Omron变频器在三轴粗纱机中的应用

摘 要：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。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。

关键词：变频器; 锭翼; 卷绕;罗拉;编码器

1 引言

　　随着变频器在工业控制中的广泛应用，修改传统的锥轮系统使用变频器单独控制，本文简述了使用Omron RV系列变频器进行控制的方案说明。

2 设备控制系统介绍

　　粗纱机主要包括：锭翼、卷绕、罗拉、龙筋组成。

　　带差速的三变频分别有三台变频驱动，7.5kW的驱动锭翼、罗拉及一部分卷绕的速度，2.2kW驱动卷绕，1.5kW驱动龙筋的上下。

　　2.1粗纱机的卷绕原理

　　粗纱机在筒管上进行卷绕，卷绕的条件是：

　　卷绕转速=筒管转速-锭翼转速

　　为了实现正常卷径，任一时间内前罗拉输出的须条实际长度必须与筒管的卷径长度相等。图1示出了粗纱机传动图。

　　筒管转速可根据出线的长度及筒管上的纱的直径可以求出。

　　 从以上公式可以看出：当粗纱直径Dx逐渐增大时，Nb的速度是逐渐减少的，为了解决这一问题，过去采用铁炮来完成，为了让铁炮很好地实现这一功能，必须让皮带的移位精确，而皮带的移位是靠变形齿轮完成的。以上环节中齿轮的准确性、皮带的松紧、移动的摩擦力等因素都会影响铁炮的变速要求。所以铁炮变速不稳定是影响粗纱质量的重要原因。

　　2.2罗拉出线米数的计算

　　前罗拉的速度，可以通过电机的速度乘以减速比求得，前罗拉直径一般为28.5mm，这样通过知道电机速度就可以求出罗拉的线速度，通过罗拉的线速度就可以求出卷绕的速度。

　　2.3龙筋的升降速度计算

　　罗拉速度及卷绕速度计算出以后，通过设定参数也就是卷绕密度，可以求出龙筋电机的速度。

3 控制系统关键点

　　3.1实现三变频的同步

　　在起初的设计中采用速度跟随的方式进行控制，也就是通过安装在锭翼电机后面的编码器速度进行卷绕电机和龙筋电机的速度设定，卷绕电机和龙筋电机速度的改变通过通讯修改脉冲序列值（电子齿轮比）进行改变，由于检测的滞后卷绕的启动和停止总是滞后锭翼，造成启动时纱松停止时纱紧的情况出现。为了更好的实现同步行，利用的CP1H plc的脉冲输出功能控制变频器，这样脉冲同时输出起到同步控制的目的。 电机的速度控制由安装在电机后面的编码器及变频器中的PG卡进行独立控制，保证了速度的准确性。

　　3.2位置偏差的检测

　　位置偏差的检测，由于系统不是利用的跟踪方式，为了避免出现偏差出现，把每个电机后面的编码器全部接入PLC，这样可以把出现的误差检测出来，然后通过PLC运算进行纠正，从而避免了以外情况的出现。

　　3.3断电停车

　　断电停车，在正常生产的过程中，如果突然断电，会造成电机的不同步，这时所有纱线会断掉，在此处必须使用额外的电源进行供电，这就是电容供电。

4 为了更好的利用三变频的优势，客户提出的工艺要求

　　（1）提高纺纱速度，锭翼转速要到达1200r/min;

　　（2）张力恒定，在启动及停止时不出现细节;

　　（3）使用触摸屏操作使操作方式人性化;

　　（4）张力要根据不同的工艺进行调整。

5 为了完成此设备必须解决控制系统的实施课题

　　5.1 计算出各个电机的速度

　　为了实现同步必须计算出各个电机的速度，各电机计算方法如下：

　　⑴ 锭翼电机转速=A×锭翼转速

　　式中：A为与传动结构有关常数，锭翼转速屏幕上直接输入 。

　　⑵ 卷绕电机转速=C×f（粗纱每层厚度、张力系数、卷绕纱管初始直径）

　　式中：C为与传动结构有关常数，粗纱每层厚度、张力系数、纱管初始直径屏幕上直接输入。

　　⑶ 龙筋升降=D×f（卷筒转速和轴向密度）

　　式中：D为与传动结构有关常数，轴向密度屏幕上直接输入。

　　⑷卷绕与罗拉出线偏差的检测与计算

　　根据编码器的反馈值，经过计算可以求出罗拉出线和卷绕卷线的长度，根据长度比较可以判断电机是否同步，消除了不使用跟踪带来的不确定因素，提高了设备工作的可靠性。

　　⑸断电停车

　　为了实现在突然断电的情况下，设备能正常停车，需要加电容进行在供电，电路图如图2所示。此时所有的变频器进行直流母线并联供电，

　　5.2直流母线并联的好处

　　（1）如果不是直流母线供电，在紧急停车时，由于刹车电流比较大，会造成直流母线电压过高，变频器报警。如果共直流母线，大变频刹车时的电流可以供应给小的变频器，就不会造成大变频的过电压报警。

　　（2）在断电停车时由于大变频可以供应小变频电，从而可以节约电能，也就节约了放电电容的数量。

6 粗纱机的整个电器控制系统配置

7 在这个控制系统的编程调试中所碰到的主要问题

　　（1）由于卷绕在缠绕的过程中随着纱的变粗，整个直径跟纱的直径不是线性关系，不能写出：总直径=纱径×层数。它是一条不规则的曲线，为了实现这条曲线，在程序中用了十几段直线段去逼近这条曲线，从而模拟出来这条曲线。在生产中可以根据实际张力的大小来调节这条曲线的形状，从而实现调整张力的大小。

　　（2）碰到的问题还有，在停车中由于不能做的电机完全的同步，会出现停车张力变大，有时可能拉断纱线，为了弥补这种情况，把编码器全部接入PLC做出一个大闭环系统，实时检测同步情况，如果出现不同步时，立即改变电机速度进行速度追踪来实现同步，取得了不错的效果。

8 结束语

　　经过试验可以达到客户的使用要求，标志Omron的变频器可以适用变频粗纱机的应用。