關(guān)鍵詞 MODBUS 現(xiàn)場總線 HMI ABB卷曲應用宏
一、染漿聯(lián)合機工藝流程簡介
鄭州紡織機械廠技術(shù)中心與深圳市庫馬克新技術(shù)股份有限公司聯(lián)合開發(fā)的《ZLGA901型染漿聯(lián)合機》是集染色與過漿工藝于一體的紡織機械，是紡織行業(yè)的重要大型配套設備，填補了國產(chǎn)大型染漿聯(lián)合機的生產(chǎn)空白。
漿紗機工藝示意圖如上圖所示。系統(tǒng)主要由拖引、卷繞、染色三部分組成，其中卷繞和拖引為系統(tǒng)機頭部分，拖引為主傳動單元，卷繞為從傳動單元，兩個傳動單元需要保持線速度一致的同步運行。在這兩個傳動單元之間有一張力輥，以檢測兩單元之間紗線的張力。染色部分由15個染色輥組成，所有染色輥均同步運行（起動、停止、升速、降速）。
工藝參數(shù)：
1、爬行速度：2米/分鐘
2、拖引、卷繞最高速度：45米/分鐘
3、染色最高速度：35米/分鐘
4、壓漿輥壓力線性可調(diào)
二、控制系統(tǒng)配置
1、卷繞采用變頻專用電機驅(qū)動
功率：22KW 極數(shù)：6 轉(zhuǎn)速：980 rpm
最小卷徑：φ100mm 最大卷徑：1000mm
2、拖引采用變頻專用電機驅(qū)動
功率：11KW 極數(shù)：4 轉(zhuǎn)速：1460 rpm
拖引輥輥徑：φ219mm
3、染色部分15只軋輥采用邊軸傳動，用一臺三相交流異步電機驅(qū)動
功率：30KW 極數(shù)：4 轉(zhuǎn)速：1460 rpm
染色輥輥徑：φ264mm
4、馬達驅(qū)動器件
選用具有獨特的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）功能的ABB ACS600系列高性能變頻器，它具有優(yōu)良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制特性。其中用于卷繞的ACS600變頻器加裝用于中
心卷曲機/開卷機的卷曲傳動應用宏軟件；卷繞與拖引變頻器均配置編碼器，以形成速度閉環(huán)，取得最優(yōu)良的控制精度和最快速的動態(tài)響應。
5、控制器
選用德國西門子S7-200 系列PLC產(chǎn)品作為系統(tǒng)控制器件，以完成系統(tǒng)邏輯、通訊控制。S7-200在自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能，使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制，應用領(lǐng)域極為廣泛，其優(yōu)良的性能已得到世人的公認。
6、人機界面（HMI）
隨著計算機技術(shù)、LCD顯示技術(shù)和觸控技術(shù)的發(fā)展，人機界面（HMI）在自動化領(lǐng)域的應用亦更廣泛。本系統(tǒng)人機界面（HMI）采用100 MHz RISC CPU，6″ STN彩色顯示，畫面切換流暢、圖像清晰明亮，性能穩(wěn)定可靠，具有良好的性價比。
三、控制原理
1、控制原理
漿紗機控制原理如上圖所示，系統(tǒng)主要由 PLC、瑞典ABB ACS601變頻器、人機界面構(gòu)成，PLC與ABB ACS601變頻器之間用MODBUS現(xiàn)場總線相連，構(gòu)成現(xiàn)場總線通訊控制網(wǎng)絡。ABB 變頻器均內(nèi)含標準MODBUS現(xiàn)場總線通訊接口，故該網(wǎng)絡的組建無需特殊網(wǎng)絡單元，簡單、經(jīng)濟、快速，支持8M bit/s的通訊速率。
變頻器的頻率給定、起/停控制、參數(shù)修改、狀態(tài)查詢、故障查詢等均可通過MODBUS現(xiàn)場總線實現(xiàn)；除此之外，卷繞變頻器速度控制、張力給定、初始卷徑設定、卷徑復位等操作亦可通過MODBUS現(xiàn)場總線實現(xiàn)。故本系統(tǒng)簡化了控制線路，節(jié)約了安裝布線時間，方便了現(xiàn)場調(diào)試，更增加了系統(tǒng)靈活性。
2、Modbus 通訊協(xié)議
Modbus 協(xié)議是一種串行的主從通訊協(xié)議，該協(xié)議定義了主機查詢的格式，包括：從機的編址方法（或廣播），要求動作的功能代碼，傳輸數(shù)據(jù)和錯誤校驗等。從機的響應也是采用Modbus協(xié)議結(jié)構(gòu)，包括：動作確認，返回數(shù)據(jù)和錯誤校驗等。
主機-從機 與 查詢-響應
3、Modbus RTU信息幀結(jié)構(gòu)
標準Modbus 網(wǎng)絡可配置為ASCII或RTU（遠程終端單元）中的任意一種通訊模式。本系統(tǒng)采用RTU模式，RTU信息幀
結(jié)構(gòu)標準結(jié)構(gòu)如下：
開始 地址域 功能域 數(shù)據(jù)域 CRC校驗 結(jié)束
T1-T2-T3-T4 8位 8位 N＊8位 16位 T1-T2-T3-T4
RTU通訊模式的信息中包括一個循環(huán)冗余校驗（CRC）生成的錯誤校驗域，CRC域包括一個16位的二進制數(shù)據(jù)，占兩個字節(jié)，CRC值由發(fā)送設備首先計算，附在傳送信息中。接收設備在接收時將重新計算CRC，并且把計算值與接收的CRC實際值做比較。如果兩個值不相等，就說明有錯誤發(fā)生。
四、ABB 卷曲應用宏
1、ABB卷曲應用宏
ABB ACS600變頻器卷曲應用軟件專用于帶材控制中最復雜應用的中心卷曲/開卷機應用。中心卷曲/開卷機的旋轉(zhuǎn)力是加在卷曲或開卷機的卷筒軸上，當卷筒直徑變化時，為了使材料的表面張力保持不變，必須保證轉(zhuǎn)速的變化與卷徑成反比且轉(zhuǎn)矩的變化與卷徑成正比。
中心卷曲/開卷軟件是一種非常經(jīng)濟實用的實現(xiàn)精確帶材張力控制方法，應用宏有卷曲張力宏，卷曲調(diào)節(jié)輥宏，開卷張力宏，開卷調(diào)節(jié)輥宏，在各應用宏中包含卷徑計算、轉(zhuǎn)動慣量補償、硬度控制等功能。
2、控制原理
本系統(tǒng)采用卷曲張力宏，速度閉環(huán)調(diào)節(jié)，控制原理圖如下所示。
系統(tǒng)實時檢測馬達實際轉(zhuǎn)速，計算當前卷徑，并積分保持。根據(jù)內(nèi)部計算出的卷徑值對主速給定值進行調(diào)節(jié)，隨著運行時間的增加，卷繞旋轉(zhuǎn)速度降低。張力調(diào)節(jié)部分：系統(tǒng)將檢測到的張力值送往控制系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)張力反饋值與張力設定值的差值，自動調(diào)節(jié)織軸的轉(zhuǎn)速，以保持紗線實際張力值保持不變。
3、速度給定
在宏應用軟件中轉(zhuǎn)速給定的計算來自于帶材速度。
其中：Dcore = 卷芯直徑
Dact = 實際卷徑
Lact = 線速度
Z = 減速比
π = 3.1416
4、卷徑計算器
卷徑是由實際帶材速度和電機轉(zhuǎn)速計算得出的，帶有參數(shù)的積分器限制卷徑的突變。
其中：Lact = 實際材料速度
Nact = 實際電機轉(zhuǎn)速
π = 3.1416
Z = 減速比
五、結(jié)論
本文詳細闡述了由ABB變頻器、人機界面（HMI）、及S7-200 PLC組成的染漿聯(lián)合機自動控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線、卷曲應用宏、觸控技術(shù)等先進的控制技術(shù)，具有精確的控制性能，良好的動態(tài)特性，能夠?qū)崿F(xiàn)工廠網(wǎng)絡化、信息化。該系統(tǒng)現(xiàn)已成功通過調(diào)試交付使用，運行情況良好。本系統(tǒng)不僅適合染漿聯(lián)合機，亦可用于其它印染、紡織機械，具有極好的市場推廣應用前景。
參考文獻
[1] 滿永奎 通用變頻器及其應用，機械工業(yè)出版社，1995
[2] 王順晃 智能控制系統(tǒng)及其應用，機械工業(yè)出版社，1999
[3] 張 浩 工業(yè)計算機網(wǎng)絡與多媒體技術(shù)，機械工業(yè)出版社，1998
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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