6ES7223-1PM22-0XA8正规授权
1 引言
无梭织机的主传动一般都采用高转矩三相交流电动机驱动，通过三角皮带和离合器来传动主轴和其它的机构，变速时更换皮带轮，停车时采用制动装置。传统的织机主传动系统中离合器和刹车片的磨损以及皮带的打滑都会使起停性能逐渐变差，需要定时更换维修;另外，使用交流异步电动机织机只能通过更换皮带轮实现有级调速。当织机在慢速寻纬时还需专配一台小电机带动相关机构完成，从而增加了机械的复杂程度和维护难度。中低档挠性剑杆织机的电控系统一般都采用电子元件或集成线路板与继电器组成的电控系统。织机停车故障的引入信号主要为断经和断纬，其中由压电陶瓷传感器引入的纬纱信号为连续模拟小信号，而上述电控系统是通过继电器实现逻辑控制的，不能对该模拟量进行有效的运算处理;在现场控制中，由于电网电压波动、机器振动等干扰因素，使断纬电信号检测失误，造成织机无故停车，直接影响到织造质量和机器效率。
近年来比利时毕佳乐公司引入了一种新型交流调速电动机传动系统—开关型磁阻电动机(SRM，称作Sumo马达)传动系统，该公司生产的无梭织机均将Sumo马达作为织机的标准配置。由于该类电动机结构简单坚固、工作可靠、效率高，因此由其构成的传动系统运行性能和经济指标比普通的交流电动机，甚至比晶闸管－直流电动机系统都好。Sumo马达基于可调节磁阻技术，可直接启动织机，无需离合器和制动装置，有相当快的响应速度。
针对现有剑杆织机电控系统的上述缺陷，本文提出了一种利用可编程控制器系统取代原电子元件、集成线路板、继电器的开关磁阻电机控制系统，使其性能得到进一步的改善。
2 无梭织机主传动系统控制要求
2.1 织机的启动
按下启动按钮，能够正常启动开车;织机正常开车的前提条件是:左右墙板上安装的光电安全装置处无障碍物，找纬信号开关断开，经停、纬停装置处于无断经、断纬状态，紧急停车按钮释放。
可实现点动操作。当按下点动按钮时，剑杆织机剑头动程和速度大小由手控按钮的时间长短来决定。
2.2 织机的制动
断经停车:断经可能发生在织机的任何角度，其停车按图1所示时序进行。这里涉及到一个“刹车角”的概念，即刹车动作开始到织机完全刹停的角度，本课题的织机刹车角为90°(310°～40°)。当检测到断经发生时，织机一直运行到310°时开始刹车，40°时刹车动作完成(此时织机负载大，有利于刹车)，然后再返回到320°综平位置(有利于穿经)，至此断经定位停车动作完成。
图1 断经停车
断纬停车:断纬一般发生在织机的引纬过程中，其停车按图2所示时序进行。在织机的90°—290°区域检测纬纱状态(正常时该区域内有纬纱信号输出)，织机一直运行到310°时开始刹车，40°时刹车动作完成，然后再返回到前一纬的40°(开口大位置，有利于处理纬纱)，至此断纬定位停车动作完成。
图2 断纬停车
在织布达到预先设定的长度后或当遇到换班、临时检修等时，可使织机停于经停位置;出现紧急状态时，按下停车按钮使织机停车，此时停车位置不受主轴转角的限制。
2.3 织机的调速
当织制不同品种需要改变织机转速的时候，可以通过直接调节电机转速来实现。
3 系统的硬件设计
3.1 织机的选取
织机选用实验室样机，其额定转速300r/min。用开关磁阻电机取代原有的电机、皮带轮、离合器和制动器。
3.2 开关磁阻电机
试验选用国产的通用开关磁阻电机。其主要技术参数如下:额定功率3kW，额定转矩19.1N·M，额定转速1500r/min，转速范围30～2000r/min，输出特性:恒转矩(30～1500)，启动转矩28.6N·M，制动转矩19.1N·M。
3.3 自动寻纬功能的实现方案
传统剑杆织机配备有辅助传动机构，由一功率较小的电动机驱动，使织机以较低的转速正转或反转。当经停或纬停发生时，低速电机将以预定的方式驱动织机的有关机构进行找断纬和对织口等操作。在本系统中，由于主电动机采用开关磁阻电动机，并由PLC进行控制，调速方便。因此，省去原来的辅助传动机构。直接由主电机完成原来辅助传动机构的操作。
其方案示意图见图3:
图3 方案示意图
在织机正常运行时，图中4向左移动和5啮合，电动机通过齿轮3带动主轴、齿轮2带动开口机构等运转。当需要做寻纬等慢速动作时，控制器发出信号，图3中4向右轴向移动，于是4和5脱开，主轴脱离电机转动系统。电动机通过齿轮1、2只带动开口等机构慢速反转。慢速反转结束后，在正常开车前，4再向左轴向移动与5啮合，从而再次带动主轴正常运转。在织机正常启动运转时，其主轴转速为300r/min，试验用齿轮模数为6，齿数分别为Z1=23、Z2=57、Z3=57，从电机到织机主轴的传动比为2.5。
3.4 PLC控制系统的优势及选取
与传统的继电器逻辑控制相比，PLC具有的主要优势为:可靠性高，逻辑功能强，体积小;采用软件编程来实现控制任务，改变控制功能只需改变程序;PLC以继电器逻辑梯形图为编程语言，学习方便;抗干扰能力强，能够在恶劣的环境下可靠运作。现代PLC已经成为工业自动化领域中重要、应用多的控制设备。从国内纺机厂的生产状况分析看，江苏高淳、山西经纬、无锡龙力等，均采用以PLC为核心并配以旋转光电编码器为检测元件作为主要电控器件，既简化了硬件设计，减少故障点，又提高了系统的可靠性和稳定性，得到了用户肯定。这表明该系统设计已趋成熟。
PLC的选取考虑两个问题:PLC的容量和选择何家公司的PLC及外设。本系统包括以下输入输出点，见表1:
表1 I/O点数
本系统共包括24路开关量，4路模拟量。因此选用松下电工的型号为FP1C40的PLC。其有24个输入点和16个输出点，另加一FP1-2D/A扩展单元，扩展单元可扩展4个模拟点，可以满足本系统的要求。
FP1是松下电工的FP系列产品中一种功能很强的小型机，虽然其进入中国市场较晚，但由于设计上的独到之处和优良的控制功能，一经推出就很受欢迎。FP1主控单元内有高速计数器，可输入高达10kHz的脉冲，并可同时输入两路脉冲。还可输出频率可调的脉冲信号，具有8个中断源的中断优先权管理。通过主机上配有的RS-422或RS-232接口，可实现PLC和PC机之间的通信。FP1的硬件配置较全，主机可通过外接I/O扩展单元(扩展单元为一些扩展I/O点数的模块，由E8～E40系列组成)。FP1的智能单元主要有A/D、D/A模块。当需要对模拟量进行测量和控制时，可以连接智能单元。
4 系统软件设计
该系统软件程序的流程框图如图4所示:
图4 系统软件程序的流程
程序开始首先选择系统的运行方式，即自动还是点动。选择自动按钮时，系统将进入自动运行状态，首先判断紧急停车信号、安全信号、经停、纬停、定长和定位信号的状态，如果上述信号都未接通，则PLC通过输出继电器向电机输出正常启动所需要的电压，织机在电机带动下迅速启动。如上述任一信号接通，则程序立即转向相应的子程序。待子程序执行完毕，相应的信号复位后可重新开车。
由此由主轴正常转速400r/min，得电机正常转速为400×2.5=1000r/min。在电机需要慢速倒转带动开口等机构运动时候，同理可得电机的转速应该为30×2.5=75r/min。所选的开关磁阻电动机的调速控制由电位器的给定电压来控制，向电位器给定正向电压则电动机正转，反之则反转。电位器给定的电压范围为-10V～＋10V，对应输出转速从-2000n/m～＋2000n/m成比例变化。从PLC控制的角度看，所选用的松下FP1模拟量输出电压范围为0～10V和0～5V两档，选择档，对正常启动时向电位器输出5V电压;对慢速转动时输出电压0.375V。对于输出负电压则在接线时反结电位器即可。
5 结束语
通过本系统设计、试验，得到如下结论:采用PLC控制，使主传动控制系统硬件电路大为简化，系统运行可靠;同时还可扩展为整台织机的控制器，以实现整机的协调工作，提高织机的自动化程度。采用开关磁阻电动机调速方便，省去了电磁离合器等零部件，当织机在慢速运转和寻纬时无需专配小电机，由主电机直接带动主轴完成，降低了机械的复杂程度和维护难度，生产效率也同时提高
1 引言中国铝业公司青海分公司采用先进的160kA大型预焙阳极中间下料电解槽，提供直流电流的整流系统采用110kV直降式有载调压整流变压器和二极管整流电路，共有四套整流机组，单机组额定输出直流为1150V、56kA;正常为四套机组同时运行，各输出40kA、1150V的直流电，共输出直流为160kA、1150V;当有一套机组退出运行后，其余三套机组各输出53.3kA、1150V的直流电用以满足铝电解的正常生产。整流系统的整流器采用二极管三相桥式同相逆并联整流电路，变压器采用分段中性点调压变压器和整流变压器组合，具有±35级调压，稳流控制采用有载调压开关进行粗调，饱和电抗器进行细调的控制方式。由于电解铝厂的整流供电系统通常要求是终端变电站，监控和继电保护设置比较单一、简单，但性强，可靠程度要求很高。因此，项目采用了微机监控保护装置和综合自动化系统，对稳流部分采用了PLC控制的方案。本文主要介绍自动稳流控制部分的组成及控制特点。
2 系统配置为了独立于保护和监控系统而自成一体，避免相互干扰和影响，稳流系统全部采用AB公司SLC-5/04系列PLC组网，该PLC具有专用的DH+通讯网，通过专用板卡直接可与服务器相连。PLC之间的信息交换通过DH+网络通讯来实现，图1为网络结构。
图1 PLC组成的网络结构稳流控制PLC按照N+1的原则配置，对4台整流机组各配置PLC，以实现小闭环控制;配置一套总调PLC，以实现大闭环控制。整流机组小闭环控制PLC用于单台机组的稳流控制，其目的是用PLC的PID控制器实现单台机组的直流输出与给定值相一致，以达到单台机组的稳流，并通过调节饱和电抗器偏移绕组的电流来实现同一台机组两个整流柜之间输出电流的平衡。采用一套总调PLC完成大闭环控制，调节所有的整流机组，大闭环总调的PID输出作为整流机组小闭环PID的给定值，使所有机组的直流输出相同。当产生阳极效应时，可同时调节所有机组饱和电抗器的控制绕组电流，如无法满足稳流要求时，可自动判断降档升压。另外，大闭环还可实现恒安时控制、大需要控制、整流机组启停等功能。SLC-5/04 PLC具有PID运算功能和指令，可对系统做动态控制;有DH+和RS-232两个通讯口;机内配有高速计数器，以适应对机外高速信号的计数要求，CPU带有两个计数频率高达2kHz的高速计数器，每个计数器可用程序复位，并可设置成加法计数、减法计数或相位差90°的两个脉冲序列;为系统备有专用的数字扩展模块(EM)，可以很方便的对系统的输入输出点做扩展;具有灵活的中断输入，以极快的速度响应中断请求信号。
3 自动稳流控制3.1 信号取样由于目前国产直流互感器的温漂做的不好，信号失真大，磁放大时间常数太长，不利于即时准确的控制等原因，稳流系统小闭环反馈信号取自于整流一次侧交流信号;稳流系统大闭环反馈控制信号取自于总直流互感器，经变送器把小信号传至总调PLC;整流系统总的输出电流由上位计算机系统通过通讯方式来设定。3.2 控制功能在自动稳流系统中，PLC主要完成整个系统的逻辑顺序控制及所有PID回路控制。其主要包括以下几个部分:(1) 恒流控制恒流控制是将机组的直流输出电流经变送器变换后反馈到PLC的输入端，与给定信号作比较后送给PI调节器进行控制。控制结果转换成控制输出脉冲并经功率放大后，去触发晶闸管整流电路的占空比，改变饱和电抗器的控制电流，从而达到机组电流稳定的目的。(2) 平衡控制由于饱和电抗器的特性不一致，经常造成机组之间以及同一台机组两个整流柜之间输出电流有较大的差别，使整流机组达不到额定出力。因此，把一台整流柜(A柜)的输出电流作为PLC的给定，另一台整流柜(B柜)的输出电流作为PLC的反馈，两者比较的结果通过PI调节器调节后，去改变A柜饱和电抗器的控制电流(B柜的控制电流保持不变)，使两个整流柜的直流电流始终保持平衡。此时，PLC输出2个4~20mA的信号，分别控制整流机组的A/B柜稳流。(3) 总调控制前已提及，电解槽所需总的直流电流等于几台单机组输出电流之和。由于单机组稳流可实现单机组输出电流稳定，为了使电解槽所获得的总电流更加jingque稳定，将总电流经互感器反馈至PLC输入端，与上位计算机的给定值进行比较计算，输出的结果作为单机组稳流的分调给定，从而提高整个电流稳定精度。总调PLC输出4个4~20mA的信号，同时用于控制4个整流机组的总调给定。一般饱和电抗器的控制深度为60V左右，当其饱和或截止时，PLC能自动调节变压器有载开关的升降，从而使总电流不论在多大的电压波动情况下，均能达到稳流的目的，扩大了调压范围。(4) 恒安时控制每3分钟实测一次电解电流值，并将在1小时内实测的电解电流值累加，累加结果与设定值进行比较，根据所求差值与小时剩余时间自动调整设定电流，以达到安时偏差自动控制。3.3 控制方式稳流系统采用了四种控制方式。(1) 自动/总调方式在此方式下，有载开关升降档指令均由计算机控制。有载开关升降操作是通过饱和电抗器控制电流来确认有载开关的升与降，这个动作不影响系统的单个有载开关位置。如果机组的一个有载开关发生升或降的要求，这要求将送入计算机并引起所有机组有载开关同时升或降。(2) 手动/总调方式这种方式允许操作员进行总调，同时动作向上或向下，有载开关升降档通过外部按钮来实现。机组总的调整与自动/总调方式相同。(3) 自动/分调方式此方式用于单个机组与其他机组有不同基准的情况下。此时，本机组有载开关升降不起作用。(4) 手动/分调方式此方式用于单机组与其他机组有不同基准的情况下，希望由本机组有载开关升降来调整本机组的电流。不管是何种控制方式，都是通过调整饱和电抗器控制绕组的控制电流对整个整流系统进行细调。判断是否需要调控有载开关，是通过检测4台机组的有载开关档位来确定应动作哪台机组的有载开关。当需要升压时，动作低级;当需要降压时，动作。通常是4台机组有载开关联动。
4 结束语原有稳流系统采用了模拟电路控制饱和电抗器来调节电流的方法，致使调试工作量大，控制精度低，在实际运行中时常发生进线刀闸乱动，动力变莫名其妙跳闸，数据报表与实际不符等现象。我们将原有稳流部分采用PLC控制后，使系统显示出以下几个特点:(1) 可靠性和稳定性得到了很大的提高，故障率明显下降;(2) 由于PID调节器由PLC软件实现，使得整个系统的接线简单，易于安装，维护量减小;(3) 不需同步信号，无相序要求，系统变得易于调试;(4) 饱和电抗器的控制特性是非线性的，PLC能自动识别其工作范围，从而自动改变控制参数，提高了输出电流的稳流精度(单机组稳流精度达到了0.5%);(5) 操作简单，可方便地与计算机或其它设备通讯
