摘 要：本文介紹了歐姆龍3G3JV變頻器的特點和細紗機的具體工藝要求，具體討論了細紗機的電氣控制系統(tǒng)的組成和實際的工作工程，詳細說明了PLC和變頻器在細紗機中應用的工作原理、控制方式和運行效果，闡述了變頻器在實際應用設(shè)計中應注意的問題。

關(guān)鍵詞：變頻器;PLC;細紗機;自動控制

Abstract: The features of OMRON 3G3JV inverter and the technical requirements of the spinning machine are introduced in this paper. The structure of the electrical control system of the spinning machine and the practical operating process are discussed concretely. The working principle, the control mode and the running effects of PLC and the inverter in the application of the spinning machine are illuminated in detail. The issues of the inverter in the practical application are expounded.

Key words: Inverter; PLC; Spinning Machine; Automatic control

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。本文主要介紹了歐姆龍3G3JV系列小型變頻器和PLC在細紗機上的應用。

2 3G3JV變頻器的特點

3G3JV變頻器歐姆龍公司推出的小型變頻器，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導軌的使用，可以實現(xiàn)一按就能安裝/脫卸。

（6）對應多種輸入/輸出，對應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PLC、光電開關(guān)、接近開關(guān)產(chǎn)生干擾。只要變頻器控制的電機開動，PLC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3G3JV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。3G3JV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。3G3JV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。變頻器由于冷卻風扇壽命較短，冷卻風扇在變頻器上電的時候開始工作，到了風扇的使用壽命，風扇損壞停止工作，造成整流器件、逆變功率器件超過正常工作溫度燒毀，修復成本很高，基本無修復價值。這樣就由于一個風扇影響了變頻器的壽命。3G3JV變頻器的控制風扇可以在變頻器驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)時才轉(zhuǎn)動，這樣可以延長冷卻風扇的壽命，也就延長了變頻器的壽命。

3G3JV系列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、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，紡紗速度也應對應于各種條件進行調(diào)整。

根據(jù)紡紗過程的工藝要求，采用松下的FP0型PLC和3G3JV小型變頻器可以滿足上述要求，3G3JV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)響應可以實現(xiàn)靈活地配置控制系統(tǒng)。

在系統(tǒng)中采用FP0型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?？刂葡到y(tǒng)采用PLC。所有的變頻器都由PLC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?？刂葡到y(tǒng)的框圖如圖1所示。運行模式如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

圖2系統(tǒng)運行模式

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)中采用歐姆龍3G3JV變頻器來控制紗錠電機的運行，3G3JV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。3G3JV變頻器具有快速的捕捉再啟動功能，當電網(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。3G3JV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)的運行模式圖所示。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PLC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。當鋼領(lǐng)板升到了始紡位置時，其復位開關(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3G3JV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。

（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。