1 引言
電動機是電力拖動系統(tǒng)中的原動機，它將電能轉(zhuǎn)化為機械能，去拖動各種類型生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)運動，以實現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝的要求，如 驅(qū)動軋鋼機的軋輥、龍門刨床的工作臺、起重機的提升機及行走機構(gòu)等。在很多應(yīng)用中可能要求生產(chǎn)機械在工作速度、定位精度、快速啟動和制動、反轉(zhuǎn)等方面達到 一定的水平，而作為系統(tǒng)原動機的電動機則是實現(xiàn)這些要求的主體，因此提高電動機的調(diào)速技術(shù)對于整個電力拖動系統(tǒng)的性能具有重要的意義。隨著電力半導(dǎo)體和微 電子技術(shù)的迅速發(fā)展，交流變頻調(diào)速技術(shù)也取得了很大的進步并得到日益廣泛的應(yīng)用。
近年來，隨著紡織機械機電一體化技術(shù)水平的不斷提 高，應(yīng)用交流變頻調(diào)速已成為一種趨勢。在大多數(shù)新開發(fā)的紡織機械產(chǎn)品中幾乎無一例外地應(yīng)用了交流異步電動機變頻調(diào)速裝置。對于織造機械則有漿紗機、整經(jīng)機 等。另外針織機、無紡布、化纖機械、印染機械上也大量使用了交流變頻調(diào)速器。本文主要介紹了
深圳市奧越信科技有限公司小型變頻器和
兼容西門子plc在細紗機上的應(yīng)用。
2 變頻器的特點
奧越信小型變頻器，結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，只需簡單的操作就實現(xiàn)許多復(fù)雜的功能，主要特點是：
（1）正面的調(diào)節(jié)旋鈕簡單操作，變更速度方便。
（2）安裝簡便，操作簡單，用途廣泛，可實現(xiàn)對電機的有效控制。
（3）通過簡單的操作調(diào)節(jié)速度，通過正面調(diào)整旋鈕，可以簡單地實現(xiàn)速度調(diào)整。投入電源后，可立即運行。
（4）將多種功能集中于小巧機身內(nèi)，最大可達8段速的多段速運轉(zhuǎn)，加上點動運轉(zhuǎn)（最大9段速）及UP/DOWN運轉(zhuǎn)燈，可以實現(xiàn)多種速度運轉(zhuǎn)。另外還包 含了各種便捷的功能，如滑差補償功能、過轉(zhuǎn)矩檢出功能、速度搜索功能等。維護簡單，一按即可實現(xiàn)冷卻風(fēng)扇的脫卸，而且只在運轉(zhuǎn)時才投入工作，更能延長壽 命。
（5）可實現(xiàn)節(jié)省空間的小巧尺寸，使盤內(nèi)的安裝也變得更為容易。安裝、配線輕松簡單。由于主回路端子的上下排列，可以輕巧的進行連接。同時通過DIN導(dǎo)軌的使用，可以實現(xiàn)一按就能安裝/脫卸。
（6）對應(yīng)多種輸入/輸出，對應(yīng)0～10V、4～20mA、0～20mA的模擬輸出、多功能輸出端子、模擬監(jiān)控等。多功能輸入上可以實現(xiàn)PNP/NPN輸入切換。
（7）避免產(chǎn)生高次諧波
高次諧波對電源的干擾使功率因數(shù)降低，產(chǎn)生射頻干擾、噪聲、振動等。在調(diào)試時，普通變頻器對生產(chǎn)線上的
兼容西門子PLC、接近開關(guān)產(chǎn)生干擾。只要變頻器控制 的電機開動，
兼容西門子plc s7-200的信號就一片混亂，輸入、輸出指示燈無規(guī)則的閃爍，程序不能正常運行。為了避免這些問題，一般情況下，必須在變頻器的主電 路中加入電抗器，抑制干擾。經(jīng)過改變動力線與信號線排布，分開走線槽，獨立給PLC供電，外加電抗器，加磁環(huán)濾波等一系列繁瑣工作，有時，這樣仍不能解決 問題。但是變頻器載波頻率可調(diào)節(jié)，從l～10kHz范圍限寬，通過調(diào)整載波，就可以消除干擾。
（8）避免產(chǎn)生機械共振
在變頻器驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)升速過程中或運行達到某一速度時，引起共振，這樣既縮短了機器的使用壽命，又降低了機械的精度。變頻器有一個專門的參數(shù)能使升速過程中跳躍一段頻率，可以避免機械共振。
（9）在保護功能以及延長使用壽命等方面的新措施
通用變頻器的保護功能主要包括過電流保護、過電壓保護、失速保護等，通常變頻器的保護電路都是制作在控制線路板上。
奧越信變頻器是把過電流保護、過電壓保護制作在功率驅(qū)動模塊一起，這樣縮短了電信號的傳輸距離，使得保護電路反映的速度更加快捷，提高了變頻器的可靠性。
（10）變頻器的壽命延長
很多變頻器的損壞是由于元器件老化造成的。變頻器由于冷卻風(fēng)扇壽命較短，冷卻風(fēng)扇在變頻器上電的時候開始工作，到了風(fēng)扇的使用壽命，風(fēng)扇損壞停止工作， 造成整流器件、逆變功率器件超過正常工作溫度燒毀，修復(fù)成本很高，基本無修復(fù)價值。這樣就由于一個風(fēng)扇影響了變頻器的壽命。
奧越信變頻器的控制風(fēng)扇可以在 變頻器驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)時才轉(zhuǎn)動，這樣可以延長冷卻風(fēng)扇的壽命，也就延長了變頻器的壽命。
奧越信小型變頻器突出的優(yōu)點在于多功能輸入輸出接點，引入了多功能變頻器的優(yōu)點，使控制方法更簡便、更完善,從而使得它非常適合紡織生產(chǎn)工藝流程的變化。
3 工藝要求
棉紡過程有開纖（開棉、除塵、混棉），制紗（梳棉、制棉條），粗紡（將棉條進一步延伸，稍加搓捻），最后是精紡（將粗紗延伸、搓捻成細紗）。細紗機是棉 紡過程的最后一道工序，精紡機械的紡織時間最長，而且需要強驅(qū)動力。該道工序的好壞直接影響到棉紗的產(chǎn)量和質(zhì)量，所以選擇細紗機的傳動裝置是十分重要的。
細紗機是將粗紗或條子紡成一定支數(shù)細紗的紡織機器。它的控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定與否直接影響到生產(chǎn)成本。采用
奧越信-兼容西門子PLC和變頻器控制細紗機，操作簡單，接線少，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，成紗質(zhì)量好，且維修方便，便于管理。
細紗機有低速運行、高速運行、吹吸風(fēng)、落紗等過程。落紗分為自動落紗和中途落紗（暫停工作），自動落紗又分定長落紗和定時落紗。自動落紗的方式、落紗時間及長度均可設(shè)置，并能掉電保持。細紗機所需的電氣傳動裝置應(yīng)滿足如下條件：
（1）高效率
細紗機所需的傳動動力占棉紡過程的50%以上，且連續(xù)運行。所以傳動裝置的效率直接影響到整個棉紡過程。
（2）可軟啟動
啟動時如果受到過大的的張力或者張力變化急劇都會造成斷紗。
（3）良好的速度控制性能
高生產(chǎn)率的紡紗速度是斷紗少的最高速度，但斷紗由于種種原因而變化，紡紗速度也應(yīng)對應(yīng)于各種條件進行調(diào)整。
根據(jù)紡紗過程的工藝要求，采用
奧越信-兼容西門子PLC和小型變頻器可以滿足上述要求，變頻器的模塊化設(shè)計理念、快速的I/O處理時間和良好的動態(tài)響應(yīng)可以實現(xiàn)靈活地配置控制系統(tǒng)。
在系統(tǒng)中采用PLC對各個變頻器進行集中監(jiān)控，PLC和變頻器之間通過RS-485總線相連，變頻器和電動機的各個參數(shù)如電機電流、電機運行的最大和最 小頻率、變頻器的斜坡上升和下降時間等都可以由
奧越信-兼容西門子PLC通過通信口來實時地訪問和修改。這樣就增強了系統(tǒng)的控制性能，減少了系統(tǒng)的布線和調(diào)試時間，降 低了工程施工的成本，提高了系統(tǒng)的可靠性，方便了系統(tǒng)的維護，降低了維護費用。
4 系統(tǒng)配置
一臺細紗機通常 有250～400個紗錠，紡紗錠數(shù)一般用細紗機臺數(shù)×40來表示。細紗機本身的紡紗能力用紗錠的轉(zhuǎn)速表示。細紗機的運行模式分為高、低速兩檔。在啟動開繞 和繞滿停車時，為了防止斷紗而實行軟啟動和停車。系統(tǒng)中用了16臺內(nèi)置EMC濾波器的變頻器和16臺三相250W的電機。控制系統(tǒng)采用PLC。所有的變頻 器都由
奧越信-兼容西門子plc s7-200通過RS485串行通信口來控制。這樣不僅增強了系統(tǒng)的控制性能，而且還減少了系統(tǒng)布線和調(diào)試的時間。
紡 紗過程中由電機來帶動紗錠（線軸）工作。電機在變頻器的控制下運轉(zhuǎn)而帶動紗錠進行紡紗。紡紗的質(zhì)量取決于變頻器能否在負載變化時保持穩(wěn)定的運行。系統(tǒng)中采 用變頻器來控制紗錠電機的運行，變頻器具有很高的動態(tài)性能容許負載快速變化，其FCC控制功能可以提供非常平穩(wěn)的運行速度，從而減少了斷紗，提高了紡紗的 質(zhì)量。變頻器具有快速的捕捉再啟動功能，當(dāng)電網(wǎng)故障時可以快速地再同步紗錠速度，以避免斷紗的產(chǎn)生。變頻器可以控制電機在負載變化時從靜止到輸出 650Hz平穩(wěn)地運行。所有的變頻器和電機的參數(shù)，如電機的實際速度、電機電流、電機的輸出力矩以及變頻器和電機的運行狀態(tài)都可以通過串行口來訪問。
細紗機的運行模式分為高速和低速兩檔。在系統(tǒng)開繞到低速以及由低速到高速的加速過渡過程中，電機帶動紗錠在變頻器的控制下在設(shè)定的時間內(nèi)均勻加速。在由 高速到低速以及由低速到繞滿停車的減速過渡過程中，電機在變頻器的控制下在設(shè)定的時間內(nèi)均勻減速，如系統(tǒng)的運行模式所示。在啟動開繞和繞滿停車時，變頻 器實行軟啟動和停車，以避免斷紗的出現(xiàn)。低速和高速的持續(xù)時間由
奧越信-兼容西門子plc s7-200控制，而具體的運行速度是通過對變頻器的設(shè)定來確定的。
接通電源后，吸風(fēng)電動機開始工作。同時，鋼領(lǐng)板升降電動機正轉(zhuǎn)，鋼領(lǐng)板上升。當(dāng)鋼領(lǐng)板升到了始紡位置時，其復(fù)位開關(guān)動作，電動機停止。按下低速起動按鈕，主機開始低速運行，進行細紗接頭。按下高速起動按鈕，轉(zhuǎn)換為高速運轉(zhuǎn)，全機進入正常紡紗階段。
紡紗滿管后，鋼領(lǐng)板復(fù)位開關(guān)動作，滿管信號燈亮。進入工作位置，主機停止開關(guān)接通，此時，主機高速接觸器釋放，鋼領(lǐng)板升降中間繼電器吸合，主機斷電保持 慣性回轉(zhuǎn)。隨后，鋼領(lǐng)板升降電動機反轉(zhuǎn)，鋼領(lǐng)板開始下降，降到極限位置時，鋼領(lǐng)板下降限位開關(guān)動作，停止下降。撐爪電磁鐵吸合時，將撐爪打開，主軸制動電 磁鐵吸合，主軸制動剎車。經(jīng)過一段延時后，切斷控制電源，落紗完畢。
需要中途停車時，按下中途停車按鈕，主機即可停車，并自行制動。需要提前落紗時，按下中途落紗按鈕即可。當(dāng)機器發(fā)生意外時，按下緊急停車擇鈕，可使全機立即停車。
在程序中設(shè)置了各個過程、設(shè)備之間的聯(lián)鎖保護，使生產(chǎn)過程更加安全、合理。
5 結(jié)束語
系統(tǒng)中采用的
奧越信變頻器的防護等級為IP20，為了保證變頻器長期可靠地運行，在系統(tǒng)工作過程中需要注意以下幾個方面：
（1）由于紡織生產(chǎn)本身的工藝要求，要保持車間一定的溫度和濕度，在炎熱的夏季一定要注意變頻器柜體的溫度不要超限，要確保柜體的通風(fēng)。
（2）由于紡紗車間的粉塵較多，如果變頻器的柜體設(shè)計密封程度不夠，粉塵進入變頻器內(nèi)堆積，吸附在電力、電子元件上，將會導(dǎo)致絕緣降低，引起變頻器故障。因此在設(shè)計柜體時要注意防塵，并定期清理柜子的過濾器。
（3）由于供電質(zhì)量低以及同一電網(wǎng)連接多臺變頻器，故需考慮在每臺變頻器的輸入端加進線電抗器，以保護變頻器長久地正常運行。
