梳棉機電氣技能實訓裝置

近十多年來，我國紡織機械行業的機電一體化水平有了較明顯的提高，在新型紡織機械上普遍采用了機電一體化技術。這項技術的內容包含了先進的信息處理和控制技術，即以計算機為核心，有PLC、工控機、單片機、人機界面、現場總線等組成的控制系統；先進的驅動技術，有變頻調速、交流伺服、步進電機等；檢測傳感技術和執行機構；精密機械技術等。我校實驗室一臺1988年制造的梳棉機，主要用作教學和科研。因出廠時間較久，電氣控制部分經常出現故障，嚴重影響了梳棉機的正常使用。我們對梳棉機的電氣控制部分進行了改造。

改造前梳棉機存在的問題　　
電氣控制箱年久失修，內部元件老化，經常出現短路和斷路的故障；
輸出生條質量差。由于道夫速度控制方式不合理，導致啟動、剎車和道夫快慢速轉換過程中速度變化不平穩，造成生條質量惡化；　　
產量低，由于機器穩定性差，生條重量不勻率大等原因，致使錫林速度無法提高，影響了梳棉機的產量；　　
機器的啟動過程噪聲大，由于錫林轉動慣量大，啟動時存在嚴重的皮帶打滑現象，產生很大的噪聲。　　
電氣系統的改造
1、改造方案
　　根據梳理機運行實踐及當前控制領域的水平與發展，確定梳理機改造的指導思想是：機電分離，集中控制，實時監控。其目的在于將電氣控制系統與機械系統結構上相分離，以利于機電系統的維護和修理，將分離式硬件邏輯控制系統改為模塊化集中控制，以提高梳理機控制水平，增強系統的可靠性；運用智能化技術對梳理機運行進行實時監控，給操作工以指導。電氣改造的關鍵是去掉錫林電機、道夫電機的原有繼電器控制系統，采用PLC控制變頻器方案。新型控制系統以松下FP0 PLC為控制核心，以兩臺松下MINAS A系列變頻器為主要控制單元，控制梳棉機錫林和道夫的運轉。
2、PLC控制系統設計
　　近年來，隨著科學技術的飛速發展，變頻、伺服電機的應用越來越廣泛，其功能多樣性和產品可靠性日臻完善，正在逐步取代原來的普通電機。而且隨著可編程控制器技術的日益成熟，將二者完整地結合起來，完成對各種復雜運動的自動控制，實行機電一體化，正在成為一種趨勢。
　　本人基于松下GT01觸摸屏，利用松下FP0-C16T可編程控制器(PLC)控制MINAS A系列變頻器來取代原機的繼電器控制系統，使整個系統的操作更簡便、自動化程度更高、可靠性更強。A186E梳理機控制系統原理圖如圖1所示。可見，A186E型梳理機組改造后電氣控制系統以可編程序控制器(PLC)為核心，系統配置有電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、中斷模塊及輸出模塊、外圍配備操作面板、指示燈、傳感器等。改造后電氣系統中由傳感器拾取A186E型梳理機的運行狀態信息，經適當處理后，通過輸入模塊進入CPU模塊，CPU模塊根據來自操作面板的信息和機組的狀態信息進行邏輯控制，發出相應的控制信號，通過執行機構控制機組的運行。PLC通過通訊模塊可以和人機界面連接，完成車間管理任務。斷路器起保護作用，雖然變頻器有過流保護功能，但是根據電流大小選擇合適的斷路器能起到雙重保護的功能。控制開關選用薄膜開關，它和指示燈都安裝在控制箱的表面，具有美觀大方的特點。具體的控制箱內各部件的相對位置按照電路走線和PLC變頻器的散熱要求，進行合理的安排。PLC的輸入端子接控制開關和各種工藝自停開關，輸出端子接指示燈和變頻器。圖2為 A186E電氣控制外部線路圖。
3、PLC控制程序
　　PLC內部的控制程序根據輸入信號按順序啟動和關閉機器，程序有自鎖、互鎖、連動以及延時等功能，這些功能的有機組合使梳棉機實現了平穩的啟動、剎車過程以及各種故障和工藝自停等。錫林和道夫的速度控制由變頻器設定，我們把錫林的啟動時間設為10min。道夫的慢速啟動時間和慢轉快時間都可調。道夫的剎車時間設為很短。這樣啟動過程可以比較緩和，有利于減輕開車過程的突發性條干不勻，尤其是突發性細節，而道夫的停止時間短可以行效地保護道夫針布。
4、數據采集與監控系統
　　梳理機數據采集系統主要通過觸摸屏與梳理機控制系統的可編程控制器相互通訊，實現對梳理機的運行狀態監控、生產數據統計、故障統計和系統參數設置等功能。基于GT01人機界面為用戶提供四組菜單，分別為“運行狀態監控”、“生產數據統計”、“故障統計”、“參數設定”、“系統參數設置”。
（1）運行狀態監控功能可對顯示梳理機各部分的當前運行狀態及機組納當前車速、產量、效率和工作時間監控。
（2）生產數據統計功能可顯示并存儲備班次當日或當月的產量統計、輔料消耗統計、運行效率和開停機時間。
（3）故障統計功能可按照停機時間或次數從大到小的順序顯示各班次的故障統計。
（4）系統參數設置功能可修改與梳理機運行有關的系統參數，還可進行當前工作班次修改、當前生產品牌修改和指示燈測試等操作。
5、變頻器控制系統
　　變頻系統采用松下的MINASA系列數字交流變頻器，電機運行時主要有三種速度，分別為：手動速度，低速及標準速度。手動速度用于試車，低速是啟動過渡時的電機運行速度，標準速度是電機正常運行速度，通過改變相應參數值，就可以改變電機的運行速度。
　　改造前后生產指標
　　改造后梳棉機工作穩定可靠，而且能按梳棉機的工藝要求方便地控制梳棉機。可以根據所紡纖維種類和對產品質量要求確定梳棉機的電氣參數，包括錫林和道夫的啟動時間以及它們的轉速等。通過紡不同纖維的試驗并綜合測試發現，梳棉機的平均產量可達21kg/h，提高了近35%。斷頭率下降40%，減少回花30%，針布軋傷率平均下降50%，生條一級合格率提高10.5%，生條重量不勻率下降0.8%-2.4%，并可促進安全生產，降低勞動強度。
　　結束語基于GT01觸摸屏的PLC控制變頻器的控制系統方案在A186E梳理機上的應用，提高了單機的機電一體化水平，更為重要的是為提高棉紡全流程運行的穩定性、可靠性奠定了基礎，保證了全流程連續、同步、平穩運行，使輸出毛條長片段、起長片段、甚至短片段的均勻度都能穩定在一定范圍內，從而保證了成紗質量的穩定性。該機所采用的控制系統，完全可以應用于其它國產傳統紡織設備的改造當中。改造后的梳棉機電氣技能實訓裝置生產穩定，整體性能大有提高。改造費用不足6000元，卻可較大幅度提高梳棉機的技術性能，延長使用壽命，對我國現有5萬多臺梳棉機的技術改造具有一定的推廣價值。