【正文】 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 2 絲光工藝和絲光設(shè)備 絲光工藝簡介 紡織工業(yè)在我國的國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位 ,是創(chuàng)收入的重點(diǎn)行業(yè) ,而所有的紡織品幾乎都需經(jīng)過染整加工后才能滿足服裝和裝飾對(duì)紡織品性能和質(zhì)量的要求。隨著人們物質(zhì)文化和生活水平的不斷提高以及工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展 ,在國際中，紡織品競爭日趨激烈 ,對(duì)染整產(chǎn)品的需求正在從產(chǎn)量向質(zhì)量轉(zhuǎn)移 ,所以要對(duì)染整產(chǎn)品的質(zhì)量提出更高的要求。 絲光是印染工藝中的基礎(chǔ)工序之一 ,它對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量起著重要作用 ,大部分棉及其混紡織物在進(jìn)行染色和印花加工前都需進(jìn)行絲光處理。絲光是指棉及其混紡織物在經(jīng)緯向都受到一定張力的情況下 ,用濃燒堿或其它化學(xué)藥品處理 ,以改變棉纖維的結(jié)構(gòu)和形態(tài) ,從而達(dá)到改善纖維性能的加工過程。 絲光工藝是 用氫氧化納溶液對(duì)純棉或高含棉量的紗線和織物進(jìn)行處理以增加其表面光澤的工藝。墨塞絲光處理法，即在攝氏 15－ 25 度下，將 棉制品置入燒堿溶液中浸泡 25－ 40 秒。在這種狀況下，棉紗或者棉布完全浸于燒堿溶液中，對(duì)于機(jī)織織物，通常使用燒堿的濃度是 20－ 24％，對(duì)于紗線，使用燒堿的溶液濃度是 24－ 26％。用高濃度的燒堿處理后，將會(huì)破壞纖維的螺旋形狀，增強(qiáng)其染色時(shí)候的附著力。同時(shí)還可以使織物產(chǎn)生光澤，并具有穩(wěn)定的尺寸（防縮水性）。對(duì)于有效的絲光處理過程，其一是需要將棉纖維完全被高濃度燒堿溶液滲入（潤濕），同時(shí)還需要其它的濕潤劑去除溶液的表面張力。 絲光工藝條件不同所獲得的絲光效果是不一致的 ,多年來為了達(dá)到絲光的理想效果 ,實(shí)現(xiàn)絲光工藝的高 效 ,國內(nèi)外有關(guān)方面均作了大量試驗(yàn)研究和探討。得出影響絲光效果的因素有很多 ,主要是燒堿的濃度、溫度、作用時(shí)間、光時(shí)的張力和絲光后去堿等。 絲光設(shè)備 常用絲光機(jī)有布鋏絲光，彎輥絲光和直輥絲光機(jī)。以布鋏絲光機(jī)效果最好，應(yīng)用最廣。 (1)布鋏絲光機(jī) 由前軋堿槽、繃布輥、后軋堿槽、布鋏擴(kuò)幅裝置、去堿箱、平洗機(jī)等部分組成。 優(yōu)點(diǎn)：張力易控制，織物縮水率、去堿效果比具它絲光機(jī)理想。 缺點(diǎn)：布鋏部分易產(chǎn)生機(jī)械性疵布，設(shè)備占地大。 (2)彎輥絲光機(jī) 與布鋏絲光機(jī)的區(qū)別 主要在于擴(kuò)幅與初洗部分，其擴(kuò)幅部分是由一個(gè)淺平階 3 梯鐵槽和 10～ 12 對(duì)彎輥組成。擴(kuò)幅作用是依照織物繞經(jīng)彎輥套筒弧形斜面時(shí)所產(chǎn)生的緯向分力將其門幅展寬。 優(yōu)點(diǎn)：彎輥絲光機(jī)加工時(shí)，常常兩層織物疊在一起進(jìn)行，產(chǎn)量較高，有機(jī)身短、結(jié)構(gòu)筒單的優(yōu)點(diǎn)， 缺點(diǎn)：洗堿效率低，擴(kuò)幅效果差。易產(chǎn)生經(jīng)密不勻，緯紗成彎月狀，染色易有陰陽面，應(yīng)用遠(yuǎn)不如布鋏絲光機(jī)廣。 (3)直輥絲光機(jī) 與前兩種不同的是，沒有軋車和繃布輥筒，也沒有擴(kuò)幅裝置。 特點(diǎn)：常以雙層進(jìn)行，產(chǎn)量較高，絲光均勻，不會(huì)產(chǎn)生破邊。 缺點(diǎn)：機(jī)身較短，傳 動(dòng)簡單，操作方便，但擴(kuò)幅作用差 (緯回縮水率難達(dá)國標(biāo) )。但國內(nèi)有的廠采用布鋏與直輥并用，較好的解決了這一問題。 4 2 系統(tǒng)總體方案 絲光機(jī)調(diào)速系統(tǒng)方案的論證 絲光機(jī)的動(dòng)力主要是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)生產(chǎn) 設(shè)備 對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 的要求 進(jìn)行控制和調(diào)節(jié) ，這對(duì)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量 是 一個(gè)非常有影響的因素 。電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能 的好壞 ，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量 的提高 、生產(chǎn)效率 的 提高和節(jié)能有著 極其重要的影響 。 以前 的絲光機(jī)調(diào)速系統(tǒng)大多采用直流調(diào)速系統(tǒng)，但是直流調(diào)速系統(tǒng)存在比較多的弊端。如果采用交流調(diào)速系統(tǒng)，不僅 會(huì)提高絲光機(jī)的質(zhì)量，而且可以大大減少系統(tǒng)的能耗，大幅度的節(jié)約電能。 直流調(diào)速系統(tǒng)所存在的問題 在 一段比較 長 的 時(shí)期內(nèi)，直流調(diào)速系統(tǒng) 憑著 調(diào)速范圍 比較 廣、 小的 靜差率、好的 穩(wěn)定性以及有 著 良好的動(dòng)態(tài)性能 ， 在 調(diào)速的 領(lǐng)域中，直流調(diào)速 在這段時(shí)間內(nèi)占據(jù)著主導(dǎo) 的 地位。 生產(chǎn)設(shè)備所具有的 高性能調(diào)速系統(tǒng) 基本上是 都采用 了 直流調(diào)速系統(tǒng)。 但是 直流調(diào)速系統(tǒng)卻解決不了直流電動(dòng)機(jī)本身的換向問題和在惡劣環(huán)境下的不適用問題， 隨著時(shí)代的發(fā)展，我們對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的要求也愈來愈高，比如要 制造容量 大 、轉(zhuǎn)速 高以 及電壓 高的 直流電動(dòng)機(jī) 是 十分困難 的 ，這給直 流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展 和應(yīng)用帶來了 許多 的 不利。 再加上直流電機(jī)的一些缺點(diǎn)，如 機(jī)械式的換向器表面線速度及換向電流、電壓有一個(gè)極限值，這就限制了直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率 ； 機(jī)械式換向器 要 能可靠正常的工作， 就 要增大電機(jī)的電樞和換向器直徑， 這會(huì) 導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大 ；機(jī)械式換向器 還 必須 要長期的進(jìn)行 檢查和維修，電刷也必須定期更換 ；還有 在一些易燃、易爆、多粉塵、多腐蝕性氣體的生產(chǎn) 環(huán)境下 都不能或不宜使用直流電動(dòng)機(jī)。 這都限制直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展。 交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀及優(yōu)點(diǎn) 自 1885 年 發(fā)明了 交流電動(dòng)機(jī)， 因?yàn)?沒有 找到 理想的 調(diào)速方案， 所以交流電動(dòng)機(jī)一直只在 恒速拖動(dòng)領(lǐng)域 應(yīng)用到了 。 到 20 世紀(jì) 70 年代 時(shí)期 ， 解決了 交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方案中的問題 所在 ， 所以 交流調(diào)速 馬上就 得到迅速的發(fā)展，現(xiàn)在 在生產(chǎn)設(shè)備上的調(diào)速系統(tǒng)都使用了 交流調(diào)速系統(tǒng) ，可見 交流調(diào)速系統(tǒng) 正在 逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)。 目前，交流調(diào)速系統(tǒng)與直流調(diào)速系統(tǒng)相比， 交流調(diào)速系統(tǒng)更受歡迎， 其靜、 5 ? ?60 1smfnsp??動(dòng)態(tài)特性 都 可以與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美 了 。 交流調(diào)速系統(tǒng)還具有如下優(yōu)點(diǎn)： 容量 比直流電機(jī) 大 ； 轉(zhuǎn)速 比直流電機(jī) 高且 還耐高溫 ，更好應(yīng)用與生產(chǎn)設(shè)備中； 交流電動(dòng)機(jī)的體積、重量比同等容量的直流電動(dòng)機(jī) 都要 小， 而 且 交流電機(jī) 結(jié)構(gòu) 簡單、經(jīng)濟(jì)可靠、慣性小 ，比直流電機(jī)更實(shí)用些；交流電動(dòng)機(jī) 比直流電動(dòng)機(jī)適應(yīng) 環(huán)境 的能力更 強(qiáng) 些 ， 且 堅(jiān)固耐用，可以在十分惡劣的環(huán)境下使用 ，這讓交流電機(jī)的應(yīng)用非常廣； 交流調(diào)速系統(tǒng) 比直流調(diào)速系統(tǒng)更 節(jié)能 些 。從各方面來看，交流調(diào)速系統(tǒng)最終將取代直流調(diào)速系統(tǒng)。 從交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式： (1) 由式（ 1）可歸納出交流異步電動(dòng)機(jī) 具有 三 種 調(diào)速方法：變極對(duì)數(shù)的調(diào)速、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速及變電源頻率調(diào)速。本設(shè)計(jì) 是要求 各電機(jī)調(diào)速功能由變頻器完成。 交流變頻調(diào)速 憑著 優(yōu)異的調(diào)速性能和平穩(wěn)性能及高效率、高功率因數(shù)、節(jié)能效果和廣泛的適用范圍等優(yōu)點(diǎn)， 使 國內(nèi)外 把交流變頻調(diào)速 認(rèn)為是 在各個(gè)領(lǐng)域中 最具有發(fā)展前途的調(diào)速方法。 交流變頻調(diào)速控制的優(yōu)點(diǎn)主要有 : (1)交流變頻調(diào)速是使用異步電動(dòng)機(jī)，和同容量的直流電動(dòng)機(jī)相比，具有體積小、占空間小、可靠性高、維護(hù)方便、結(jié)構(gòu)簡單和價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。 (2)交流變頻調(diào)速的電源是使用先進(jìn)的 SPWM 技術(shù)，顯著地改善了電機(jī)運(yùn)行的質(zhì)量和性能，加上控制精度提高、調(diào)速范圍變寬，動(dòng)態(tài)性能更好，正逐步取代直流 電機(jī)調(diào)速。 (3)交流變頻調(diào)速的電源是使用先進(jìn)的 SPWM 技術(shù)，顯著改善了電動(dòng)機(jī)供電電源的質(zhì)量，減少了諧波，提高了效率和功率因數(shù)，明顯節(jié)能了。 (4)容易對(duì)現(xiàn)在的電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制，可以大范圍的實(shí)現(xiàn)高效連續(xù)調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)精確的控制速度。 (5)容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)的切換，可以進(jìn)行高頻率的起停運(yùn)轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)電氣制動(dòng)，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)高速驅(qū)動(dòng)。 (6)電機(jī)在帶動(dòng)較大的負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流，但采用變頻時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，減小沖擊電流，可以解決大負(fù)載的啟動(dòng)問題。 (7)電源功率因素高，所需的容量小，對(duì)電 網(wǎng)的損害比較小。 (8)具有比較完善的 系統(tǒng) 保護(hù)功能：變頻器很強(qiáng)的保護(hù)功能，能夠 使電機(jī) 在運(yùn)行過程中隨時(shí) 隨地的 檢測到各種故障， 而且還可以 顯示故障的類別，如電網(wǎng)瞬時(shí)電壓降低、功率模塊過熱、直流過電壓、電網(wǎng)缺相、電機(jī)短路等，并立即封鎖 6 M1PGM2PG自整角機(jī)U1 U2Δ U輸出電壓。這種保護(hù)功能，不僅保護(hù)了變頻器，而且保護(hù)了電機(jī)不易被損壞。 基于 PLC 的絲光機(jī)交流變頻調(diào)速系統(tǒng) 20世紀(jì) 80 年代，國外大量使用 PLC 控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，在節(jié)能和節(jié)約維護(hù)設(shè)備的成本上都取得了非?？捎^的效益。 20世紀(jì) 90 年代， 在 國內(nèi)部分廠家 的生產(chǎn)設(shè)備 在生產(chǎn)上 也正 使 用 由 PLC 控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。近 些 年來， PLC 控制設(shè)備 在我國得到了迅速的發(fā)展，在我國引進(jìn) 外國 的設(shè)備中，有很大一部分 都 是由 PLC 控制的，國外的 PLC 產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入我國的市場。我國各行業(yè) 得生產(chǎn)設(shè)備中 也出現(xiàn)了大批使用 PLC 改造設(shè)備的成果，如機(jī)械行業(yè)，采用 PLC 作為控制裝置的生產(chǎn)設(shè)備越來越多。 使 用 PLC 控制 后，可以在生產(chǎn)時(shí)在控制的 軟件 中 把生產(chǎn)上規(guī)定的工序和加工時(shí)間寫 進(jìn)去 ， 這樣就可以 減少了 中間 人為因素的影響， 可以 提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 變頻調(diào)速技術(shù)已成為節(jié)能和提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施。實(shí)踐證明：交流變頻調(diào)速比直流調(diào)速更具有 優(yōu)越性，且 PLC 控制比傳統(tǒng)的繼電接觸器控制也更具有優(yōu)越性。在國內(nèi)外不僅大量的使用了基于 PLC 控制的交流變頻調(diào)速技術(shù)，而且?guī)砹肆己玫慕?jīng)濟(jì)效益。所以，絲光機(jī)所采用 PLC 控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)是必要的和可行的。 系統(tǒng)的同步設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的 絲光機(jī)是指對(duì)針織物進(jìn)行處理，而針織物一旦受力不均產(chǎn)生拉力，即使拉力雖小一般也容易變形。所以在生產(chǎn)過程中要采取松式處理，即要求每個(gè)生產(chǎn)單元的針織物速度相同，以保證織物在運(yùn)行過程中不會(huì)受到張力。所以生產(chǎn)設(shè)備的每個(gè)電動(dòng)機(jī)要求速度相同，或者說保持一定的速度比值。本 設(shè)計(jì)各單元電機(jī)均采用線速度跟隨系統(tǒng)。即先設(shè)置給定電機(jī) M1 的速度，再根據(jù)生產(chǎn)線上松緊架反饋的速度和 M1的速度來確定 M2 的速度，以此類推，可得出 5個(gè)從電機(jī)的速度，這樣實(shí)現(xiàn)通常所說的“同步”傳動(dòng)方式。即先調(diào)節(jié)主令機(jī) M1 的速度，再調(diào)節(jié)其它從動(dòng)機(jī) M2M6 的速度，使它們的速度與 M1的速度達(dá)到協(xié)調(diào)一致。 如圖 1 所示。 圖 1 同步系統(tǒng)圖 7 PLC變頻器變頻器變頻器變頻器變頻器變頻器制動(dòng)電阻制動(dòng)電阻制動(dòng)電阻制動(dòng)電阻制動(dòng)電阻制動(dòng)電阻電機(jī)M2電機(jī)M3電機(jī)M4電機(jī)M5電機(jī)M6電機(jī)M1測速發(fā)電機(jī)拖引輥拖引輥拖引輥拖引輥拖引輥拖引輥 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 本設(shè)計(jì)絲光過程設(shè)備流程： 絲光過程是由一條生產(chǎn)流水線自動(dòng)完成，其中主要包括進(jìn)布、浸堿、反應(yīng)、穩(wěn)定、水洗、出布等六個(gè)環(huán)節(jié)，每一個(gè)工藝都需要拖動(dòng)系統(tǒng)，從而每一個(gè)工藝都需要電動(dòng)機(jī)， 工藝上要求各個(gè)電動(dòng)機(jī)保持相同的線速度，或 者保持一定的速度比值運(yùn)行，這就是我們常說的“同步”傳動(dòng)方式，因?yàn)獒樋椢飶椥暂^大，受到拉力容易變形。系統(tǒng)中主令機(jī)和各從動(dòng)機(jī)均采用交流電動(dòng)機(jī)，其中 M1 為主令機(jī)， M2M6為從動(dòng)機(jī)， M1還要負(fù)責(zé)帶動(dòng)測速發(fā)電機(jī)，通常先調(diào)節(jié)主令機(jī)速度，再調(diào)節(jié)其它從動(dòng)機(jī)，使它們的速度保持與主令機(jī)一致，其中各電機(jī)調(diào)速均由變頻器來完成。 PLC 負(fù)責(zé)采集電機(jī) 速度及各單元的線速度，并進(jìn)行處理計(jì)算，從而向變頻器發(fā)出起停等信號(hào)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 所示 圖 2 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 8 3 硬件設(shè)計(jì) 變頻器的選擇 變頻器的功能與構(gòu)成 變頻器實(shí)現(xiàn)的功能： (1)節(jié)能的應(yīng)用 通過變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速運(yùn)行能夠節(jié)能，這是變頻器應(yīng)用最典型的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。其中有風(fēng)機(jī)和泵類機(jī)械運(yùn)行時(shí)的節(jié)能效果最為顯著。 (2)提高生產(chǎn)效率 變頻器最重要的目的是提高生產(chǎn)效率： ①保證加工時(shí)的最佳轉(zhuǎn)速 ②適應(yīng)在不同負(fù)載時(shí)有最佳轉(zhuǎn)速的工作狀態(tài) 采用變頻器能夠?qū)崿F(xiàn)多種速度運(yùn)行，往往可以解決快速和準(zhǔn)確停車之間的轉(zhuǎn)換。高速運(yùn)行時(shí)可以縮短搬運(yùn)物品的時(shí)間，低速運(yùn)行時(shí)速度雖慢但有利于提高準(zhǔn)確停車的精度。 ③原有設(shè)備的增速運(yùn)轉(zhuǎn) 設(shè)備運(yùn)行的速度往往直接影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。但異步電動(dòng)機(jī)的額定速度會(huì)限制設(shè)備的運(yùn)行速度。如果要機(jī)械設(shè)備在工作時(shí)保持最大的生產(chǎn)能力，則要使異步電動(dòng)機(jī)保持在額定狀態(tài)下工作。但在現(xiàn)實(shí)中不可能實(shí)現(xiàn)，但如果采用變頻器傳動(dòng)，適當(dāng)?shù)奶岣咿D(zhuǎn)速，則很容易提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)的效率。 ④高精度準(zhǔn)確停車 生產(chǎn)過程中在預(yù)定的位置能夠準(zhǔn)確停車，對(duì)減小間歇時(shí)間來說是 十分必要的。而減少間歇時(shí)間又對(duì)提高生產(chǎn)效率起著很大的作用。 (3)提高產(chǎn)品質(zhì)量 生產(chǎn)過程中如果引入變頻器傳動(dòng)，則可以使裝置、機(jī)械性能得到提高，而裝置、機(jī)械性能的提高又可以提高生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品質(zhì)量。變頻器可以通過提供加工對(duì)象的最佳速度、平滑的加速或減速、高精度的轉(zhuǎn)矩來提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 (4)設(shè)備的合理化