散熱要求，進行合理的安排。PLC的輸入端子接控制開關(guān)和各種工藝自停開關(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。
3、PLC控制程序
PLC內(nèi)部的控制程序根據(jù)輸入信號按順序啟動和關(guān)閉機器，程序有自鎖、互鎖、連動以及延時等功能，這些功能的有機組合使梳棉機實現(xiàn)了平穩(wěn)的啟動、剎車過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，我們把錫林的啟動時間設(shè)為10min。道夫的慢速啟動時間和慢轉(zhuǎn)快時間都可調(diào)。道夫的剎車時間設(shè)為很短。這樣啟動過程可以比較緩和，有利于減輕開車過程的突發(fā)性條干不勻，尤其是突發(fā)性細節(jié)，而道夫的停止時間短可以行效地保護道夫針布。
4、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)
梳理機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要通過觸摸屏與梳理機控制系統(tǒng)的可編程控制器相互通訊，實現(xiàn)對梳理機的運行狀態(tài)監(jiān)控、生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、故障統(tǒng)計和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等功能。基于GT01人機界面為用戶提供四組菜單，分別為“運行狀態(tài)監(jiān)控”、“生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計”、“故障統(tǒng)計”、“參數(shù)設(shè)定”、“系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置”。
（1）運行狀態(tài)監(jiān)控功能可對顯示梳理機各部分的當前運行狀態(tài)及機組納當前車速、產(chǎn)量、效率和工作時間監(jiān)控。
（2）生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能可顯示并存儲備班次當日或當月的產(chǎn)量統(tǒng)計、輔料消耗統(tǒng)計、運行效率和開停機時間。
（3）故障統(tǒng)計功能可按照停機時間或次數(shù)從大到小的順序顯示各班次的故障統(tǒng)計。
（4）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置功能可修改與梳理機運行有關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)，還可進行當前工作班次修改、當前生產(chǎn)品牌修改和指示燈測試等操作。
5、變頻器控制系統(tǒng)
變頻系統(tǒng)采用松下的MINASA系列數(shù)字交流變頻器，電機運行時主要有三種速度，分別為：手動速度，低速及標準速度。手動速度用于試車，低速是啟動過渡時的電機運行速度，標準速度是電機正常運行速度，通過改變相應(yīng)參數(shù)值，就可以改變電機的運行速度。
改造前后生產(chǎn)指標
改造后梳棉機工作穩(wěn)定可靠，而且能按梳棉機的工藝要求方便地控制梳棉機。可以根據(jù)所紡纖維種類和對產(chǎn)品質(zhì)量要求確定梳棉機的電氣參數(shù)，包括錫林和道夫的啟動時間以及它們的轉(zhuǎn)速等。通過紡不同纖維的試驗并綜合測試發(fā)現(xiàn)，梳棉機的平均產(chǎn)量可達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%，生條一級合格率提高10.5%，生條重量不勻率下降0.8%-2.4%，并可促進安全生產(chǎn)，降低勞動強度。
結(jié)束語 基于GT01觸摸屏的PLC控制變頻器的控制系統(tǒng)方案在A186E梳理機上的應(yīng)用，提高了單機的機電一體化水平，更為重要的是為提高棉紡全流程運行的穩(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)運行，使輸出毛條長片段、起長片段、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。該機所采用的控制系統(tǒng)，完全可以應(yīng)用于其它國產(chǎn)傳統(tǒng)紡織設(shè)備的改造當中。改造后的梳棉機電氣技能實訓(xùn)裝置生產(chǎn)穩(wěn)定，整體性能大有提高。改造費用不足6000元，卻可較大幅度提高梳棉機的技術(shù)性能，延長使用壽命，對我國現(xiàn)有5萬多臺梳棉機的技術(shù)改造具有一定的推廣價值。
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