台达变频器在纺织加弹机上的实际应用

摘 要： 在简要介绍假捻弹力丝机（加弹机）加工原丝成具有低弹和中弹性能的弹力丝的加工设备原理的基础上，系统研讨台达变频器加弹机运动控制应用技术。
1 引言
加弹机的全称叫假捻弹力丝机，是一种将POY丝等原丝加工成具有低弹和中弹性能的弹力丝的加工设备。在纺织机械的多功能弹力丝机上，拉伸变形是重要的加工环节之一。对丝条材料进行加热和恒温控制会直接影响丝条拉伸变形的质量。丝条温度的恒定性和丝条之间的一致性，对丝条变形的强度，紧缩伸长率，卷曲和染色不匀等质量指标都有极大的影响。
2 加弹机简介
加弹机的结构（图1）一般设置成对称的A侧（左侧）和B侧（右侧），在每一侧分别安装有上热箱和下热箱，每一只热箱上安装有加热器和温度传感器，它们构成了加弹机的加热和测量部分。加弹机的传动系统一般采用多个变频器分别控制各个传动部件的速度，通过安装于传动部件上的测速传感器（编码器或者接近开关），实时测控各个变频器的速度，以满足拉伸和假捻的工艺要求，因此变频器的闭环恒速控制至关重要。
本文介绍的加弹机案例由9台或者11台变频器组成(2.2kw八台，1.5kw两台，7.5kw/15kw一台，分别控制左一罗拉，右一罗拉，左二罗拉，右二罗拉，左三罗拉，右三罗拉，左黑辊，右黑辊，左横动机构，右横动机构，龙带)，其中2台变频器需要具备扰动功能（一种纺织传动专用功能，也可以称为三角波功能。），主要用于控制横动机构；其余7台由于对速度的稳定性和精确性要求比较高，需要具备速度回馈功能，工程上为了节约成本，一般脉冲信号由外部接近开关来提供。

图1 加弹机结构简图
3 电气控制系统

图2 加弹机电控系统简图
加弹机电控系统（图2）由人机交互操作触摸屏设置参数和监控运行状态。温度控制器用于将热箱的温度稳定在工艺设定的温度值。测速反馈单元用于检测各传动部件的转速反馈信号，使变频器控制电机的速度恒定在客户设定的传动工艺值。
4运动控制系统
4.1衡定速度控制
为了使假捻的丝线长度及捻度能有效控制并统计，系统中的每台变频都需要死循环来稳速，也就是说每台变频都必须带有脉冲回馈功能。
4.2速度摆频控制
摆频功能适用于纺织、化纤及需要卷线、横向运动等场合。为防止纤维丝在纤维卷表面的同一点堆聚，必须改变横向的运动方式。摆频功能的应用非常普遍，其主要目的在于避免卷绕时绕纱重叠，并可减少静电。摆频功能的原理是将一个三角频率叠加到中心频率上。为补偿系统惯性，通常还需要加上一个快速阶跃频率。
5台达变频器应用设计
台达M系列---高功能低噪音迷你型变频器,具有体积小、低速力矩大、V/F及Sensorless向量控制；1.0Hz，150%以上额定转矩输出；内置PID功能；计数器功能；多段速及自动程序运转；简易定位；累计电机运行时间；自动侦测(Autotunning)电机参数；摆频功能；散热风扇运行模式设定；主，辅频率控制；睡眠功能；节能运转；RS485通讯接口，支持Modbus协议等特点。由于性能完善和使用方便广泛应用于产业机械、工业自动化控制以及小型恒压供水系统等广泛的应用领域。
5.1速度闭环设计
加弹机变频器速度闭环接口接入外部最高频率到30kHz脉冲信号。参数设计如表1所示。
表1 台达M系列变频器速度闭环参数
P 158速度回授功能
P 159PG速度回授脉冲范围设定
P 160速度控制比例值增益(P)
P 161速度控制积分时间(I)
P 162PG滑差补偿限制
P 163速度回授值输入滤波器
P 164PG速度回授讯号异常侦测时间
P 165PG回授讯号异常处理方式
由于M系列本身不提供驱动PG（速度反馈单元）的直流电源，需要外置电源来供给PG使用。目前来说，接入到M系列的信号为单脉冲信号，分别接到MI5和GND端子上。
5.2摆频控制设计
摆频运行过程（图3）描述：先依加速时间加速到摆频预置频率P168，并等待一段时间P169，再依加速时间至中心频率，然后依照设定的摆频振幅P170、跳跃频率P171、跳跃时间P172、摆频周期P173、摆频比率P174循环运行，直到停止命令下达后依减速时间减速停止。

图3 摆频控制设计
表2 台达M系列变频器摆频控制参数
P 166摆频功能选择
P 167摆频功能投入方式
P 168摆频预置频率
P 169摆频预置频率保持时间
P 170摆频振幅百分比
P 171跳跃频率百分比
P 172跳跃时间
P 173摆频周期时间
P 174摆频比率
P 175随机功能
P 176最大随机比率值
P 177最小随机比率值
摆频最高运转频率=中心频率＋中心频率 * P170，摆频最低运转频率=中心频率－中心频率 * P170，摆频运转频率受上、下限频率限制，超过或低于上下限限频率，则会依上下限重新计算摆频运转频率；
跳跃频率=中心频率 * P170 * P171，过大的跳跃频率可能产生过电压、过转矩等异常警告跳脱；
P175为随机功能，主要是能够随机调整摆频上升时间和下降时间的比例值，最大随机比率值 >= 摆频上升时间 / 摆频下降时间，最小随机比率值 <= 摆频上升时间 / 摆频下降时间，开启此功能后，产生的速度波形如图4所示。

图4 摆频速度波形
5.3 工程实际问题
1．PG回授信号。目前来说，PG回授信号一般采取接近开关提供的方式，所以接近开关提供信号的稳定性是关系到整个系统稳定性的非常重要的前提条件。而且接近开关提供的信号一般来说都是弱电压信号，容易受到来自外界的干扰，建议客户使用屏蔽电缆作为延长线。
2．P170-P177对于不同的纱线，需要设置的值是不一样的，取决于工艺的要求。这些参数需要根据经验值并且结合实际生产出来的成品效果来做调整。
5.4 故障处理
1．PG ERR（速度信号出错）。当反馈的脉冲信号出现不正常时出现此报警。一般采取的解决方式是首先检查连接线是否可靠，接近开关是否完好，是否有信号输出；然后再检查参数是否设置正确，P159脉冲数是否符合实际情况；加强抗干扰的措施；最后更换控制板，排除是否存在输入信号端子的问题。
2．OL（过载）。主要是察看负载电流情况，是否超过变频器额定输出电流，如果超过，请检查机械部分是否存在润滑不足等加大负载的现象；检查参数部分，自动转矩补偿是否设置过大；更换变频器，排除变频器的硬件问题。
3．OC（过流）。检查变频器U-V-W是否存在短路现象，变频器与电机的连接线是否可靠连接，延长加速时间。
4．OH（过热）。检查变频风扇是否正常工作，电柜内的风扇是否正常工作，测量电柜内的实际温度。
6 结束语
本机器调节方便，加工出来的丝线优于以前设备，纱锭成型理想，增加了适用的织机范围，应用效果和客户反映良好，并且变频器的各种保护功能为设备的安全可靠运行提供了保证。通讯的方式简化了纺织加弹机的控制系统，强大的变频器功能提高了生产产品的质量和生产效率。