变频器和可编程逻辑控制器在纺织机械设备改造中的运用

吴风友

（荆楚理工学院，湖北 荆门 448000）

变频器调速被认为是一种极为理想以及有发展前景的调速方式，对比直流调速的方式可以明显看出变频器调速的巨大性能优势。在一体化技术方面，纺织机械设备也有了很大的发展，绝大多数的纺织机械设备开始采用变频器来实施作业，这就对探究变频器和可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）在这一设备中的运用提出了现实的要求。

1 变频器的通信原理

要对变频器和PLC在纺织机械设备改造中的运用进行探讨，首先和充分掌握变频器的通信原理和应用。

1.1 通信原理

变频器的通信原理是采用异步半双工的方式，在实际运转的过程之中，将PLC作为主机，控制系统和电码的传输，变频器作为重机，在工作环节，PLC会向其他地方不断发送电码，变频器则会对阻击电码给予响应。较为先进的PLC主机可以携带较多从机，可以利用PLC系统对比较庞大的工程进行控制，在通信时，需要在统一的格式和速率下进行传输，以保证接受信息水平能够在较高的层次。

1.2 变频器的应用

在使用变频器时，需要对参数进行设置。安装好变频器之后，会有一个自动检测的环节，然后进入通信模块，此时，各项参数可以直接写出，可以根据PLC系统所提供的具体数据来进行同外界环境参数的对比，为变频器匹配出最佳的控制参数，并对其进行一系列的参数设计。在变频器的通信参数设置完成之后，PLC系统将可以控制变频器的启动和停止，同时，将变频器的参数通过搜索模块与PLC系统直接进行匹配，以了解电机的速度、电流、频率等值与PLC所读取的数据。除了必要的参数设置之外，还需要建立通信数据。读写变频器中的过程数据是PLC对变频器进行控制和访问其内部参数的基本工作原理。通常情况下，过程数据包含着一些固定的接口地址，可以按照用户所设定的模式来为变频器的访问设置相关参数，其中，PLC控制字符CW，设定改定值REF，状态字SW，实际值ACT，在不同的场合，参数的设置、数目以及优先级都有所不同[1]。

PLC控制变频器的优点是传输速度快、距离远，可以实现远程操作，以进一步提升系统的运作效率，此外，还具有编程简单、工作稳定以及能够同时连接多台变频器的优点。这类控制器有一定程度的缺陷，即造价相对较高，因为在设计时需要远距离操作监控设备，因此，在实际应用过程中，要根据具体需要合理选择。2 变频器和PLC在纺织机械设备改造中的运用方法

2.1 机械设备变频改造的必要性

中国许多纺织厂所采用的纺织机大都是在二十世纪八九十年代从国外进口的，其中，美国制造、英国制造以及日本制造的机器占有相当大的比例，已经十分陈旧，并且自动化水平非常低，难以满足生产需要。

现下生产的设备已经基本能够做到机电一体化，而且实现了对设备的集中控制，无论是生产效率，还是生产质量，都能够获得提升；缺点在于费用高昂，促使纺织厂对现有的纺织机械进行变频和自动化改造。

2.2 机械设备变频改造

以佳美地毯厂所使用的麻纺机械设备变频技术改造为例，该地毯机的生产时间为20世纪80年代，机器的电气控制结构与现在的设备相比要简单很多，自动化水平也不算高，因此，在作业时，需要较高的劳动强度。现根据现代化进口设备的工作原理和相关工艺要求来改造这台老式地毯机。

改造方案：选用丹佛斯VLT2800系列中的15 kW的变频器（配制动电阻）来同时控制两台5.5 kW主轴电机，核心逻辑的控制器选用西门子LOGO!24RC。用于辅助的检测元件：光电开关选择欧姆龙、安全拉线开关选用施迈赛、接近开关选择德国P+K，以此来对整个机械设备的开、停机以及报警、满纱和落纱工作进行控制[2]。

2.2.1 变频器的调速

利用变频器进行调速时，纺纱机需要设备能够进行一个慢启慢停的过程，同时，还要在出现断纱或是满纱时能做到精确停车。

2.2.2 开、停机工艺

在电机开始运转之前，需要以蜂鸣器进行提示，提示时间为2 s，提示音大小为60 dB，目的是提醒进行操作的工人将手从针工作区中退出。电机启动的时候很有可能发生一些问题，例如启动无力、不平滑等，因此，需要从设置电机的启动频率入手，可将其设为6 Hz，并对启动转矩进行提升，以保证电机的慢启动功能，并且使其启动过程更为圆滑，使人明显感受到由低速开始上升过程中的速度变化。可以有效解决电机在直接启动时所出现的烧坏等问题，也良好地避免了粗纱细节、断头问题。

在机械设备安全保护停车及断纱、满纱停车时，减速过程使用的仍然是S曲线。此外，关于粗纱停车的相关要求则比较特殊，需要“锭翼定位停”，也就是说，在每一次的机器减速停车之后，都能够锭翼停在一个相同的位置上，随后针从布层退出，在距离布面3 mm的位置上，以便于操作工进行下一步操作。该技术所要求的关键点在于如何利用好PLC编程和变频器的可编程输入、输出端子。具体操作方法：当减速停车的频率达到预先设定的6 Hz时，通过可编程继电器为PLC发送一个输出信号，让PLC来判断该信号，再输出一个电动信号给变频器，同时，要保持一定时间的6 Hz低速运行[3]。此时，光电开关开始工作，并且检测安装在锭翼轮所在位置的检测点，之后将数字信号输出给PLC，PLC会在轮旋转一周后计数一次，当计数的次数达到两次时，就会给变频器一个关断输出的信号，电磁离合器开始启动。

2.2.3 变频点动实现

地毯机所具有的另外一个独特之处在于其点动频繁，一般来说，只要按着点动按钮就可以让地毯机保持一定频率的规律运行，无论是从机器的操作、维修，还是试针等方面来说，低速运行都会带来很大的方便，还可以选择在任何位置停车。但是要注意，一旦变频器长期处于6 Hz以下的工作环境之中，或是存在连续、频繁的点动问题，就非常容易导致过电流保护现象的发生。所以，要在PLC中加入预先设定好的判断程序，也就是说，在一定的时间段内对连续的点动只会有一次响应。将另外一个判断程序加入到PLC的编程中，以此来判断是正常运行还是点动。如果经判断是点动，将不会出现相应提示音，并且接近开关也不会工作，尖刺离合器则会继续进行工作。PLC的可变程序指令十分丰富，使其能够良好地实现以上功能。丹佛斯品牌的变频器拥有完善的编程外控端子输入输出，为PLC连接的实现提供了极大的便利。

2.2.4 急停系统

在本次进行的地毯机改造过程中，为该设备增加了许多具有实际用途的新功能：把安全拉线开关置于机械设备的前后两端，以便更好地应对机械运行中的紧急状况，一旦出现问题，工人可以通过拉动拉线来使电机立即停止运转，从而保证生产安全。与此同时，对断线进行检测时采用的是光纤式光电传感器，工作原理是一旦出现了断线问题，线头会在光电检测区飘过，光电开关就会启动，对PLC输出信号。PLC接收到光电开关传来的信号后就会发出警告，并且停止机械运转。

锭翼旋转在一定程度上受惯性作用的影响，而且在设备的运行过程中快速停车也很常见，对此，需要将制动电阻安装在变频器上，来实现能耗制动，进而确保变频器不会出现过压保护。

3 效果分析

经过改造后实际投入运行，本设备具有与预想效果相当的工作稳定性以及操作便捷性，还取得了很大的经济效益，在采用变频调速的新方法以后，操作时就可以根据实际的生产需要来合理调节电机转速，进而提升机器的生产效率。与此同时，经改造，电机能够稳定运行，生产的产品质量也有了明显的提高。相较于之前，机器的安全保护系统也更为完善，工人们在工作中的操作更加便捷，劳动强度有了极大程度的降低。

4 结语

伴随着自动化水平的日益提升，生产设备在各个方面的性能和科技含量也逐渐增强，由此带来了产品品质的进一步提高。为此，如果想要使产品在激烈的市场竞争中具有更为稳固的地位，就必须对现有的机械设备进行相应的改造，使其满足现下的生产需要。