雙直流電機控制型卷染機單變頻
改造方案和可行性報告
雙直流電機控制型卷染機單變頻
改造方案和可行性報告
1 引言
在染織行業中，卷染過程在整個布匹加工過程中起著重大的作用，這一過程主要是通過將布坯在卷染機內進行多次往復卷染，去掉布坯上的染漿或雜絲，從而對布坯進行均勻染色等。單變頻卷染機因其**較低，占地省，適合目前紡織品加工市場對多品種小批量紡織物的染色需求，可間斷式生產，發展前景看好，且應用越來越廣泛。
目前，我國印染行業大量使用的卷染機屬於老式產品。該產品的電力拖動控制系統使用了兩台直流電動機驅動卷輥，並用接觸器切換和自藕調壓器實現正轉，反轉和轉速，張力控制。該控制系統體積大，造價高，電能浪費嚴重。
因其轉速不能無機調速有礙染色質量，再加上染整車間的環境非常惡劣，直流電動機的維護工作量很大，降低了系統的執行可靠性。為了老式裝置的改型換代問題，我們推出了以專用plc和高效能交流變頻器為核心的技術方案，實現了對原裝置的公升級改造。如圖1：
2 系統構成
我們採用單變頻卷染機改造方案：
2.1機械部分（廠方自行更換）：
1 ．機械部分減速機不動；
2 ．傳動部分改成同步輪和同步帶傳動；
同步輪：4 個
同步帶：2 根
如圖：機械部分大部分沿用以前的傳動結構，只需要更換電機和加裝同步傳動，改造成本低，周期短。
2.2電氣部分：
1 ．電氣櫃更換；
1）標準的張力控制器 ，plc 一台和配件，
2）卷染機專用變頻器 1臺和配件（7.5kw）
3）低壓電器
4）標準電氣櫃
5）出布變頻器控制. （根據現場決定）
如右圖：
控制櫃內部結構，如圖：
（1）卷染機控制器plc特徵介紹:
具有三個專用函式：
1）「靜態轉矩測量」函式
2）「轉動慣量測量」函式
３） 「轉動慣量動態分配」函式。
（2）卷染機專用變頻器採用高效能專用變頻器，以其優異轉矩、轉速的控制特性，使的單變頻傳動在卷染機得到完美的表現。
2.3單變頻主要指標：
1）實現恒張力，恆速度控制
2）自動往返捲繞，轉向延時可調
3）加速和減速功能，速度調節30m/min-120m/min，任意設定
4）張力加減功能，張力調節為1-70檔任選(2kg-8kg範圍)
5）布厚為0.01mm-1.5mm內任意設定
6）自動記道數，自動記圈數
7）擺動，可選布卷往復轉動
8）染液溫度自動控制
9）染液迴圈
10）出布速度設定
11）染液定量控制（自動加水）
12）速度精度： ５％
13）張力精度： ５％
3 控制原理和方法
3.1 控制要求
卷染機控制方面要求具備自動計數(上布道數)、自動換向、自動掉頭、自動停車、防墜液等功能，在整個工藝過程中，要求保證布匹的張力和線速度恆定，因此對系統的自控控制水平要求較高。卷染機工作時，是乙個典型的中心捲曲控制系統。未染色的布匹首先上布捲曲到其中的乙個滾筒上，上捲完畢，採用人工的方式把布匹的一頭捲到另外乙個滾筒上面，包覆緊貼，即可正常開始工作。
此時兩個滾筒朝著同乙個方向運轉，控制的要求是保持布匹上的張力恆定，且布匹經過染液的時間一致，也就是線速度恆定。這是乙個沒有線速度反饋，同樣，也沒有張力反饋的驅動控制系統，但線速度又在隨著滾筒半徑的變化在變化。因此，需要控制系統實時計算滾筒的直徑適當調整放卷變頻器的輸出頻率來達到要求。
3.2 控制方式
上布時刻，plc記錄下該布捲在輥筒上面的總圈數，然後操作工在進布完成後在觸控螢幕上點選初試按紐，系統自動進行初始卷徑計算，之後系統可實時計算出當前兩個滾筒直徑(無須輸入布厚或人為測量滿卷時的直徑)，根據系統設定的線速度、設定張力計算出相應的轉矩(放卷電機)和匹配頻率(收卷電機)，通過序列rs-485通訊或者模擬量訊號，傳輸給變頻器作為控制收、放卷電機的基本引數。
(1) 恆轉矩控制
放卷變頻器工作在力矩模式下，在轉矩控制模式下，要保證放卷輥恆張力執行，變頻器轉矩給定必須滿足下列計算公式:
t=t0×r/r0
其中: t0為光輥時的轉矩=f×r0 (f執行張力)；
r為當前放卷輥半徑;
r0為光輥半徑。
(2) 恆轉速控制
收卷變頻器工作在閉環速度模式下，在速度控制模式下，要保證收卷輥恆線速執行，變頻器轉速給定必須滿足下列計算公式:
其中:l為設定線速度;
n0為傳動比;
d為當前收卷輥直徑。
(3) 計圈換向控制
因為在卷饒過程中，布匹會出現伸長，所以必須對兩輥都進行計圈，當放卷輥計圈到零時進行換向。否則車頭會出現積布。
4 系統的特點
(1) 採用先進的plc和資料通訊技術，實現生產過程計算機進行
全面控制及染色管理；
(2) 計算機控制的恆速恒張力控制系統，張力大小可選，從2kg～8kg，這是目前同類產品中張力極小的卷染機；
(3) 變頻電機-減速機傳動:傳動平穩，維護工作量小於液壓和直流傳動的方式的卷染機。現場環境潔淨，無漏油；
(4) 系統控制靈活方便，可根據要求實現各種工藝組合；
(5) 各種故障自動識別，自動報警，動作連鎖，安全性好；
(6) 該機還有停車時布卷自動擺布功能，避免染液在布捲下部淤積，以確保加工質量；
(7) 自動化程度較高，可自動計圈、計道，自動倒捲，自動公升溫，工人勞動強度小，一人可看多台機器;溫度自動控制，可有效克服普通大卷裝染色的匹差；
(8) 品種適應性強:由於採用plc優化程式控制，實踐證明我公司的單變頻卷機品種適應能力強，布的厚薄都不影響執行。從而打破了傳統觀念中卷染機怕薄織物的看法。
5 結束語
目前市場上卷染機傳動分為直流電動機、液壓和交流變頻電動機兩三種傳動方式。直流電動機的開啟式、動接觸饋電結構，不能很好地適合印染廠潮濕(冬季滴水)、充滿腐蝕性氣體的惡劣環境，此外調壓裝置精度、可靠性較差。只能達到近似的恆張力控制效果。
而液壓傳動方式的有兩個問題:一是國產液壓件密封效能、可靠性差，進口的雖然質量可靠,但**高、備件困難，同時液壓傳動方式是分段調節方式，對克重小的織物張力的波動難以接受。採用單變頻器的卷染機，放卷採用非同步電機直流制動的方式，收放捲用接觸器在變頻器和直流制動之間進行切換，結合plc和變頻器實現恆轉速和恆張力控制。
交流電動具有密封效能好、過載能力強易維護的特點，利用高效能變頻器優異轉矩、轉速的控制特性，使的單變頻傳動在卷染機得到完美的表現。
可行性報告
一：引言
1.1專案名稱：雙直流電機控制型卷染機改造。
1.2改造目的：直流電機改為交流電機，讓卷染機執行更穩定，維護簡單，節能等等。
1.3專案背景：目前市場上卷染機傳動分為直流電動機、液壓和交流變頻電動機兩三種傳動方式。
直流電動機的開啟式、動接觸饋電結構，不能很好地適合印染廠潮濕(冬季滴水)、充滿腐蝕性氣體的惡劣環境，此外調壓裝置精度、可靠性較差。只能達到近似的恆張力控制效果。造價高，電能浪費嚴重。
二：可行性研究的前提
2.1功能：結合專用plc和專用高效能變頻器實現恆轉速和恆張力控制。
2.2 效能：交流電動具有密封效能好、過載能力強易維護的特點，利用高效能變頻器優異轉矩、轉速的控制特性，使的單變頻傳動在卷染機得到完美的表現。
2.3 機械：機械部分大部分沿用以前的傳動結構，只需要更換電機和加裝同步傳動，改造成本低，周期短。
2.4 電氣：更換整套電氣控制櫃。
2.5 決定可行性的主要因素：資金到位，廠方機械部分的改造
三：對現有系統的分析：
3.1 原電力拖動控制系統使用了兩台直流電動機驅動卷輥，並用接觸器切換和自藕調壓器實現正轉，反轉和轉速，張力控制。
優點：啟動力矩大
缺點：該控制系統體積大，造價高，電能浪費嚴重。因其轉速不能無機調速有礙染色質量，再加上染整車間的環境非常惡劣，直流電動機的維護工作量很大，降低了系統的執行可靠性。
明顯缺點：電能浪費嚴重，維護工作量很大。
四：系統技術可行性分析
4.1 系統描述：該系統是以專用plc和專用高效能變頻器為主的電氣控制系統，實現恆線速度和恆張力控制。
4.2 採用該系統可能帶來的影響：
a對使用者：節能，維護費用低，操作簡單。
b對裝置：對其他裝置無影響
c其他影響：改造費用
4.3技術可行性評價：
技術上可行。
難點：現場除錯細節問題。
五：系統經濟可行性分析
5.1 支出：廠方對自己原有裝置的機械改造費用和購買控制櫃。
5.2 效益：減少工人工時，減少維護費用，節能。
六：系統社會可行性分析
6.1該系統不違反任何國家法令，積極響應國家「節能減排」號召。
七：結論意見
本專案可行。
直流電機控制系統
1系統論述 1.1 設計思路 本次直流電機控制系統的設計主要功能是實現電機的正轉和反轉。為實現系統的微機控制，在設計中，採用了at89c51微控制器作為整個控制系統的控制電路的核心部分，配以各種模組，實現對電動機控制。1.2 總體設計框圖 系統組成 直流電機控制方案如圖1.1所示 方案說明 直流電機...
直流電機小結
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小結直流電機的工作原理是建立在電和磁相互作用的基礎上。為此，必須熟練地運用在電工原理中所學習過的基本電磁定律，結合換向器和電刷的作用去理解，並且充分注意到無論在直流電動機還是直流發電機中，電機的外電路中電壓 電流及電勢都是直流電性質的，但每個元件中的電壓，電流及電勢都是交流電性質的。任何型別的旋轉電...