1  引言
在染織行業(yè)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(jī)內(nèi)進(jìn)行多次往復(fù)卷染，去掉布坯上的染漿或雜絲，從而對布坯進(jìn)行均勻染色等。雙變頻卷染機(jī)因其價格較低，占地省，可靈活地調(diào)整染料配方，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(chǎn)，發(fā)展前景看好，且應(yīng)用越來越廣泛。

2  系統(tǒng)構(gòu)成
該卷染機(jī)以西門子S7-200PLC作為控制器，觸摸屏作為人機(jī)界面進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，它主要完成的是張力，線速度的設(shè)定，布道計數(shù)，相應(yīng)匹配頻率，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的給定，以及相關(guān)邏輯動作的控制。采用兩臺丹佛斯FC302變頻器作驅(qū)動，控制兩臺三相異步電機(jī)，電機(jī)尾軸加裝編碼器用于速度和力矩控制的反饋。變頻器和控制器之間采用RS-485通訊，丹佛斯變頻器集成了RS-485接口，接線簡單，使得整個系統(tǒng)看起來很精簡,如附圖所示。

附圖      卷染機(jī)雙變頻控制系統(tǒng)組成示意圖
3  控制原理和方法
3.1 控制要求
卷染機(jī)控制方面要求具備自動計數(shù)(上布道數(shù))、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恒定，因此對系統(tǒng)的自控控制水平要求較高。卷染機(jī)工作時，是一個典型的中心卷曲控制系統(tǒng)。未染色的布匹首先上布卷曲到其中的一個滾筒上，上卷完畢，采用人工的方式把布匹的一頭卷到另外一個滾筒上面，包覆緊貼，即可正常開始工作。此時兩個滾筒朝著同一個方向運轉(zhuǎn)，控制的要求是保持布匹上的張力恒定，且布匹經(jīng)過染液的時間一致，也就是線速度恒定。這是一個沒有線速度反饋，同樣，也沒有張力反饋的驅(qū)動控制系統(tǒng)，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(tǒng)實時計算滾筒的直徑適當(dāng)調(diào)整放卷變頻器的輸出頻率來達(dá)到要求。　　　　
3.2 控制方式
上布時刻，PLC記錄下該布卷在輥筒上面的總?cè)?shù)，然后操作工在進(jìn)布完成后在觸摸屏上點擊初試按紐，系統(tǒng)自動進(jìn)行初始卷徑計算，之后系統(tǒng)可實時計算出當(dāng)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(jù)系統(tǒng)設(shè)定的線速度、設(shè)定張力計算出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩(放卷電機(jī))和匹配頻率(收卷電機(jī))，通過串行RS-485通訊，傳輸給變頻器作為控制收、放卷電機(jī)的基本參數(shù)。
(1) 恒轉(zhuǎn)矩控制
放卷變頻器工作在力矩模式下，在轉(zhuǎn)矩控制模式下，要保證放卷輥恒張力運行，變頻器轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩=F×R0(F運行張力);
 R為當(dāng)前放卷輥半徑;

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 R0為光輥半徑。
(2) 恒轉(zhuǎn)速控制
收卷變頻器工作在閉環(huán)速度模式下，在速度控制模式下，要保證收卷輥恒線速運行，變頻器轉(zhuǎn)速給定必須滿足下列計算公式:
其中:L為設(shè)定線速度;
      N0為傳動比;
     D為當(dāng)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(xiàn)伸長，所以必須對兩輥都進(jìn)行計圈，當(dāng)放卷輥計圈到零時進(jìn)行換向。否則車頭會出現(xiàn)積布。

4  系統(tǒng)的特點
(1) 采用先進(jìn)的PLC和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程計算機(jī)進(jìn)行全面控制及染色管理;
(2) 計算機(jī)控制的恒速恒張力控制系統(tǒng)，張力大小可選，從5kg～70kg，這是目前同類產(chǎn)品中張力極小的卷染機(jī);
(3) 變頻電機(jī)-減速機(jī)傳動:傳動平穩(wěn)，維護(hù)工作量小于液壓和直流傳動的方式的卷染機(jī)。現(xiàn)場環(huán)境潔凈，無漏油;
(4) 系統(tǒng)控制靈活方便，可根據(jù)要求實現(xiàn)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(jī)還有停車時布卷自動擺布功能，避免染液在布卷下部淤積，以確保加工質(zhì)量;
(7) 自動化程度較高，可自動計圈、計道，自動倒卷，自動升溫，工人勞動強(qiáng)度小，一人可看多臺機(jī)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(yīng)性強(qiáng):由于采用PLC優(yōu)化程序控制，實踐證明我公司的雙變頻卷機(jī)品種適應(yīng)能力強(qiáng)，布的厚薄都不影響運行。從而打破了傳統(tǒng)觀念中卷染機(jī)怕薄織物的看法。

5  FC302的特點
FC302代表了一種通用型變頻器的設(shè)計方案，這種變頻器可以控制任何機(jī)器或生產(chǎn)線上的全部操作，從標(biāo)準(zhǔn)式的到伺服式的?？煽康腇C302不僅可以智能化地顯示出用戶的操作和它本身的性能，還可以在發(fā)出警報之前自動采取行動以確保最大的正常運轉(zhuǎn)無故障時間。FC302建立于模塊化的開放式技術(shù)平臺，這使它具有優(yōu)異的適應(yīng)性和可編程性能。它的可配置的、用戶友好的界面具有中文格式。FC302具有智能化的即插即用技術(shù)和無與倫比的可靠性，這使操作變頻器象孩子的游戲一樣簡單。主要優(yōu)點有:
(1) 變頻器FC302完全代表了一種模塊化的設(shè)計方案，這種設(shè)計方案為變頻器的購買者和操作人員都帶來了收益。用戶可以在任何需要的時候插入可選項或更新設(shè)備，這時變頻器的功能就可以進(jìn)行重新設(shè)置。因為具備了這個特性，相同的變頻器就可以滿足一條生產(chǎn)線上不同機(jī)器的各種功能需要。雖然可選的硬件版本成千上萬，但需要的備用配件卻是有限的。著名的VLT沒Ы緱娑雜詬髦職姹盡⒏髦止β屎透髦中閱薌侗鸕謀淦燈骼此刀際竅嗤?，震}溝冒滄?、掉|?、维修、升级和客户化的过嘲c淶孟嗟奔虻ァＤ？榛納杓品槳贛欣詬髦止δ艿鈉叫蟹⒄?，記]Э梢栽諳亂淮吠瞥鮒熬吞崆笆褂玫叫驢⒌墓δ堋Ｓ沒Э梢醞耆湊盞鼻暗男棖罄磁渲媚闋約旱謀淦燈?
(2) 智能的溫控措施:兩種不同的冷卻措施(強(qiáng)制對流冷卻和冷卻臺冷卻)可以提供不同的冷卻效果;
(3) 智能邏輯控制器:標(biāo)準(zhǔn)變頻器內(nèi)置的智能邏輯控制器可以提供大量PLC的基本功能;
(4) 按照EN954-1標(biāo)準(zhǔn)，變頻器FC302的安全停止功能符合第三類裝置的規(guī)格。按照EN60204-1標(biāo)準(zhǔn)，變頻器可以提供0類安全停止功能。這個特性可以防止變頻器意外啟動;
(5) 可選項和配件:總線通訊、外接電源等可選項具有即插即用的特性，Profibus DP，DeviceNet，外接24V直流電源，LCP 102，本地控制面板(LCP 102)可以在操作過程中進(jìn)行熱插拔。用戶可以利用控制面板或裝有設(shè)置軟件的PC機(jī)輕松地在不同變頻器間傳送設(shè)置參數(shù);
(6) 丹佛斯傳動著名的可移動本地控制面板具有一個改良的用戶界面。用戶可以在六個內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)語言(包括中文)中進(jìn)行選擇，也可以將語言設(shè)置為自己的語言。此外用戶還可以更改其中的兩門語言;
(7) 自動電機(jī)適配功能，快速設(shè)置菜單和大圖表顯示功能使調(diào)試和操作過程易如反掌;
(8) LC濾波器:VLT 5000系列變頻器現(xiàn)有的濾波器仍然可以使用，因為它們是按照相同電流進(jìn)行標(biāo)定的;
(9) 煞車電阻:VLT 5000系列變頻器現(xiàn)有的煞車電阻仍然可以使用，因為它們是按照相同電流進(jìn)行標(biāo)定的;
(10) HE濾波器:這種諧波濾波器可以降低電源的諧波失真。

6  結(jié)束語
目前市場上卷染機(jī)傳動分為直流電動機(jī)、液壓和交流變頻電動機(jī)兩三種傳動方式。直流電動機(jī)的開啟式、動接觸饋電結(jié)構(gòu)，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(huán)境，此外調(diào)壓裝置精度、可靠性較差。只能達(dá)到近似的恒張力控制效果。也有采用單變頻器的卷染機(jī),放卷采用異步電機(jī)直流制動的方式，收放卷用接觸器在變頻器和直流制動之間進(jìn)行切換，以上這些方案，分析其原理，都是在較大誤差情況下的一種近似結(jié)果，因此控制效果不盡如人意。而液壓傳動方式的有兩個問題:一是國產(chǎn)液壓件密封性能、可靠性差，進(jìn)口的雖然質(zhì)量可靠,但價格高、備件困難。同時液壓傳動方式是分段調(diào)節(jié)方式，對克重小的織物張力的波動難以接受。交流電動具有密封性能好、過載能力強(qiáng)易維護(hù)的特點，利用丹佛斯FC302的優(yōu)異轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的控制特性，使的雙變頻傳動在卷染機(jī)得到完美的表現(xiàn)。