龐海峰，鄧玉虎

（江蘇文鳳化纖集團(tuán)有限公司, 江蘇南通 226000）

基于觸摸屏PLC變頻器的巴馬格加彈機(jī)改造

龐海峰，鄧玉虎

（江蘇文鳳化纖集團(tuán)有限公司, 江蘇南通 226000）

本文在簡(jiǎn)要介紹FK6加彈機(jī)將錦綸POY原絲加工成具有低彈性能的彈力絲的加工設(shè)備原理的基礎(chǔ)上，從巴馬格FK6-900加彈機(jī)存在的問(wèn)題入手，系統(tǒng)研討觸摸屏、PLC、變頻器在加彈機(jī)改造中的應(yīng)用?？朔嗽到y(tǒng)的缺點(diǎn)，完善了系統(tǒng)功能，降低了產(chǎn)品單耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

觸摸；plc 變頻器；加彈機(jī)改造；節(jié)能減排

Abstract This article describes the research, based on the existing problems in BARMAG FK6-900, on applications of touch-screen,PLC and frequency converter for ameliorating draw texturing machine after briefly introducing the basis for how we apply FK6 draw texturing machine to manufacture Nylon POY filament to stretch textured yarn with low elasticity property.We conquered and resolved the shortcomings and defects, perfected systematic functions,and reduced product consumptions and greatly increased economic benefit.

Key words touch screen, remake , energy-saving and emission-reduction

江蘇文鳳化纖集團(tuán)有限公司于2005年從廣東購(gòu)進(jìn)6臺(tái)二手FK6-900巴馬格加彈機(jī)，該機(jī)在原單位已使用12年，因企業(yè)倒閉而出售。該機(jī)電氣控制單元復(fù)雜，因技術(shù)資料不全，我們付出了很多辛勤的努力才將6臺(tái)加彈機(jī)全部安裝調(diào)試投入運(yùn)行。投運(yùn)后，經(jīng)過(guò)了解才知道，該機(jī)型只生產(chǎn)了二十多臺(tái)，配件難以購(gòu)買。特別是電氣核心控制單元第九單元原配件是巴馬格公司外包給德國(guó)一家電腦公司開發(fā)設(shè)計(jì)和制造的，只生產(chǎn)了一批后就停產(chǎn)了，因此，配件無(wú)法購(gòu)買。江蘇文鳳化纖集團(tuán)有限公司購(gòu)回后，對(duì)該機(jī)的用途進(jìn)行了改進(jìn)，將滌綸DTY機(jī)改造成錦綸DTY機(jī)。由于DTY生產(chǎn)場(chǎng)所必須高溫高濕的特殊性，加之該機(jī)控制單元多達(dá)20多處，因此，電氣設(shè)備的故障率居高不下，產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量均達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。單位產(chǎn)品能耗指標(biāo)居高不下。該機(jī)主要電機(jī)全部為直流電機(jī)，控制電路復(fù)雜。9#加彈機(jī)因第九單位（見圖1）核心部件故障，經(jīng)多方設(shè)法維修也未能修復(fù)且備品備件無(wú)法購(gòu)買而逼迫停車，加之機(jī)臺(tái)能耗高，因此，公司決定對(duì)該機(jī)臺(tái)進(jìn)行改造。

1 技術(shù)分析

巴馬格FK6-900加彈機(jī)全稱加捻彈力絲機(jī)，是一種將錦綸POY原絲加工成具有低彈性能或高彈性能彈力絲（DTY）的加工設(shè)備。

1.1 加彈機(jī)簡(jiǎn)介

圖1 加彈機(jī)原控制單元圖

1.2 巴馬格加彈機(jī)的工作原理

FK6-900加彈機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，它是一種完成錦綸POY纖維牽伸卷曲成型的多單位傳動(dòng)的化纖聯(lián)合機(jī)械，各單元之間的運(yùn)行速度保持一定的比率關(guān)系，從而完成化學(xué)纖維的卷曲成型。其結(jié)構(gòu)為對(duì)稱的A側(cè)（左側(cè)）和B側(cè)（右側(cè)），每一側(cè)分別安裝熱箱，兩側(cè)傳動(dòng)由一羅拉、二羅拉、黑輥和槽筒組成，龍帶、動(dòng)程修正為兩側(cè)共用（見圖3）。

1.3 需要解決的問(wèn)題

（1）為降低機(jī)臺(tái)能耗，需將直流電機(jī)更換為交流變頻電機(jī)， 直流調(diào)速系統(tǒng)改造為變頻器調(diào)速系統(tǒng)。

（2）為簡(jiǎn)化控制電路需將繼電器控制電路改造為PLC控制電路。

（3）為提高成型控制精度需對(duì)動(dòng)程修正控制單元改造。

（4）為提高控溫精度需對(duì)溫控單元進(jìn)行改造。

（5）采用觸摸屏輸入工藝參數(shù)，并顯示記錄設(shè)備，運(yùn)行工藝數(shù)據(jù)及故障報(bào)警記錄。

圖2 FK6-900加彈機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 加彈機(jī)改造前傳動(dòng)系統(tǒng)功率配置圖

2 加彈機(jī)改造技術(shù)研究

經(jīng)過(guò)調(diào)研論證，要達(dá)到上述改造要求只有采用觸摸屏、plc、變頻器、單片機(jī)溫控單元對(duì)原加彈機(jī)拖動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行徹底改造才能達(dá)到預(yù)期的效果。

2.1 編制改造方案

2.1.1 主要設(shè)備選型

變頻器：經(jīng)調(diào)研比較，選用艾默生變頻器，其中動(dòng)程修正選用EV1000型、其他選用EV2000型。

電動(dòng)機(jī)：無(wú)錫亨達(dá)公司變頻調(diào)速電機(jī)。改造后電機(jī)及變頻器功率配置見圖4。

圖4 加彈機(jī)改造后傳動(dòng)系統(tǒng)功率配置圖

觸摸屏：選用威綸通科技有限公司10.4"FTF真彩觸摸屏。

PLC：三菱FX3U-32MR型、擴(kuò)展選用FX2N-2DA。

溫控：選用太倉(cāng)創(chuàng)意紡電公司單片機(jī)溫控單元，要求控溫精度±0.5℃，且要求具有單面溫度設(shè)定，單點(diǎn)溫度修正±50℃功能。

加彈機(jī)改造系統(tǒng)見圖5。

圖5 加彈機(jī)改造系統(tǒng)圖

2.1.2 控制要求

為滿足錦綸細(xì)旦DTY絲生產(chǎn)要求及成形控制效果，從以下幾個(gè)方面提出改造要求：

（1）主傳動(dòng)、龍帶，速度控制精度≥0.3%。

（2）橫動(dòng)裝置圍繞中心頻率以不同的周期和幅值變化次數(shù)由4步修改為8步，第一步根據(jù)主機(jī)工藝速度確定變化幅值、周期，后續(xù)各步以前一步值按序遞減為85%。

（3）動(dòng)程修正，與橫動(dòng)跳頻運(yùn)動(dòng)連動(dòng)，即橫動(dòng)裝置在中心頻率±2.5Hz每完成一次往復(fù)，動(dòng)程修正完成3次往返運(yùn)動(dòng)，為一長(zhǎng)、二短變化。每次開車時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)動(dòng)程位置是否在原點(diǎn)。如不在原點(diǎn)則PLC輸出動(dòng)程變頻器反轉(zhuǎn)指令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)至動(dòng)程原點(diǎn)自動(dòng)停止。

改造后，節(jié)能20%～30%。

2.1.3 改造方案

根據(jù)速度控制精度≥0.3%的要求，主傳動(dòng)、龍帶（錠子）選用閉環(huán)調(diào)速方案。每臺(tái)電機(jī)裝設(shè)一只具有靈敏度高，線性度好，穩(wěn)定性高、體積小、和耐高溫、分辨能力強(qiáng)、高精度和檢測(cè)時(shí)間短的霍爾傳感器作為測(cè)速傳感器。其測(cè)速高速脈沖反饋到PLC，由PLC通過(guò)485接口輸出調(diào)制信號(hào)到變頻控制單元，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)控制的目的。

橫動(dòng)裝置圍繞中心頻率以不同的周期和幅值變化次數(shù)由4步修改為8步。艾默生變頻器自身帶有擺頻功能，但其只能圍繞中心頻率以一種幅值周期循環(huán)運(yùn)動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)多部跳調(diào)頻運(yùn)動(dòng)。同時(shí)考慮到動(dòng)程修正與此連動(dòng)的要求，故選用三菱PLC模擬量輸出模塊FX2N-2DA，該模塊提供12位高精度分辨率，提供二通道電壓輸出（0-10VDC）或電流輸出（4-20mdc），對(duì)每一通道可以規(guī)定電壓或電流輸出。

利用預(yù)先編制好的8步三角波（逐步衰減85%）程序，通過(guò)此模擬量輸出模塊輸出幅值周期以一定規(guī)律變化的直流電壓控制槽筒變頻輸出頻率的周期幅值變化。橫動(dòng)變頻的中心頻率根據(jù)二羅拉線速度確定。主機(jī)線速度x（二羅拉）與槽筒變頻的中心頻率有如下關(guān)系：

動(dòng)程修正變化與橫動(dòng)變頻器變化周期同步連動(dòng)，這是整個(gè)改造方案中最繁瑣的部分。

為了提高成型控制精度，通過(guò)對(duì)原控制系統(tǒng)的控制原理分析及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，結(jié)合目前國(guó)際上最先進(jìn)的動(dòng)程控制理論，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬我們選擇了“八大步，二十四小步”的循環(huán)變化動(dòng)程控制設(shè)計(jì)方案，具體做法分析見圖6。

圖6 八大步，二十四小步動(dòng)程控制示意圖

（1）從第一大步開始，長(zhǎng)行程往返時(shí)間4.96s，短行程往返時(shí)間1.74s， PLC對(duì)應(yīng)輸出一定的頻率脈沖信號(hào)給動(dòng)程修正變頻器，電動(dòng)機(jī)在一個(gè)往返周期內(nèi)前半程為正轉(zhuǎn)，后半程為反轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)折時(shí)間0.1s。第二大步長(zhǎng)短行程各是上一大步的85%。其余各步以此類推。八大步二十四小步工作流程結(jié)束后，再?gòu)念^開始，循環(huán)往復(fù)直至停車或報(bào)警信號(hào)停止。

（2）PLC動(dòng)程修正信號(hào)輸出的前提條件：無(wú)故障報(bào)警信號(hào)輸入；動(dòng)程回歸原點(diǎn)；三角波信號(hào)正常。

動(dòng)程修正各步行程時(shí)間與PLC脈沖頻率對(duì)照見表1。

2.2 改造方案的實(shí)施

2.2.1 主輔電路改造

拆除原有控制裝置、直流電機(jī)，安裝變頻器、PLC、觸摸屏、變頻電動(dòng)機(jī)（系統(tǒng)圖參見圖6）。按設(shè)計(jì)圖紙正確連接主電路（見圖7）、觸摸屏PLC I/O原理圖（見圖8）線路。

表1 動(dòng)程修正行程時(shí)間與PLC脈沖變頻對(duì)照表

圖7 加彈機(jī)改造主電路原理圖

圖8 觸摸屏及PLC I/O原理接線圖

2.2.2 編制PLC程序

詳見附件3，梯形圖紙張?zhí)?，故只能提供編程指令語(yǔ)句表。

2.2.3 觸摸屏畫面編程

威倫通觸摸屏人機(jī)界面軟件設(shè)計(jì)WEINVIEW EasyBuilder 500 V2.7.0是威倫通科技有限公司出品針對(duì)MT500系列觸摸屏人機(jī)界面應(yīng)用程序組態(tài)軟件，具有使用簡(jiǎn)單、組態(tài)方便的優(yōu)點(diǎn)。Easybuilder500具有強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)通信功能，組態(tài)時(shí)設(shè)置PLC類型和通信參數(shù)，并監(jiān)控畫面控件屬性中設(shè)置正確PLC位址或字址，觸摸屏工作時(shí)就能不同PLC通信協(xié)議建立起與PLC內(nèi)部址連接和通信。

設(shè)置PLC節(jié)點(diǎn)。設(shè)計(jì)好節(jié)點(diǎn)后就可以通過(guò)觸摸屏來(lái)顯示加彈工藝設(shè)置、溫度、系統(tǒng)速度等參數(shù)，見圖 9、10、11。

圖9 傳動(dòng)系統(tǒng)主畫面

圖10 工藝速度設(shè)定主畫面

圖11 溫度參數(shù)設(shè)定主畫面

2.2.4 變頻器參數(shù)設(shè)置

根據(jù)電機(jī)參數(shù)、工藝要求，設(shè)置變頻參數(shù)，具體見表2。

表2 設(shè)置變頻參數(shù)

2.2.5 聯(lián)機(jī)調(diào)試

檢查觸摸屏、PLC、變頻器、溫控單元接線無(wú)誤后開始調(diào)試。

變頻器設(shè)置為面板操作，啟動(dòng)變頻器檢查電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向是否符合工藝要求。

霍爾傳感器安裝時(shí)須注意磁鐵的極性。檢測(cè)方法：按說(shuō)明書正確接通DC24 V電源，移動(dòng)磁鐵一極靠近傳感器，如傳感器輸出指示燈亮，則極性正確，否則反之。傳感器頭與磁鐵體保持0.5 cm～0.8 cm。

檢查動(dòng)程修正接近開關(guān)（NPN常開型）與鏈條感應(yīng)鐵片之間距離應(yīng)在0.3～0.5 cm。檢查左右限位開關(guān)位置是否正確。限位開關(guān)的作用是萬(wàn)一接近開關(guān)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)它切斷PLC輸出，保護(hù)動(dòng)程修正系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)軸。

確定動(dòng)程修正變頻器輸出與PLC控制信號(hào)要求是否一致，方向及行程是否符合設(shè)計(jì)要求。

先開低速運(yùn)行，檢查各項(xiàng)數(shù)據(jù)是否正常，如有異常，即刻停車處理。低速運(yùn)轉(zhuǎn)正常后方可高速運(yùn)行。

檢查加熱線與溫度傳感器接線是否正確，如無(wú)誤則開啟加熱控制單元，從觸摸屏上觀察升溫情況。如有異常，先切斷電源后檢查維修。

溫度達(dá)到工藝要求后再恒溫2 h。

掛絲試生產(chǎn)觀察絲餅成形及檢測(cè)DTY物理指標(biāo)是否滿足工藝要求，如不滿足，及時(shí)調(diào)整，直至滿足工藝要求為止。至此，改造工程竣工。

3 結(jié) 論

巴馬格FK6-900加彈機(jī)使用觸摸屏、PLC、變頻器改造后，通訊方式簡(jiǎn)化了巴馬格加彈機(jī)的控制系統(tǒng)，強(qiáng)大的變頻器功能提高了生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。DTY絲餅成型良好，原絲質(zhì)量比改造前明顯好轉(zhuǎn)，機(jī)臺(tái)加速紡情況得到提高，工藝調(diào)整方便，機(jī)臺(tái)故障率明顯降低，產(chǎn)品質(zhì)量得到客戶的好評(píng)，并且變頻器的各項(xiàng)保護(hù)功能為設(shè)備的安全可靠運(yùn)行提供了保證。電機(jī)系統(tǒng)裝機(jī)容量較改造前降低23.91%，單位產(chǎn)品耗電量降低20.5%，達(dá)到了節(jié)能減排的效果。

[1]三菱變頻器用戶手冊(cè).三菱自動(dòng)化公司出版，2012.

[2]王國(guó)海.可編程控制器及其應(yīng)用（第二版）.中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007.

[3]岳慶來(lái).可編程控制器（PLC）觸摸屏和變頻器的綜合應(yīng)用技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

[4]艾默生EV2000、EV1000變頻器用戶手冊(cè).艾默生網(wǎng)絡(luò)能源公司出版，2010.

[5]威倫通觸摸屏用戶手冊(cè).臺(tái)灣威倫公司出版，2011.

Modification of Ba Ma texturing machine based on touch screen PLC frequency converter

PANG Hai-feng DENG Yu-hu
(Jiangsu Wenfeng Group，Jiangsu Nantong 226000,China)

TU831.3

A

投稿日期：2017-08-02

龐海峰(1983-),男,助理工程師,本科,江蘇海安人,主要研究方向:化纖產(chǎn)品質(zhì)量控制,企業(yè)能源管理與技術(shù)改造，曾在省級(jí)專業(yè)性期刊上發(fā)表過(guò)論文3篇。