基于触摸屏PLC变频器的巴马格加弹机改造

庞海峰，邓玉虎

（江苏文凤化纤集团有限公司, 江苏南通 226000）

基于触摸屏PLC变频器的巴马格加弹机改造

庞海峰，邓玉虎

（江苏文凤化纤集团有限公司, 江苏南通 226000）

本文在简要介绍FK6加弹机将锦纶POY原丝加工成具有低弹性能的弹力丝的加工设备原理的基础上，从巴马格FK6-900加弹机存在的问题入手，系统研讨触摸屏、PLC、变频器在加弹机改造中的应用。克服了原系统的缺点，完善了系统功能，降低了产品单耗，提高了经济效益。

触摸；plc 变频器；加弹机改造；节能减排

Abstract This article describes the research, based on the existing problems in BARMAG FK6-900, on applications of touch-screen,PLC and frequency converter for ameliorating draw texturing machine after briefly introducing the basis for how we apply FK6 draw texturing machine to manufacture Nylon POY filament to stretch textured yarn with low elasticity property.We conquered and resolved the shortcomings and defects, perfected systematic functions,and reduced product consumptions and greatly increased economic benefit.

Key words touch screen, remake , energy-saving and emission-reduction

江苏文凤化纤集团有限公司于2005年从广东购进6台二手FK6-900巴马格加弹机，该机在原单位已使用12年，因企业倒闭而出售。该机电气控制单元复杂，因技术资料不全，我们付出了很多辛勤的努力才将6台加弹机全部安装调试投入运行。投运后，经过了解才知道，该机型只生产了二十多台，配件难以购买。特别是电气核心控制单元第九单元原配件是巴马格公司外包给德国一家电脑公司开发设计和制造的，只生产了一批后就停产了，因此，配件无法购买。江苏文凤化纤集团有限公司购回后，对该机的用途进行了改进，将涤纶DTY机改造成锦纶DTY机。由于DTY生产场所必须高温高湿的特殊性，加之该机控制单元多达20多处，因此，电气设备的故障率居高不下，产品的产量、质量均达不到设计要求。单位产品能耗指标居高不下。该机主要电机全部为直流电机，控制电路复杂。9#加弹机因第九单位（见图1）核心部件故障，经多方设法维修也未能修复且备品备件无法购买而逼迫停车，加之机台能耗高，因此，公司决定对该机台进行改造。

1 技术分析

巴马格FK6-900加弹机全称加捻弹力丝机，是一种将锦纶POY原丝加工成具有低弹性能或高弹性能弹力丝（DTY）的加工设备。

1.1 加弹机简介

图1 加弹机原控制单元图

1.2 巴马格加弹机的工作原理

FK6-900加弹机结构示意图如图2所示，它是一种完成锦纶POY纤维牵伸卷曲成型的多单位传动的化纤联合机械，各单元之间的运行速度保持一定的比率关系，从而完成化学纤维的卷曲成型。其结构为对称的A侧（左侧）和B侧（右侧），每一侧分别安装热箱，两侧传动由一罗拉、二罗拉、黑辊和槽筒组成，龙带、动程修正为两侧共用（见图3）。

1.3 需要解决的问题

（1）为降低机台能耗，需将直流电机更换为交流变频电机， 直流调速系统改造为变频器调速系统。

（2）为简化控制电路需将继电器控制电路改造为PLC控制电路。

（3）为提高成型控制精度需对动程修正控制单元改造。

（4）为提高控温精度需对温控单元进行改造。

（5）采用触摸屏输入工艺参数，并显示记录设备，运行工艺数据及故障报警记录。

图2 FK6-900加弹机结构示意图

图3 加弹机改造前传动系统功率配置图

2 加弹机改造技术研究

经过调研论证，要达到上述改造要求只有采用触摸屏、plc、变频器、单片机温控单元对原加弹机拖动控制系统进行彻底改造才能达到预期的效果。

2.1 编制改造方案

2.1.1 主要设备选型

变频器：经调研比较，选用艾默生变频器，其中动程修正选用EV1000型、其他选用EV2000型。

电动机：无锡亨达公司变频调速电机。改造后电机及变频器功率配置见图4。

图4 加弹机改造后传动系统功率配置图

触摸屏：选用威纶通科技有限公司10.4"FTF真彩触摸屏。

PLC：三菱FX3U-32MR型、扩展选用FX2N-2DA。

温控：选用太仓创意纺电公司单片机温控单元，要求控温精度±0.5℃，且要求具有单面温度设定，单点温度修正±50℃功能。

加弹机改造系统见图5。

图5 加弹机改造系统图

2.1.2 控制要求

为满足锦纶细旦DTY丝生产要求及成形控制效果，从以下几个方面提出改造要求：

（1）主传动、龙带，速度控制精度≥0.3%。

（2）横动装置围绕中心频率以不同的周期和幅值变化次数由4步修改为8步，第一步根据主机工艺速度确定变化幅值、周期，后续各步以前一步值按序递减为85%。

（3）动程修正，与横动跳频运动连动，即横动装置在中心频率±2.5Hz每完成一次往复，动程修正完成3次往返运动，为一长、二短变化。每次开车时，系统自动检测动程位置是否在原点。如不在原点则PLC输出动程变频器反转指令，驱动电机反转至动程原点自动停止。

改造后，节能20%～30%。

2.1.3 改造方案

根据速度控制精度≥0.3%的要求，主传动、龙带（锭子）选用闭环调速方案。每台电机装设一只具有灵敏度高，线性度好，稳定性高、体积小、和耐高温、分辨能力强、高精度和检测时间短的霍尔传感器作为测速传感器。其测速高速脉冲反馈到PLC，由PLC通过485接口输出调制信号到变频控制单元，从而实现精细控制的目的。

横动装置围绕中心频率以不同的周期和幅值变化次数由4步修改为8步。艾默生变频器自身带有摆频功能，但其只能围绕中心频率以一种幅值周期循环运动，不能实现多部跳调频运动。同时考虑到动程修正与此连动的要求，故选用三菱PLC模拟量输出模块FX2N-2DA，该模块提供12位高精度分辨率，提供二通道电压输出（0-10VDC）或电流输出（4-20mdc），对每一通道可以规定电压或电流输出。

利用预先编制好的8步三角波（逐步衰减85%）程序，通过此模拟量输出模块输出幅值周期以一定规律变化的直流电压控制槽筒变频输出频率的周期幅值变化。横动变频的中心频率根据二罗拉线速度确定。主机线速度x（二罗拉）与槽筒变频的中心频率有如下关系：

动程修正变化与横动变频器变化周期同步连动，这是整个改造方案中最繁琐的部分。

为了提高成型控制精度，通过对原控制系统的控制原理分析及现场测试，结合目前国际上最先进的动程控制理论，通过计算机模拟我们选择了“八大步，二十四小步”的循环变化动程控制设计方案，具体做法分析见图6。

图6 八大步，二十四小步动程控制示意图

（1）从第一大步开始，长行程往返时间4.96s，短行程往返时间1.74s， PLC对应输出一定的频率脉冲信号给动程修正变频器，电动机在一个往返周期内前半程为正转，后半程为反转。转折时间0.1s。第二大步长短行程各是上一大步的85%。其余各步以此类推。八大步二十四小步工作流程结束后，再从头开始，循环往复直至停车或报警信号停止。

（2）PLC动程修正信号输出的前提条件：无故障报警信号输入；动程回归原点；三角波信号正常。

动程修正各步行程时间与PLC脉冲频率对照见表1。

2.2 改造方案的实施

2.2.1 主辅电路改造

拆除原有控制装置、直流电机，安装变频器、PLC、触摸屏、变频电动机（系统图参见图6）。按设计图纸正确连接主电路（见图7）、触摸屏PLC I/O原理图（见图8）线路。

表1 动程修正行程时间与PLC脉冲变频对照表

图7 加弹机改造主电路原理图

图8 触摸屏及PLC I/O原理接线图

2.2.2 编制PLC程序

详见附件3，梯形图纸张太多，故只能提供编程指令语句表。

2.2.3 触摸屏画面编程

威伦通触摸屏人机界面软件设计WEINVIEW EasyBuilder 500 V2.7.0是威伦通科技有限公司出品针对MT500系列触摸屏人机界面应用程序组态软件，具有使用简单、组态方便的优点。Easybuilder500具有强大网络通信功能，组态时设置PLC类型和通信参数，并监控画面控件属性中设置正确PLC位址或字址，触摸屏工作时就能不同PLC通信协议建立起与PLC内部址连接和通信。

设置PLC节点。设计好节点后就可以通过触摸屏来显示加弹工艺设置、温度、系统速度等参数，见图 9、10、11。

图9 传动系统主画面

图10 工艺速度设定主画面

图11 温度参数设定主画面

2.2.4 变频器参数设置

根据电机参数、工艺要求，设置变频参数，具体见表2。

表2 设置变频参数

2.2.5 联机调试

检查触摸屏、PLC、变频器、温控单元接线无误后开始调试。

变频器设置为面板操作，启动变频器检查电机旋转方向是否符合工艺要求。

霍尔传感器安装时须注意磁铁的极性。检测方法：按说明书正确接通DC24 V电源，移动磁铁一极靠近传感器，如传感器输出指示灯亮，则极性正确，否则反之。传感器头与磁铁体保持0.5 cm～0.8 cm。

检查动程修正接近开关（NPN常开型）与链条感应铁片之间距离应在0.3～0.5 cm。检查左右限位开关位置是否正确。限位开关的作用是万一接近开关发生故障时，通过它切断PLC输出，保护动程修正系统驱动轴。

确定动程修正变频器输出与PLC控制信号要求是否一致，方向及行程是否符合设计要求。

先开低速运行，检查各项数据是否正常，如有异常，即刻停车处理。低速运转正常后方可高速运行。

检查加热线与温度传感器接线是否正确，如无误则开启加热控制单元，从触摸屏上观察升温情况。如有异常，先切断电源后检查维修。

温度达到工艺要求后再恒温2 h。

挂丝试生产观察丝饼成形及检测DTY物理指标是否满足工艺要求，如不满足，及时调整，直至满足工艺要求为止。至此，改造工程竣工。

3 结 论

巴马格FK6-900加弹机使用触摸屏、PLC、变频器改造后，通讯方式简化了巴马格加弹机的控制系统，强大的变频器功能提高了生产产品的质量和生产效率。DTY丝饼成型良好，原丝质量比改造前明显好转，机台加速纺情况得到提高，工艺调整方便，机台故障率明显降低，产品质量得到客户的好评，并且变频器的各项保护功能为设备的安全可靠运行提供了保证。电机系统装机容量较改造前降低23.91%，单位产品耗电量降低20.5%，达到了节能减排的效果。

[1]三菱变频器用户手册.三菱自动化公司出版，2012.

[2]王国海.可编程控制器及其应用（第二版）.中国劳动社会保障出版社，2007.

[3]岳庆来.可编程控制器（PLC）触摸屏和变频器的综合应用技术.机械工业出版社,2006.

[4]艾默生EV2000、EV1000变频器用户手册.艾默生网络能源公司出版，2010.

[5]威伦通触摸屏用户手册.台湾威伦公司出版，2011.

Modification of Ba Ma texturing machine based on touch screen PLC frequency converter

PANG Hai-feng DENG Yu-hu
(Jiangsu Wenfeng Group，Jiangsu Nantong 226000,China)

TU831.3

A

投稿日期：2017-08-02

庞海峰(1983-),男,助理工程师,本科,江苏海安人,主要研究方向:化纤产品质量控制,企业能源管理与技术改造，曾在省级专业性期刊上发表过论文3篇。