无纺布卷绕机张力控制系统设计

无纺布卷绕机张力控制系统设计

徐华良

(宏大研究院有限公司100176)

摘　要　介绍了无纺布卷绕机张力控制流程和控制系统的设计思路。通过应用Montalvo 张力控制器、施耐德PLC 和变频器在无纺布卷绕机上的应用,很好地提升了卷绕机的静态和动态特性。关键词　无纺布　卷绕机　张力控制　变频器

1　前言

目前纺织工业在全世界普遍处于低潮期,惟独无纺布行业保持着8%～10%的增长,而卷绕机是非织造布生产线的最后一环,对于成卷产品的质量有着重大影响,保持高精度、稳定的张力控制尤为重要。

2　卷绕机控制系统的硬件设计

本机的电气控制系统设计中,采用PLC 作为控制核心代替了以往繁琐的继电器控制线路,实现了各种逻辑控制和时序控制,可根据需要实现手动和自动换卷,以满足各种工艺需要;主机驱动采用变频调速闭环控制;在张力控制方面,一改以往浮动辊、角度传感器等粗糙的控制手段,选用美国Montalvo 公司的S -3110ce 型数字式张力控制器,配合PLC 高速的模拟量运算,很好地实现了卷绕机高精度和稳定的张力控制要求。2.1　PLC 的选用

通过上述介绍结合近年来国内外同类设备的发展信息,总体看用于非织造布生产的烘燥机大多采用圆网式,设备将向个性化、多品种、大幅宽、大直径圆网、高效高速、提高自动化控制水平、适宜配套成线使用和节能、降低操作费用的方向发展。

5　发展方向和趋势

511　为能适应非织造布流程的多样性,满足工艺要

求的各种变化,以及客户对设备高中低不同档次的

需求,现阶段及今后一段时期,多样式、多品种、多规格、单台小批量,个性化开发设计的设备仍将是其主要发展方向。512　随着前道工序如纺粘、梳理、成网设备和针刺、水刺、热轧等加固设备幅宽的不断加大,特别是带有交叉铺网机的生产线,对烘燥机的门幅必将提出更宽的要求。伴随着梳理机产能的不断提升和纺粘水刺生产线等新型非织造布流程设备的开发,烘燥机将向采用大直径圆网或更多圆网串联设置的高速、高效、具有更大烘干能力的方向发展。513　进一步发展完善除导热油、电热管外的远红外线和燃气、轻油直燃式烟道气等多种加热方式,为烘

燥机提供更多的选择方案,适应不同客户的需求。

随着国家节能减排政策推行力度的加大,特别应对高效、节能的直燃式加热技术的发展着重给予关注。514　机器型式仍将以圆网式占据主导地位,但也不排除个别平幅烘燥设备。

515　伴随着近年来电气技术特别是交流变频调速

技术的迅速发展,交流变频调速技术日渐成熟普及,

主要元器件价格的降低,机器越来越趋向于各独立的传动单元设置,各单元间的速度调节同步通过交流变频器、旋转编码器和PLC 进行控制调节。循环风机也越来越多地采用变频调速技术,通过调节其叶轮转速改变循环风量、风压,以适应烘燥工艺的变化。总之,交流变频调速技术的成熟完善,成本的下降,使应用得到普及,将大大简化复杂的机械式调速传动结构,使控制操作更简单,设备更廉价。

参考文献

[1]　王延喜.非织造布生产技术[M ]1上海:中国纺织大学

出版社,1998.

[2]　郭秉臣.非织造布学[M ]1上海:中国纺织大学出版

社,2002.

63・产品开发・ 纺织机械　2009年第3期

该系统PLC选用了施耐德Twdio系列可编程控制器,它是一款高速、智能的小型PLC,专为简易安装和小巧紧凑的机器而设计,具体配置为:一体式PLC:TWD LCAA40DRF,　1台;

16点开关量输入模块:TWD DDI16D T,1台;

16点开关量输出模块:TWD DRA16R T,1台;

2点模拟量输入模块:TWD AM I2HT,1台。

2.2　变频器的选用

该控制系统主电动机驱动选用了施耐德A TV71系列矢量控制变频器,为保证控制精度,变频电动机采用编码器矢量闭环运行,同时该变频器集成MODBUS接口与PLC的485接口连接。2.3　张力控制器的选用

Montalvo公司S-3110ce型数字式张力控制器的应用是本控制系统的最大亮点。张力检测器通常是成对使用,2个检测器的输出信号总和得出实际卷材张力值。每一个检测器内置有2个串连应变电阻片,两个检测器共4个应变电阻片组成惠斯通电桥,两端通上5VDC电压,检测器因卷材张力而受压,从而导致电桥的阻值变化,输出信号的电压值也随之变化,此信号被送入控制器进行放大和校准,控制器可提供4～20mA或0～10VDC的控制信号输出,因而S-3110很容易与其他张力控制设备配套使用,如制动器、离合器和变频器等。

该张力控制器可在自动模式或手动控制模式下运行。

2.3.1　自动模式功能(闭环)

通过键盘和数字显示屏设定所需张力值。从张力检测器反馈的张力信号经过放大校准后在数字显示屏上显示实际的张力值,这一信号与预先设定的张力值相比较,控制器自动调整输出使实际张力值与预设张力值一致。由于卷材本身是此闭环系统的一部分,因而控制器可以迅速补偿由于速度、卷径变化或其他因素而造成的张力波动。

2.3.2　手动控制模式功能(开环)

通过键盘和数字显示屏设定所需输出值。在手动模式下,检测器测出卷材的实际张力并显示在张力表和数字显示屏上,但控制不能自动完成,操作人员必须调整控制器输出以确保获得恒定的张力。

3　控制系统设计

3.1　张力控制原理

张力控制原理框图如图1

所示。

图1　控制原理框图

由于设备工艺速度范围宽2～100mΠmin,为防止由于卷材断裂和工艺速度调节等原因造成飞车,本控制系统摒弃了传统的扭矩控制方式,采用速度同步控制辅以张力微调控制方式,PLC接收来自成网机(或其他前续设备)的4～20mA速度主令信号和来自张力控制器的经PID运算的控制信号(4～20mA),经PLC合成运算,再通过MODBUS总线将频率信号写入变频器,PID模型(如图2所示)和运算公式如下

。

图2　PID模型

卷绕速度=成网机主令速度-S1+C(t)×

BmaxΠ20mA

式中:

S1———速度常量,可设定为0.2～1mΠmin,这是因为工艺速度范围宽,防止成网机主令速度>卷绕速度,为PID张力调节留出下限;

C(t)———张力控制器输出的经PID调节的控制信号;

Bmax———速度常量,是张力调节的最大速度,为PID调节上限,可设定为2～10mΠmin。

3.2　工作原理

卷绕机启动时,张力控制器工作在OFF状态,没有输出,卷绕机速度与成网机主令速度同步,这是生头速度。前续设备准备好无纺布卷材时,按工艺要求连接至卷绕机上,将张力控制器设定在ON工作状态,并设定合适的张力值,调节控制器的手动输出值,观察控制器的液晶屏,当卷材建立了接近设定

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纺织机械　2009年第3期 ・产品开发・