西门子模块6GK7243-1EX01-0XE0使用手册

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高速卷绕头是化纤行业前纺的关键设备，其基本的结构：夹头和压紧辊，组成一个经典的卷绕装置，夹头相当于收卷卷筒，压紧辊相当于摩擦辊；槽筒用于横动控制，控制纤维卷绕时的成型角。高速卷绕头的基本控制要求为线速度恒定，速度精度高，一般的工艺要求为线速度精度达到万分之三。适用于涤纶、丙纶、锦纶 POY 丝或工业丝的卷绕成型。两台变频器分别控制卷筒进行收卷，在摩擦辊上安装用以速度的光电传感器，作为线速度的反馈信号。设备动作过程中要求完成卷筒的自动切换及卷绕作业。

    早期的卷绕头为被动式，即动力驱动由压紧辊提供，这样就成为典型的表面卷绕，在卷绕的过程中卷筒直径逐步增大，而摩擦辊的直径不会改变，因此转速控制对象比较简单，一般用同步电机加变频调速器就能满足转速精度的要求。但是高级的卷绕头要求夹头直接驱动，压紧辊被动传动，这样就成为典型的中心卷绕。在中心卷绕中，由于卷筒直径不断增大，为保持线速度恒定，转速需要不断的减小。无锡某纺织机械有限公司开发了这样一种新型的高速卷绕头，这个系统的基本电气控制配置为：G11 变频器控制夹头电机和槽筒电机；可编程控制器用的是富士 SPB 系列。
    中心卷绕的高速卷绕头对变频器的要求可以从卷绕头的工艺参数推导出来：卷绕头的较高线速度为 4000 米 / 分钟，夹头电机为两较变频异步电机，卷筒的初始直径为 126mm ，较终直径为 430mm 。 

    由于客户卷绕头上的测速反馈装置反馈脉冲频率过低，而无法实现稳定的闭环矢量控制，在这种控制结构下，变频器要设为单纯的频率变换器，输出频率完全等于输入频率，而特殊电机曲线的设置值按夹头变频电机的**值和负载特性调整到较佳值。
    为了达到较高频率给定精度， PLC 需要通过串行通讯口控制变频器，A11变频器可以支持多种现场总线通讯协议，可以方便的与各种 PLC 进行通讯，但在实际应用中，考虑的实际的成本，较终采用的经济的 RS485 通讯，通讯协议为标准的 MODBUS RTU 总线协议。
    因为卷绕头的卷筒直径是在连续变化的，所以要实现稳定的线速度控制，用传统的 PID 闭坏控制，速度会有静差，不过在其公司技术人员的紧密配合下，这个问题被很好的解决了。
    横动槽筒控制也是高速卷绕头这一产品获的成功的一个关键技术难点，以恒速控制槽筒，在特定的卷筒直径时会产生迭纱现象，所以通常要求横动槽筒变频器输出的频率一直波动变化， A11 具有摆频功能，很好的满足卷绕的特殊要求。 

    纱锭成型过程，是由两个独立的运动叠加而成。一个恒速（constant speed）旋动，一个往复（Traverse）运动。通过两个运动的叠加，纱线在纸筒表面形成菱形网状运动轨迹。如果两个运动都是匀速运动，则势必在纱线相交处形成鼓包，如不带摆频功能图示（Without wobble）。如欲打乱每层的交点，将往复运动的速度时时变化，即增加摆频功能，则这一问题就得到了圆满解决。

前言
    近10年来在激烈的市场竞争中，国内外纺机厂商，采用PLC控制，变频调速，机电一体化等以电子技术更多的取代传统的机械结构，提高纺机整机的可靠性，提高纺织质量和自动化程度，扩大品种的适应性，使用操纵易便。各纺织厂家也投资改造老机设备。
    交流变频调速技术的优点
    交流变频调速传动具有以下特点：
    1可以使普通异步电动机实现无级调速。
    2启动电流小，减少电源设备容量。
    3启动平滑,机械的冲击力,保护机械设备。
    4对电机具有保护功能,降低电机的维修费用。
    5具有显著的节电效果。
    由于交流变频调速传动技术具有上述特点，已开始取代直流调速装置，成为现代电气传动的发展方向。
    交流变频技术在棉纺织设备中推广应用的必要性 
    纺纱工艺流程中要求加工设备的电气传动稳定，点动、启动及升降速都应平滑实现，这样才能是纤维的牵伸均匀，降低重量不匀和条干CV值。在棉纺设备的传动系统中，都是由皮带与齿轮来承担，由于电动机启动硬度的原因，在点动与启动过程中，不可避免地会出现皮带打滑，齿轮冲击等现象。在机械传动轮系中，齿轮越多，造成齿轮损伤的机率就越大，应用交流变频技术就能够很好的解决平滑启动，机械启动时的冲击力，实现无级调速，满足生产工艺要求，提高成纱质量。应用此技术在纱支品种变化的情况时，不需改变牙齿或皮带轮，设备工艺转速的改变只需通过变频设定就可完成。
    交流变频技术在梳棉机上的应用 
    1 交流变频调速在新型国产棉纺设备中得到广泛的应用。在2000年*七届中国纺织机械展中，FA201B梳棉机、FA326并条机、FA423粗纱机、FA710 高速并条机、FA231倍捻机均采用变频调速。新型国产细纱机F1513系列、 F0128系列采用PLC，可编程序控制，变频调速、纺纱全程可根据设定程序进行调速纺纱。特别是EJM128JL型细纱机1008锭，锭速可按10段变频调速控制。FA716并纱基础集体变频调速，还可使用后不同品种需要，实行单锭，分组或分段变频调速，适应棉毛等多品种并纱卷绕的要求。
    2 梳棉机老机在设计方面由于受到当时的技术条件、设备制造成本，市场需要等因素的限制不可避免的存在着一些缺陷。如A186D型梳棉机道传动系统中的电磁离合器由于故障较高，经常造成停机，不时出火警，给生产效率与产品质量造成一定的损失，要保持与维护需投入大量的人力与物力。有些企业惯性轮电磁离合器被弃用。这样在道夫慢转快的过程中产生细条，严重时出现破边，棉网拉断的现象影响生条质量。有的企业为避免这种现象，用不当的操作办法来以上设备缺陷，但要造成大量的废条，同样是不可取的。

    3 改善梳棉机运行状态的过程。A186D梳棉机为了使道夫达到升、降速平滑，在机械传动中设计双速电机，惯性轮、电磁离合器，用电气加机械的手段来实现。A186E、A186F、FA201梳棉机设计中又增加了电动机的星-三角转换这一控制环节，从而进一步改善了升、降速斜率。FA201B、FA212梳棉机采用了交流变速调速，从而实现了道夫升速斜率的任意调节，道夫工艺转速的任意可变的功能。为老机改造提供一个好的范例。

    2 直进式拉丝机变频控制系统
    该直进式拉丝机主要对精轧出来的不锈钢丝进行牵伸，设计的工艺要求为：（1）较高拉丝速度600m/min；（2）加工品种主要三种，分别是进线2.8mm→出线1.2mm、2.5mm→1.0mm、2.0mm→0.8mm；（3）紧急停车断头不多于2个。
    直进式拉丝机是拉丝机中较难控制的一种，由于它是多台电机同时对金属丝进行拉伸，作业的效率很高。不象以前经常遇到的水箱拉丝机和活套式拉丝机，允许金属丝在各道模具之间打滑。同时它对电机的同步性以及动态响应的快速性都有较高的要求。由于不锈钢材料特性比较脆，缺少像高碳钢丝或者钢帘线那样的韧性，比较在作业过程中拉断。
    本系统共有8台11KW变频器。系统的电气配置为活套一台，安装在**级，作用是将成卷的不锈钢丝牵引到拉丝部分，由于活套可以自由打滑，因此这台电机不需要特别的控制。拉丝部分共有六个直径400mm的转鼓。每个转鼓之间安装有用于检测位置的气缸摆臂，采用位移传感器可以出摆臂的位置，当丝拉得紧的时候，丝会在摆臂的气缸上面产生压力使得摆臂下移。较终是收卷电机，该部分采用自行滑动的锥形支架，整个过程卷径基本不变化，因此不需要用到卷径计算功能。八台电机功率采用变频**电机，同时带**械制动装置。
    直进式拉丝机的系统逻辑控制较为复杂，有各种联动关系，由PLC实现。同步方面的控制则全部在G11变频器内部实现，不依赖外部控制。
    其工作原理是：根据操作工在面板设定决定作业的速度，该速度的模拟信号进入PLC，PLC考虑加减速度的时间之后按照一定的斜率输出该模拟信号。这样做的目的主要是满足点动、穿丝等一些作业的需要。PLC输出的模拟电压信号同时接到所有变频器的AI2（AI1也可以）输入端，作为速度的主给定信号。各摆臂位移传感器的信号接入到对应的转鼓驱动变频器作为PID控制的反馈信号。根据摆臂在中间的位置，自己设定一个PID的给定值。这个系统是非常典型的带前馈的PID控制系统，一级串一级，PID作为微调量。之所以选择G11变频器，就在于它能轻松实现主速度跟随加PID微调的功能，而无须额外的控制板。在本系统中参数设置如下：
    主频率源X为AI2
    辅助频率源Y为PID
    频率源选择为主频率源X+辅助频率源Y
    PID给定源为数字键盘给定
    PID的设定值（该值的基准值为系统的反馈量）
    PID的反馈值AI1
    PID的作用方向（当反馈信号大于PID的给定时，要求变频器频率输出下降，才能达到PID平衡）
    PID的P值25
    FA-06=1：PID的I值1：
    PID的D值0.08
    PID的采样周期0.1
    PID的偏差极限0
    由于系统的稳定在很大程度上取决于PID作用，因此对其参数的整定必须考虑周全，在低速、高速、升速和降速等情况都予以考虑。另外在本系统中必须加入微分限幅。
    3 结束语
    本系统在优化参数值之后，设备试机时速度600米/min非常稳定，完全解决了原来采用同步板高速度下面不稳的问题（原来只能开到300米/min）。通过各种工况下的对比测试，和采用进口直流驱动器的拉丝机性能一样，同时设备效率为90-95%、节电率为40%左右。而且本系统电气器件配置简练、逻辑清晰，成本与原来相比还有较大的降低，的确是个性价比优良的方案