施耐德全套方案在纺织印染行业的应用———主链分传动热风拉幅定

摘要：织物在印染加工过程中始终处于拉伸状态，使织物经向拉长，纬向收缩。对弹性较大的织物尤其如此，如针织布，所以在后处理过程中需要对织物进行拉幅和定形。在热定型的同时，一方面对织物进行纬向拉幅，另一方面进行所谓的超喂控制。本文主要介绍施耐德电气在此机上的整体控制方案。
关键词：拉幅，定型，超喂，同步，温度，主链

概述
拉幅定型机是连续加工的染整后处理设备，它的主要工艺流程如下：
轧车?上超喂?下超喂?主链?毛刷?出布?落布/打卷
传统的拉幅定型机中，主链通常采用一个电机驱动，两条主链之间的同步则采用机械长轴传动方式实现。从电气控制来说，相对比较简单，但经过长时间的运行之后，避免不了因机械磨损而造成主链之间产生纬斜，且无法修正的弊端。因此在新型的拉幅定型机中，两条主链各使用了一个电机驱动，即分传动方式，以电气传动方式取代机械方式，提高了设备运行过程中对纬斜的可控性。

图1  拉幅定型机
整个传动系统中，除了整机的7个单元同步外，还涉及了两条主链的同步、循环风机和排风机变频传动、调幅传动等。

控制系统
1.系统硬件及控制结构
a)系统硬件要求
逻辑I/O：64点输入，32点输出
模拟I/O：10通道，4～20mA，12位 (温度及湿度控制)
高速计数：10通道，10KHz (调幅控制)
系统总线：CANopen高速总线，1Mbps (变频器集成)
驱动器：变频调速器
操作显示：人机界面，机头机尾各一台


b)控制系统结构

图2  拉幅定型机控制系统结构
PLC采用施耐德电气新产品Modicon M340，集成了Modbus和CANopen总线接口；主传动采用ATV71高性能变频器，可闭环控制，风机采用ATV31通用型变频器，均集成了CANopen总线接口；人机界面采用XBTGT系列，其中机头操作屏集成了AV输入，可以用来连接机尾的摄像头监控，取消传统的监视器方式。

2.系统程序

图3   程序框架
3.控制说明
整个系统采用CANopen通讯数字量控制，主要控制如下：
1．主链一主一从，采用编码器信号反馈，PLC每20ms对从主链编码器进行采样，与主主链编码器信号进行比较，根据反馈脉冲差值调整从主链速度，之后清零主从脉冲值，避免累计误差产生，以保证主从主链的速度同步。在HMI上设有从机速度点动修正。如图4所示。

图4   主链同步原理
2．除进布和出布侧外，每室烘房也设有门幅控制，全机共有10段调幅，为了使门幅误差在工艺要求之内，采用编码器双向计数控制。
3．烘房温度直接由8路PT100模拟量输入PLC(控制精度12位)，并由PLC编程进行PID调节，在HMI上显示各段烘房温度并可调整。PID控制基于Unity Pro软件的DFB开发的温度专用PID功能块，如图5所示。

图5   温度PID功能块
4．各传动单元之间无张力传感器，因此在HMI上都设有速度微调。
5．上下超喂变频外接制动电阻，避免在负超喂过程中的能耗制动引发变频器频繁故障。
6．各单元工艺速度关系：
V上超=V主×(1+K1%)
V下超= V上超×(1+K2%)
V轧车= V下超×(1+K3%)
V毛刷= V上超×(1+K4%)
V出布= V主×(1+K5%)
V落/打= V出布×(1+K6%)

结束语
由施耐德电气全系列的自动化产品构建的控制系统简化了系统开发时间，并且根据客户应用需求开发的新产品集成了各类总线接口，降低了设备的硬件成本。在主链分传动控制部分突破了传统的采用扩展同步控制卡的方式，在降低成本的同时也满足了工艺加工的要求，这主要归功于Modicon M340 PLC的高速处理，ATV71变频器优异的闭环性能和CANopen高速总线技术。