梳棉机电气技能实训装置

近十多年来，我国纺织机械行业的机电一体化水平有了较明显的提高，在新型纺织机械上普遍采用了机电一体化技术。这项技术的内容包含了先进的信息处理和控制技术，即以计算机为核心，有PLC、工控机、单片机、人机界面、现场总线等组成的控制系统；先进的驱动技术，有变频调速、交流伺服、步进电机等；检测传感技术和执行机构；精密机械技术等。我校实验室一台1988年制造的梳棉机，主要用作教学和科研。因出厂时间较久，电气控制部分经常出现故障，严重影响了梳棉机的正常使用。我们对梳棉机的电气控制部分进行了改造。

改造前梳棉机存在的问题　　
电气控制箱年久失修，内部元件老化，经常出现短路和断路的故障；
输出生条质量差。由于道夫速度控制方式不合理，导致启动、刹车和道夫快慢速转换过程中速度变化不平稳，造成生条质量恶化；　　
产量低，由于机器稳定性差，生条重量不匀率大等原因，致使锡林速度无法提高，影响了梳棉机的产量；　　
机器的启动过程噪声大，由于锡林转动惯量大，启动时存在严重的皮带打滑现象，产生很大的噪声。　　
电气系统的改造
1、改造方案
　　根据梳理机运行实践及当前控制领域的水平与发展，确定梳理机改造的指导思想是：机电分离，集中控制，实时监控。其目的在于将电气控制系统与机械系统结构上相分离，以利于机电系统的维护和修理，将分离式硬件逻辑控制系统改为模块化集中控制，以提高梳理机控制水平，增强系统的可靠性；运用智能化技术对梳理机运行进行实时监控，给操作工以指导。电气改造的关键是去掉锡林电机、道夫电机的原有继电器控制系统，采用PLC控制变频器方案。新型控制系统以松下FP0 PLC为控制核心，以两台松下MINAS A系列变频器为主要控制单元，控制梳棉机锡林和道夫的运转。
2、PLC控制系统设计
　　近年来，随着科学技术的飞速发展，变频、伺服电机的应用越来越广泛，其功能多样性和产品可靠性日臻完善，正在逐步取代原来的普通电机。而且随着可编程控制器技术的日益成熟，将二者完整地结合起来，完成对各种复杂运动的自动控制，实行机电一体化，正在成为一种趋势。
　　本人基于松下GT01触摸屏，利用松下FP0-C16T可编程控制器(PLC)控制MINAS A系列变频器来取代原机的继电器控制系统，使整个系统的操作更简便、自动化程度更高、可靠性更强。A186E梳理机控制系统原理图如图1所示。可见，A186E型梳理机组改造后电气控制系统以可编程序控制器(PLC)为核心，系统配置有电源模块、CPU模块、输入模块、中断模块及输出模块、外围配备操作面板、指示灯、传感器等。改造后电气系统中由传感器拾取A186E型梳理机的运行状态信息，经适当处理后，通过输入模块进入CPU模块，CPU模块根据来自操作面板的信息和机组的状态信息进行逻辑控制，发出相应的控制信号，通过执行机构控制机组的运行。PLC通过通讯模块可以和人机界面连接，完成车间管理任务。断路器起保护作用，虽然变频器有过流保护功能，但是根据电流大小选择合适的断路器能起到双重保护的功能。控制开关选用薄膜开关，它和指示灯都安装在控制箱的表面，具有美观大方的特点。具体的控制箱内各部件的相对位置按照电路走线和PLC变频器的散热要求，进行合理的安排。PLC的输入端子接控制开关和各种工艺自停开关，输出端子接指示灯和变频器。图2为 A186E电气控制外部线路图。
3、PLC控制程序
　　PLC内部的控制程序根据输入信号按顺序启动和关闭机器，程序有自锁、互锁、连动以及延时等功能，这些功能的有机组合使梳棉机实现了平稳的启动、刹车过程以及各种故障和工艺自停等。锡林和道夫的速度控制由变频器设定，我们把锡林的启动时间设为10min。道夫的慢速启动时间和慢转快时间都可调。道夫的刹车时间设为很短。这样启动过程可以比较缓和，有利于减轻开车过程的突发性条干不匀，尤其是突发性细节，而道夫的停止时间短可以行效地保护道夫针布。
4、数据采集与监控系统
　　梳理机数据采集系统主要通过触摸屏与梳理机控制系统的可编程控制器相互通讯，实现对梳理机的运行状态监控、生产数据统计、故障统计和系统参数设置等功能。基于GT01人机界面为用户提供四组菜单，分别为“运行状态监控”、“生产数据统计”、“故障统计”、“参数设定”、“系统参数设置”。
（1）运行状态监控功能可对显示梳理机各部分的当前运行状态及机组纳当前车速、产量、效率和工作时间监控。
（2）生产数据统计功能可显示并存储备班次当日或当月的产量统计、辅料消耗统计、运行效率和开停机时间。
（3）故障统计功能可按照停机时间或次数从大到小的顺序显示各班次的故障统计。
（4）系统参数设置功能可修改与梳理机运行有关的系统参数，还可进行当前工作班次修改、当前生产品牌修改和指示灯测试等操作。
5、变频器控制系统
　　变频系统采用松下的MINASA系列数字交流变频器，电机运行时主要有三种速度，分别为：手动速度，低速及标准速度。手动速度用于试车，低速是启动过渡时的电机运行速度，标准速度是电机正常运行速度，通过改变相应参数值，就可以改变电机的运行速度。
　　改造前后生产指标
　　改造后梳棉机工作稳定可靠，而且能按梳棉机的工艺要求方便地控制梳棉机。可以根据所纺纤维种类和对产品质量要求确定梳棉机的电气参数，包括锡林和道夫的启动时间以及它们的转速等。通过纺不同纤维的试验并综合测试发现，梳棉机的平均产量可达21kg/h，提高了近35%。断头率下降40%，减少回花30%，针布轧伤率平均下降50%，生条一级合格率提高10.5%，生条重量不匀率下降0.8%-2.4%，并可促进安全生产，降低劳动强度。
　　结束语基于GT01触摸屏的PLC控制变频器的控制系统方案在A186E梳理机上的应用，提高了单机的机电一体化水平，更为重要的是为提高棉纺全流程运行的稳定性、可靠性奠定了基础，保证了全流程连续、同步、平稳运行，使输出毛条长片段、起长片段、甚至短片段的均匀度都能稳定在一定范围内，从而保证了成纱质量的稳定性。该机所采用的控制系统，完全可以应用于其它国产传统纺织设备的改造当中。改造后的梳棉机电气技能实训装置生产稳定，整体性能大有提高。改造费用不足6000元，却可较大幅度提高梳棉机的技术性能，延长使用寿命，对我国现有5万多台梳棉机的技术改造具有一定的推广价值。