摘 要：盤帶機是紡織織帶成品分卷設(shè)備，需要使用到收放卷控制。本文基于臺達變頻器在盤帶機上的應(yīng)用案例，論述盤帶機自動化系統(tǒng)設(shè)計調(diào)試過程以及遇到的問題分析。
關(guān)鍵詞：紡織 盤帶機 臺達變頻器

1 引言

中國作為世界紡織大國，棉紗、棉布、呢絨、絲織品、化纖、服裝等產(chǎn)量均居世界第一位,服裝出口也多年來始終保持著世界第一位。紡織產(chǎn)業(yè)在中國占有舉足輕重的地位。紡織織帶是指以各種紗線為原料制成狹幅狀織物或管狀織物，其品種繁多，廣泛用于服飾、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍需、交通運輸?shù)雀鳟a(chǎn)業(yè)部門。歐美等發(fā)達國家的織帶行業(yè)起步較早，已完全進入成熟期，由于生產(chǎn)成本高等因素將織帶行業(yè)轉(zhuǎn)到發(fā)展中國家生產(chǎn)。目前中國是世界上最大的織帶生產(chǎn)企業(yè)，但是近年由于印度、越南等地擁有的勞動成本優(yōu)勢正在成為中國紡織業(yè)的競爭對手，通過提高以自動化為核心的技術(shù)競爭力才能保持世界第一的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。

2 盤帶機自動化系統(tǒng)設(shè)計

2.1 盤帶機工藝

（1）工藝原理：紡織織帶盤帶機設(shè)備工藝目的是把大卷的帶材卷成長度一定的小卷。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及收卷結(jié)構(gòu)如圖1所示。


（2）工藝指標設(shè)計：帶材上的張力要恒定，從而保證卷曲材料的內(nèi)外卷曲張力恒定。每一個工序從空芯安裝到機器上到滿卷停車成品下線，需要卷曲長度為15m的時間不大于12s，卷曲長度為30m的時間不大于15s，包括變頻器啟動停止時間以及機械動作時間（從上空卷到滿卷產(chǎn)品完成）。經(jīng)過測量，機械動作時間會占用6s左右，所以當卷曲長度15m時變頻器從啟動到停止的時間不能大于6s，卷曲長度為30m時變頻器從啟動到停止的時間不能大于9s。由于用戶要求停止后定長切割，在牽引輪上安裝有編碼器用來測量長度，所以系統(tǒng)要精確停止。

2.2 收卷系統(tǒng)分析

收卷采用泡沫卷心，并且是通過夾板與卷心之間的摩擦力來進行收卷，所以要求張力比較小。當張力較大時，容易讓泡沫卷心變形，甚至粉碎。按照以圖2加減速時間相等收卷速度設(shè)計，則有：L=1/2*T*V，（L為長度，T為時間，V為線速度）；經(jīng)計算：當長度15m，變頻器工作時間為6s時，帶材最高速度300m/min；當長度30m，變頻器工作時間為9s時，帶材最快速度400m/min。

π * D * n = V ，其中D為直徑，n為轉(zhuǎn)速，V為線速度；如果按照最小工藝卷徑D=38mm計算，當線速度為300m/min時，變頻器運行的頻率為84hz（2515rpm）；當線速度為400m/min時，變頻器運行的頻率為112hz（3352rpm）。
圖2 收卷速度分析
2.3自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）方案的確定：此系統(tǒng)要求張力小響應(yīng)快。根據(jù)公式F=m*a，F(xiàn)為張力，m為質(zhì)量，a為加速度，如果要求張力小，則要求F小；當F小時，要求a就小；如果要求響應(yīng)快，則要求a大；當a大時，要求F就大。所以最終決定采用加張力擺桿，收卷工作在張力閉環(huán)狀態(tài)下。測量后擺桿的幅度為1VDC-8VDC。結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。變頻器接線如圖4所示。

圖3 自動化工藝結(jié)構(gòu)

圖4 變頻器接線圖
（2）速度曲線設(shè)計：為了滿足加減速時間，同時希望最高速度保持在一定范圍內(nèi)，所以最終決定將速度運行曲線做適當修改，除了加速過程和減速過程，還增加一個穩(wěn)速過程，速度圖形如圖5所示。

圖5 速度曲線
如果按照以上曲線運行，當長度30m，變頻器工作時間為9s時，將加速時間，穩(wěn)速時間以及減速時間都設(shè)定為3s，則理論上帶材最快速度只需要300m/min，最高線速度有所降低。

2.3 張力控制系統(tǒng)

（1）放卷：采用恒線速度運行方式，當前線速度由PLC通過通訊方式給定；放卷電機安裝有編碼器，卷徑通過厚度積分法來實現(xiàn)，需要設(shè)置材料的厚度；由于此系統(tǒng)配置HMI，材料厚度由客戶自行設(shè)定。電機運轉(zhuǎn)速度由當前線速度和當前卷徑來計算。

（2）收卷：擺桿信號接入到收卷變頻器。為了實現(xiàn)恒張力控制，就必須保證收卷跟隨上放卷的線速度，即保證在整個運轉(zhuǎn)過程中使擺桿穩(wěn)定在某個位置。這就決定了需要收卷電機速度響應(yīng)而且在控制上能夠?qū)崿F(xiàn)擺桿的快速穩(wěn)定，特別是在加速過程和減速過程。為了提高電機的速度響應(yīng)，電機尾部增加編碼器，讓變頻器工作在閉環(huán)控制模式下；為了實現(xiàn)擺桿的快速穩(wěn)定，使用了變頻器內(nèi)部的卷徑計算模塊和擺桿PID模塊，卷徑計算通過厚度積分法來計算。

3 系統(tǒng)調(diào)試

3.1 放卷變頻器

由于放卷電機安裝有編碼器，所以讓變頻器工作在閉環(huán)模式下。PLC實現(xiàn)卷徑計算，設(shè)置材料的實際厚度以及線速度來源以及機械齒輪比。線速度通過通訊由PLC給定。

3.2 收卷變頻器

由于放卷電機安裝有編碼器，所以讓變頻器工作在閉環(huán)模式下。PLC實現(xiàn)卷徑計算模塊并設(shè)置材料的實際厚度線速度來源以及機械齒輪比。線速度通過通訊由PLC給定。

--以及擺桿PID模塊。設(shè)置目標值以及反饋來源，擺桿的反饋電壓范圍為1VDC-8VDC。根據(jù)運行情況設(shè)置適當?shù)腜，I，D值以及PID限制。根據(jù)調(diào)試情況，為了滿足快速響應(yīng)性，P值需要適當設(shè)置大點，I值設(shè)置偏小；為了防止出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，PID限制相對設(shè)置小。

限于篇幅，臺達變頻器具體參數(shù)設(shè)置略。

4 結(jié)束語

經(jīng)過實際測試，卷繞出來的產(chǎn)品質(zhì)量與運行速度上滿足盤帶機自動化要求。實際測試，當卷曲長度15m時整個過程時間在9.5s，變頻器從啟動到停止的時間為5.4s，卷曲長度為30m時整個過程時間在12.9s，變頻器從啟動到停止的時間不能大于8.8s，均小于工藝要求，客戶十分滿意。(end)