西门子6ES7 215-1HG40-0XB0性能参数
引言
粗纱机适用于普梳和精梳棉型纤维，60mm以下的化学纤维及其它混纺纤维，将并条后的熟条加工成不同号数和捻度的粗纱，供细纱机纺制细纱。
根据纺纱工艺的要求，粗纱机将棉条经罗拉牵伸后，由前罗拉出纱，进行加捻，然后按照卷装形成的要求，将纱卷绕在筒管上，由于前罗拉出纱速度是恒定的，而卷绕速度是随着卷绕直径的增大而降速，传统的粗纱机采用机械式锥轮变速机构，皮带在上、下锥轮上平行移动，达到改变卷绕和升降速度，完成粗纱卷绕成形。
传统粗纱机主传动由一台交流异步电动机驱动，为了解决电机起动时升速太快引起粗纱的断头或者产生粗纱条干不均匀等质量问题，而在交流电机主回路中串联电抗器，实现电动机的软起动，另外在纺制不同品种需要改变全机速度时，由人工替换皮带轮方式实现变速，20世纪90年代中开始用新型的悬锭粗纱机逐步取代托锭粗纱机并在悬锭粗纱机上推广了变频调速，然而，由于锥轮变速传动速度的稳定性较差，操作难度大，易引起粗纱质量不稳定。因而多家厂商又推出了多电动机传动的新型粗纱机，有2台电机、3台电机、4台电机和7台电机传动的粗纱机，其中采用4台电机传动的粗纱机应用较普遍。
2 主要的技术特征锭翼速度高速1500r/min～1800r/min锭数等控制参数起动、停止时间控制（起动时间6s～16s，停止时间8s～3s），粗纱张力控制，即恒张力卷绕。
3 传动高速悬锭粗纱机取消了传统粗纱机中的锥轮（俗称铁炮），成形机构、差动机构、摆动机构和换向机构等，还取消了捻度、升降、卷绕、张力、成形角度等变换齿轮，而采用4台电机分别传动牵伸罗拉（产生牵伸倍数），锭翼（使粗纱绕卷到纱管上），筒管（使粗纱产生捻度）和龙筋升降（完成卷绕形状）。罗拉、锭翼、筒管和龙筋升降分别为4kW、4kW、5.5kW和0.55kW交流异步电机传动，变频调速。采用4台电动机传动后，除简化了机械结构，取消了上述机构齿轮外，还降低了噪声，提高了车速，减少粗纱断头，增加单机产量（主机速度提高了30%以上）保证粗纱质量稳定，同时改变工艺简便、快捷。
4 控制系统目前4电机传动的粗纱机控制有二种控制方案。
种方案，采用PLC或PCC加触摸屏，通过RS-485通讯方式或CANBUS现场总线控制4台变频器和电动机的运转。
第二种方案，采用单片机自制的专用控制器，通过RS-485通讯控制4台变频器和电动机的运转，此种方案造价低，但可靠性和通用性不如种方案。本文不详述。
采用PLC可编程控制器或PCC可编程计算机控制器加触摸屏通过CANBUS现场总线控制4台变频器和相应电动机的运行速度，如EJK211型粗纱机全机控制采用了PCC加触摸屏和CANBUS总线的控制系统，系统原理框图如图1。图1粗纱机控制系统原理框图
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该系统中PCC或PLC作为上位机，采用CAN通讯适配卡与CAN总线连接。CAN总线上的各部件（变频器等）必须具有CAN标准通讯接口。变频器（4台）采用共直流母线供电方式，共直流母线供电可以采用将4台通用变频器的直流电源相互并联方式或采用将一台变频器的直流电源供电给其余3台逆变器的方式。
4 台电动机均带编码器实现速度闭环控制，保证高精度调速。
PCC可编程计算机控制器通过CANBUS现场总线控制4台变频器和电动机按多个数学模型或根据实测粗纱张力进行控制。
4台变频器和电动机按工艺所需的规律运转。例如锭翼卷绕速度随卷绕直径的增大而降速，保证恒张力卷绕。牵伸罗拉、锭翼、筒管和龙筋升降传动的4台电动机的运转速度按工艺要求，应保持一定比例关系，如牵伸倍数、粗纱捻度需改变，则绽翼速度，筒管速度也应相应的改变，4台变频器和电动机的频率和转速按工艺要求在触摸屏上设定，采用RS-485通讯方式输入PCC，再通过CANBUS总线控制变频器和电动机运转。
触摸屏用于工艺参数的设定、修改、调用、储存和显示，设定、修改、调用和储存的工艺参数有高车速，粗纱支数、捻度、牵伸倍数，径向卷绕密度、轴向卷绕密度、卷绕系数、纺纱系数等，显示上述工艺参数外，还有单锭时产量，一落纱中纺纱累计长度，单班产量累计、各变频器的输出频率、电流、电压以及故障报警等。
4.1共直流母线供电的变频调速
多电机传动的粗纱机采用共直流母线供电的方式，主要有两种。
（1）4台变频器的直流电路相互并联
此种共直流母线供电方式如图2。将4台变频器的直流侧电路相互并联，在起动、升速、降速、停车过程中若M1和M4处于电动运行状态，M2和M3处于发电运行状态，其再生能量足以消耗在处于电动运行的M1和M4中，因而，直流母线的电压不会升高，各台电动机的转速比例关系可保持稳定。
（2）将其中一台变频器的直流电源供电给其它三台逆变器
此种共直流母线供电方式如图3。其中主变频器的整流桥容量需适当放大，以满足其余3台逆变器所需的直流电源。
这两种共直流母线供电方式工作原理没有本质差别，只是第二种方式将整流电源做在主变频器内，其他3台变频器改为逆变器，这样简化了电路，降低了成本。
粗纱机采用共直流母线供电的变频调速、获得较好的效果。例如，提高了牵伸罗拉、锭翼、筒管和龙筋升降传动电动机在升速、降速、起动和停止过程中的同步协调运作能力，如当全机一旦出现失电时，可以保持粗纱不断头。
4.2CAN总线
CAN总线是专门为传输短小，实时的控制信息而设计的适用于小范围分布式实时系统，如汽车是早采用CAN总线的行业，现在各种机械设备（包括纺织机械）楼宇自动化等广泛推广应用。CAN即是控制器局域网络，是一种总线式串行通讯网络，主要特征有。图2各变频器直流电路并联的共直流母线电路图 图3主变频器直流电源供其他逆变器的共直流母线电路图
（1）采用多种方式工作，网络上任一节点均可在任何时刻主动向网络上其它节点发送信息，而无需占用地址等节点信息，因此可方便地构成多机备份系统，同时还可接收总线上的信息。
（2）CAN的直接通讯距离大可达10km（对应速率5kbps以下），通讯速率高可达1Mbps（对应传送距离40m）。
（3）CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，当两个以上节点同时向总线发送信息时，优先级低的节点主动退出发送，而高优先的节点可不受影响地继续传输数据。
（4）CAN的通信介质可为双绞线，同轴电缆或光纤，选择较灵活。
（5）CAN采用短帧传送，每帧的有效字节数为8个，传输时间短，受干扰的概率低，当节点出错时，可自动关闭，抗干扰能力强，可靠性高。
碳素成型机是碳素厂的关键生产设备,主要完成计量、原料输送、高压震动成型、出料几步工序,我公司选用艾默生TD3000系列变频器和三菱PLC相结合,完成对送料小车电机和震动电动的控制。根据工艺特点,小车电机和震动电机不同时工作,但是,两台震动电机要求同时工作,速度一致。
主要设备配置:
小车电机:功率3.7KW,额定电流:7.5A
震动电机两台:单机功率8.5KW,额定电流:18.4A
工作流程:
A:小车工作程序如图1所示
图1 S1起点 S2起点减速点 S3终点减速点 S4终点
小车将原料从起点S1送到终点S4,再从终点S4返回到起点S1,为了提高工作效率,要求加减速时间尽量短。工作频率为35HZ,低速频率为10HZ。
B:震动电机的工作程序如图2所示:
图2
有两种震动速度,高速震动频率为50HZ,低速震动频率为15HZ,负载为偏心轮,15HZ——25HZ为机械共振带。停车时间要求限制在20秒之内。
为了节约投资,提高效率,根据工艺特点,我们选用一台变频器完成对小车电机和震动电机的控制,完成两种不同的控制过程。如图3所示。
图3
通过交流接触器的机械连锁,实现两组电机之间的独立工作,由于变频器不能对不同功率的电机实施保护,所以电机配备了单独的热继电器KH1、KH2、KH3。
在两种控制过程中一共有10HZ、35HZ、15HZ、50HZ、四种工作频率。我们采用1了多段速工作方式,通过多功能端子X1、X2、X3的组合切换来实现。
为了避免机械共振对设备造成损坏,通过设定跳跃频率为20HZ,跳跃范围为5HZ,有效的避开了共振带,取得了很好的效果。
在两种工作方式中,虽然负载特性不同,但是皆要求有较短的加速、减速时间,所以我们配了1500KW 40W的制动电阻。小车电机功率小,只有3.7KW,我们选择了较短的加减速时间——2秒,通过设定加速时间2和减速时间2,并且采用多功能端子X5相配合来实现,工作情况良好。震动电机负载较大,而且为偏心轮负载,要求启动力矩大,启动时间长,开始我们选用直线加减速方式,加速时间从小到大逐步调整,电机启动电流较大,大可到50A,经常出现(E001)变频器加速运行过电流;减速时惯量较大,减速时间长,采用自由停机,从高速震动到完全停机需要85秒左右。所以对参数的设定有较高的要求,为了适应负载的工作特性,并向艾默生技术人员——刘振武先生多次请教,经过反复的调整,我们采用了S曲线加减速的方式,并将S曲线起始时间调整为30%,S曲线上升段时间调整为31%。加速时间1调整为36秒,减速时间1调整为16秒,获得了好的控制效果。启动电流,比直线加减速方式降低10A左右,降到40A以下,避免了频繁出现的变频器加速运行过电流(E001)。采用减速停机配合直流制动的工作方式,停车时间为13秒。只有自由停车时间的六分之一。根据具休工艺情况,对低速震动和故障报警采用了自由停车方式。
经过以上多种控制方式的相互配合,取得了较好的控制效果,不仅高效、节能,而且运行平稳。
在本次调试过程中,通过和多种进口变频器的比较,对TD3000系列变频器有了进
一步的了解,不仅功能丰富,而且质量好。同时也对艾默生技术人员及时周到的技术支持表示感谢。但是由于负载为一施二,所以,其矢量控制功能没有得到充分的利用。
