CN103305998B

CN103305998B - 球经分经机的纱线张力控制系统

Info

Publication number: CN103305998B
Application number: CN201310192741.XA
Authority: CN
Inventors: 邓建军; 姜勇强; 陈志强; 管峰
Original assignee: HEIMUDAN (GROUP) CO Ltd
Current assignee: BLACK PEONY TEXTILE CO., LTD.
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2033-05-22
Also published as: CN103305998A

Abstract

本发明提供一种球经分经机的纱线张力控制系统，包括线速度反馈编码器、频率电压转换器、卷绕变频器、信号分配与软起动板、张力电机速度反馈编码器、矢量速度控制卡、张力电机驱动变频器、可编程控制器、卷绕电机和张力控制电机，线速度反馈编码器和频率电压转换器用于反馈卷绕电机的线速度；卷绕变频器驱动卷绕电机；张力电机速度反馈编码器和矢量速度控制卡反馈张力控制电机的转速；可编程控制器对卷绕变频器和张力电机驱动变频器正常运行实施控制；卷绕变频器的直流母线与张力电机驱动变频器的直流母线相连。本发明结构简单，成本较低；高低速时张力控制一致性好；张力控制电机的回馈电能反馈给卷绕变频器使用，从而有效节约能源。

Description

球经分经机的纱线张力控制系统

技术领域

本发明涉及纺织行业牛仔布生产的球经分经机的电气控制系统，具体涉及一种球经分经机的纱线张力控制系统。

背景技术

纺织行业中，球经分经机用来将束状染色机染好的放置在圈条器中的束状纱线重新整经成片状经轴，以便后续工序到浆纱机进行浆纱，再上织机将经轴织造成布匹。如图1所示，球经分经机的装置中，主要包括圆条桶1a、张力辊2a、振荡器3a、用于驱动振荡器3a和张力辊2a的张力控制电机M2、存纱架4a、分经轴5a和驱动分经轴5a的卷绕电机M1。存放在圆条桶1a内的束状纱线6a经球经分经机整经成片状经轴。

在球经分经机的运行中，对束状纱线6a的张力控制对生产而言至关重要，在纱线运行中，线速度发生变化时，要求保持纱线张力不变。束状纱线6a的张力控制主要是通过对张力控制电机M2和卷绕电机M1的控制来实现。通常分经机的张力控制采用涡流制动器或磁粉制动器控制模式，做粗支品种时最高制动功率达到4KW。磁粉制动器控制模式是利用可调电源来调节磁粉制动器的激励电压来调节纱线的张力，但高转速、大耗散功率的磁粉制动器价格比较昂贵，且在高转速条件下，制动器温升高，需要冷却。采用涡流制动器的张力控制模式，整机的张力控制在高低速时的一致性难以保证。而且，采用涡流制动器与磁粉制动器控制张力，制动器产生的再生能源全部转化为热能散发到空气中，浪费能源，并且温度升高时易引发火警。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种结构简单、成本较低、张力控制精度高且张力电机的再生能源能够有效利用的球经分经机的纱线张力控制系统。

本发明的技术方案是：本发明的球经分经机的纱线张力控制系统，包括驱动分经轴的卷绕电机和驱动振荡器及张力辊的张力控制电机，其结构特点是：还包括：

卷绕变频器，用于驱动卷绕电机；

张力电机驱动变频器，用于驱动张力控制电机；

线速度反馈编码器，用于检测和反馈卷绕电机的线速度；

频率电压转换器，用于接收线速度反馈编码器传输的频率信号并转换成电压信号反馈给卷绕变频器；

张力电机速度反馈编码器，用于检测张力控制电机的线速度；

矢量速度控制卡，用于接收张力电机速度反馈编码器传输的信号并反馈给张力电机驱动变频器；

可编程控制器，用于对卷绕变频器和张力电机驱动变频器的运行实施控制；

所述的卷绕变频器设置为无速度传感器矢量控制模式；张力电机驱动变频器设定为矢量控制模式下的力矩控制模式；卷绕变频器的直流母线与张力电机驱动变频器的直流母线相连，用以将张力控制电机的回馈电能反馈给卷绕变频器。

进一步的方案是：还包括：信号分配与软起动板，用于接受所述的可编程控制器的控制并向卷绕变频器提供软起动信号。

进一步的方案是：还包括：

第一电位器，用于设定卷绕电机正常运转的线速度电压信号；

第二电位器，用于向张力电机驱动变频器的作为力矩信号控制端的16号端子输入0V～-10V的电压信号以设定和控制张力控制电机的力矩。

进一步的方案是：还包括：电源模块，用于为线速度反馈编码器、频率电压转换器和信号分配与软起动板提供24V直流电源。

进一步的方案是：上述的卷绕变频器为安川616G5-4011型号的变频器；张力电机驱动变频器为安川616G5-43P7型号的通用矢量型变频器。

进一步的方案是：上述的卷绕电机为Y160-6 型、功率11KW的电机，卷绕电机的频率设定为90Hz；张力控制电机为Y132-4型、功率4KW的电机；张力控制电机的频率设定为60Hz。

进一步的方案还有：上述的可编程控制器为OMRON 公司的型号为CPM-2A的可编程控制器。

本发明具有积极的效果：（1）本发明的球经分经机的纱线张力控制系统，结构简单，成本较低。（2）本发明的球经分经机的纱线张力控制系统，能够使球经分经机的整机张力控制均衡，在高低速时张力控制一致性好。（3）本发明的球经分经机的纱线张力控制系统，张力控制电机工作时处于发电机状态；通过将张力控制电机的回馈电能反馈给张力电机变频器，张力电机变频器通过直流母线将电能回馈给卷绕变频器使用，从而有效节约能源。（4）本发明的球经分经机的纱线张力控制系统，其为原创性发明，能够有效替代国外产品进口，填补国内空白。

附图说明

图1为应用本发明的球经分经机的结构示意图；

图2为本发明的组成结构框图；

图3为本发明的电气原理图；图中未包括图2所示的可编程控制器；

图4为图2中的可编程控制器的示意图；图中显示了其与图3所示的相关元器件的对应电连接关系。

上述附图中的附图标记如下：

线速度反馈编码器1，频率电压转换器2，卷绕变频器3，信号分配与软起动板4，张力电机速度反馈编码器5，矢量速度控制卡6，张力电机驱动变频器7，可编程控制器8，电源模块9，卷绕电机M1，张力控制电机M2；

圆条桶1a，张力辊2a，振荡器3a，存纱架4a，分经轴5a，束状纱线6a。

具体实施方式

（实施例1）

见图2至图4，本实施例的球经分经机的纱线张力控制系统，主要由线速度反馈编码器1、频率电压转换器2、卷绕变频器3、信号分配与软起动板4、张力电机速度反馈编码器5、矢量速度控制卡6、张力电机驱动变频器7、可编程控制器8、电源模块9、卷绕电机M1和张力控制电机M2组成。

线速度反馈编码器1为100P/R的旋转编码器，线速度反馈编码器1安装在在车头的导纱辊上，用于测量卷绕电机M1的线速度和转动方向（正转或反转）。

频率电压转换器2用于信号转换。频率电压转换器2接收线速度反馈编码器1传送的频率信号并将其转换成电压信号传输给卷绕变频器3。

卷绕变频器3用于驱动卷绕电机M1。卷绕变频器3本实施例中优选采用型号为安川616G5-4011、功率为11KW的通用型变频器。卷绕变频器3设置成无速度传感器矢量控制模式（PID控制模式），用以提高电机的低频力矩。设置矢量控制模式需要电机的相关参数，如知道电机的相关参数，则直接进行参数设置；如不知道电机的相关参数，卷绕变频器3具有自学习模式，运行自学习模式后卷绕变频器3会自动将电机的参数写入变频器中电机参数的相应位置。

卷绕变频器3的U、V、W端子接卷绕电机M1，卷绕变频器3的R、S、T端子使用时通过空气开关QS1接三相交流市电。卷绕变频器3的13号端子设定为速度信号设置端子，16号端子设定为线速度反馈信号端子，21号端子设定为变频器频率输出信号端子，用于反馈卷绕电机M1的转速信号。前述的频率电压转换器2将频率信号转换成与卷绕电机M1的线速度对应的电压信号后传送给卷绕变频器3的16号端子作为线速度负反馈信号。卷绕变频器3的FR端子、11号端子及RR端子对应与可编程控制器8的1000输出端和1001输出端电连接。卷绕变频器3的21号端子及16号端子对应与可编程控制器8的1002输出端和1003输出端电连接。卷绕变频器3的13号端子与信号分配与软起动板4的信号输出端Vout电连接。

信号分配与软起动板4为提供卷绕电机M1运行软起动的功能模块。在球经分经机点动、倒车和正常运行时，首先由可编程控制器8控制将反馈切换成电机频率（转速）反馈，防止起动时，纱线在导纱辊上打滑，引起速度振荡；然后才切换成线速度反馈。卷绕变频器3的13号端子的信号由信号分配与软启动板4的输出端Vout提供，电机点动、储纱、正常运行的速度信号经信号分配与软起动板4处理后缓慢上升或下降，用以防止快速起动和停止将纱线拉断或松弛。

与信号分配与软起动板4配套设置有第一电位器RP1。第一电位器RP1用于设定卷绕电机M1的正常运转的线速度电压信号；信号分配与软起动板4与第一电位器RP1以及可编程控制器8的1004输出端、1005输出端1006输出端及1104输出端（图中显示电连接关系标号KA2、KA4）对应电连接。使用时，信号分配与软起动板4通过空气开关QS2接三相交流市电。

张力电机速度反馈编码器5为600P/R的旋转编码器，张力电机速度反馈编码器5用于检测张力控制电机M2的线速度和转动方向（正转或反转）。

矢量速度控制卡6插接在张力电机驱动变频器7上，矢量速度控制卡6与张力电机速度反馈编码器5电连接。矢量速度控制卡6为满足矢量控制模式要求的PGB2卡。

张力电机驱动变频器7本实施例中优选采用型号为安川616G5-43P7的变频器。张力电机驱动变频器7设定为矢量控制模式下的力矩控制模式，用以控制纱线的张力。张力电机驱动变频器7在力矩控制模式时，能够保证低速与高速的力矩相等，且力矩控制精度为5％。满足张力控制要求。张力电机驱动变频器7的U、V、W端子接张力控制电机M2，张力电机驱动变频器7的FR端子和11号端子与可编程控制器8的1103端电连接（图中显示连接关系KA1）。与张力电机驱动变频器7配套设置有第二电位器RP2，张力电机驱动变频器7的-15V端子、16号端子和17号端子分别对应与第二电位器RP2的三个接线端电连接。第二电位器RP2用于向张力电机驱动变频器的作为力矩信号控制端的16号端子输入0V至-10V的电压信号以设定和控制张力控制电机的力矩。张力电机驱动变频器7驱动的张力控制电机M2处于负力矩状态，提供卷绕恒定的张力。张力控制电机M2工作时处于发电机状态；通过将张力电机驱动变频器7的直流母线与卷绕变频器3的直流母线相连，将张力控制电机M2的回馈电能经张力电机驱动变频器7反馈给卷绕变频器3使用，从而节约能源。

可编程控制器8本实施中优选采用OMRON 公司的型号为CPM-2A的可编程控制器。可编程控制器8实现对球经分经机的各个运动部件的功能控制，包括对存纱架4a、卷绕电机M1所在的车头、振荡器3a等的控制。可编程控制器8使用时接220V交流市电。

电源模块9使用时通过空气开关QS3接三相交流市电，电源模块9输出24V直流电源，为线速度反馈编码器1、频率电压转换器2 和信号分配与软起动板4提供24V直流电源。

卷绕变频器3的主要参数设置如下：

A1-01:4

A1-02:2 无PG矢量模式

B1-01:1 频率信号外部控制端子

B1-02:1 运行控制信号外部控制端子

B5-01:1 PID控制使能

B5-02:0.4 PID P增益

B5-03:2.5 PID I增益

B5-04:100 PID ILIMIT

B5-07:1 PID OFFSET

C1-01:0.5S 加速时间

C1-02:0.5S 减速时间

D5-01:0速度控制模式

E2-01:24.6A电机额定电流

E2-02:1.9 电机额定滑差

E2-03:12A 电机无负载电流

E2-04:6 电机极数

E2-05:0.9 电机直流电阻

H3-01:0 端子13信号电压0－10V

H3-02:100 端子13信号电压增益

H3-04:0 端子16信号电压0－10V

H3-05:B 端子16信号设定为反馈

H3-06:100 端子16信号电压增益

H3-12:1000 模拟信号信号滤波

H4-01:2 21端子输出为频率信号

H4-02:100 21端子输出信号增益。

张力电机驱动变频器7的主要参数设置如下：

A1-01:4

A1-02:3 PG矢量模式

B1-01:0 频率信号控制端子

B1-02:1 运行控制信号外部控制端子

B5-01:0 PID控制不能

C1-01:10S 加速时间

C1-02:10S 减速时间

D5-01:1力矩控制模式

D5-02:1000 力矩信号滤波值

D5-03:2 速度限制值为设定D5-04

D5-04:120 速度限制值

E2-01:8.8A电机额定电流

E2-02:1.9 电机额定滑差

E2-03:3.6A 电机无负载电流

E2-04:4 电机极数

F1-01:500 PG旋转编码器每转脉冲数

H3-04:1 端子16信号电压－10－＋10V

H3-05:13 端子16信号设定为力矩设定信号

H3-06:100 端子16信号电压增益

H3-12:1000 模拟信号信号滤波。

卷绕电机M1所在的车头的卷绕部分采用线速度负反馈的中心卷绕速度控制模式。车速设计最高为400M/MIN；经轴纱线头份最高为400根；单纱最大张力设计为1.5牛顿；卷绕经轴最大直径为1米，经轴最小直径为300MM；机械调速比为I=4；卷绕需要最大扭矩为300N.M；卷绕功率为P=F*V=400*1.5*400/60=4KW；

考虑到经轴最大直径时的卷绕力矩要满足要求、经轴最小直径要满足线速度的要求，因此本实施例中卷绕电机M1优选采用为Y160-6 型11KW的6极电机，该电机额定转速为970RPM，则该电机的额定扭矩为ME=9550*11/970=108N.M；从而分经轴5a卷绕侧扭矩为M=I*ME=432N.M；考虑到在低速普通电机的风扇冷却效果差，电机的出力下降为额定扭矩的80％左右，则低速时M=80%*M=344N.M>300N.M，满足力矩的要求。

考虑到经轴在直径300MM时，线速度(电机额定转速)V=970/4*3.1415926*0.3=228M/MIN，满足不了线速度要求，为此将电机的最高频率设定为90HZ（中心高为160MM的普通电机,短时电机的最高频率可以使用到100HZ）,则最高线速度为V=90/50*228=410M/MIN>400M/MIN，满足车头卷绕线速度要求。

张力控制电机M2本实施例中优选采用型号为Y132-4、功率4KW的电机。该型电机额定力矩为M=9550*4/1440=26.5N.M，机械速比为4，张力辊直径为290MM，则退绕张力F=26.5*4/0.29*2=731N>600N.M，满足张力的要求。当线速度为400米/分时，电机的速度为N=400/(3.1415926*0.29)*4=1759RPM，因此，将张力控制电机M2的频率设定为60HZ(1800RPM)，满足速度的控制要求。

存纱架4a的存纱采用气动存纱装置，采用绳索气缸控制存纱架4a的上下，而绳索气缸由两只气动电磁阀控制，其中一只电磁阀控制存纱架4a上下（存纱架上下对应由可编程控制8的1100端子和1101端子控制），另一只电磁阀用于控制吃存纱时，用以减少吃存纱的纱线张力（对应由可编程控制8的1102端子即储纱辅助向上控制端子控制）。存纱架4a上装有两只开关，其中一只为存纱架4a水平位置接近开关，其由可编程控制8的010端子控制；另一只为存纱架4a初始位置开关，其由可编程控制器8的004端子控制；还有一只存纱满行程开关，其由可编程控制8的005端子控制，当存纱满时，停止倒车功能。

为了防止正常工作时分经轴5a从车头的驱动轴上落下，驱动轴上装有分经轴5a的锁定装置，锁定装置由可编程控制器8的1202端子控制气动电磁阀执行，上轴完毕后，将分经轴5a锁定。需要落轴时，释放锁定装置。锁定气缸为磁性气缸，上面装有用来检测汽缸位置的2个磁性开关，其分别由可编程控制器8的105端子和106端子控制，分经轴5a的刹车采用液压制动盘，由可编程控制器8的1107端子控制气压阀从而控制液压增压缸从而通过控制制动器的油压以实现分经轴5a的制动。

车头的速度控制分为点动速度、存纱速度和正常运行速度，其分别对应由可编程控制器8的1004端子、1005端子和1006端子来选择和控制。存纱速度是在存纱和吃存纱时车头的卷绕速度。分经轴5a的正转和反转由可编程控制器8的1000端子和1001端子控制。可编程控制器8的009端子为经轴装卸/运行控制端子，其通过一开关控制分经轴5a的装卸和正常运行，当其在装卸经轴位置时，可编程控制器8控制释放分经轴5a和振荡器3a的刹车，待装好经轴、将纱拉动重新引入分经轴5a且纱排好筘齿引入分经轴5a后，再将经轴装卸/运行控制开关打到运行位置，机器即可以继续正常运行。

以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims

1.一种球经分经机的纱线张力控制系统，包括用于驱动球经分经机的分经轴的卷绕电机和用于驱动球经分经机的振荡器及张力辊的张力控制电机，其特征在于：还包括：

卷绕变频器，用于驱动卷绕电机；

张力电机驱动变频器，用于驱动张力控制电机；

线速度反馈编码器，用于检测和反馈卷绕电机的线速度；

2.根据权利要求1所述的球经分经机的纱线张力控制系统，其特征在于：还包括：

信号分配与软起动板，用于接受所述的可编程控制器的控制并向卷绕变频器提供软起动信号。

3.根据权利要求2所述的球经分经机的纱线张力控制系统，其特征在于：还包括：

4.根据权利要求3所述的球经分经机的纱线张力控制系统，其特征在于：还包括：

电源模块，用于为线速度反馈编码器、频率电压转换器和信号分配与软起动板提供24V直流电源。

5.根据权利要求4所述的球经分经机的纱线张力控制系统，其特征在于：所述的卷绕变频器为安川616G5-4011型号的变频器；张力电机驱动变频器为安川616G5-43P7型号的通用矢量型变频器。

6.根据权利要求5所述的球经分经机的纱线张力控制系统，其特征在于：所述的卷绕电机为Y160-6型、功率11KW的电机，卷绕电机的频率设定为90Hz；张力控制电机为Y132-4型、功率4KW的电机；张力控制电机的频率设定为60Hz。

7.根据权利要求6所述的球经分经机的纱线张力控制系统，其特征在于：所述的可编程控制器为OMRON公司的型号为CPM-2A的可编程控制器。