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平印花机自控系统特点分析(上)

1.概述

磁棒平印花机(简称平印花机)是纺织印染行业特别是毛巾（含浴巾、沙滩巾、装饰巾、毛巾挂毯等即便在整平性能非常好的镀液中进行镀覆）制造企业的重要生产设备。平印花机由橡胶输送带（简称导带）输送毛巾运动，多个平在毛巾上套印不同的颜色，其印花及套色的准确性直接影响毛巾成品的美观和质量等级，因而要求拖动系统定位准确；为了提高生产效率，降低成本，又必须保持一定的印染速度。若速度过快，惯性太大，导带难以停稳，定位套色必然不准，这是一个不可回避的矛盾。在湖南某毛巾厂，我鼓励更多商家加入到“绿动计划”中来们以三菱工控产品为主体，设计了一个印花机自控系统，发掘了变频器的功能，巧妙地利扁顶针用它进行定位控制，以较少的投资平衡了上述矛盾，技术改造方案达到了预定的目标。

2.平印花机的工作原理

首先在导带的预定位置用乳白胶粘贴白色毛巾坯，然后启动变频器驱动三相笼n—倍频程(oct)型交流异步电机，电机经蜗轮减速机减速后拖动导带，当导带上的毛巾对准印花平的位置停稳后，平框下压贴紧毛巾，框内放置的细圆磁性钢棒在输送带下方的磁场控制器驱动下往复滚动，将平内放置的颜料透过镂空的图案印染到毛巾上。第一个颜色的图案印完了，框抬起，导带将毛巾送到下一个框位置停稳，开始第二个颜色图案的印染………，直到多个颜色（一般8~10个颜色）依次套准印完，一条彩色毛巾才告完成，而第二条毛巾紧接着第一条毛巾不间隔地套色印染………周而复始，连续作业。每条毛巾印染完成后，随即送到隧道式蒸汽烘房内烘干，然后绞边、整理、质检、包装，直至入库出厂。

3.平印花机自控系统主要配置

·三菱多功能矢量控制变频器：FR－A540－7.5K－CH（内置制动单元）1台

·上海稳达RXLG铝合金外壳变频器制动电阻 75Ω/780W 1只

·三相笼型交流异步电动机：Y系列，4极，7.5kW 1台

·三菱可编程控制器：FX2N-48MR-001（继电器输出、I/0=24/24、内置高速计数功能）1台

·台达旋转编码器：ES520CB8942（增量式、集电极开路输出、解析度2000ppr）1台

·三菱4.4英寸触摸屏：F930GOT-BWD-C（STN蓝白两色） 1台

·明纬开关电源：S-

（220VAC / +24VDC；对编码器和触摸屏供电）1台

4.平印花机负载的机械特性和变频器的选型

平印花机的电气拖动主要是驱动橡胶导带运动，其阻力矩T另外L取决于导带和传输辊之间的摩擦力FL与传输辊半径r的乘积，即TL=FL×r。在这里，传输辊的半径r是恒定不变的，摩擦力FL的大小也与转速无关。这是典型的恒转矩负载机械特性。因此，初步选用三菱A540系列变频器。

三菱A540系列变频器具有如下特性：

·采用先进的磁通矢量控制。由于采用了精简指令集计算机RISC微处理芯片，使之具有全新的自动调整功能，使电机在不影响启动速度的情况下迅速得到调整，从而在不安装编码器反馈PLG板低速运行时，达到高精度运行和高转矩输出。

·具有多段速度选择功能：它有高速RH、中速RM、低速RL、第二加/减速时间选择RT、漏型公共输入端SD等端蛭石子，可以通过PLC的输出点直接控制输入端子的ON/OFF状态来实现变频器速度的上升、下降和精确停车。每档速度的大小可由变频器功能预置来设定。

·运用了三菱首创“柔性脉宽调制”（Soft-PWM）开关方式，实现更低噪音运行，并能减少对外射频干扰，有利于邻近的PLC、旋转编码器的可靠运行。

·调速范围：1：120（0.5Hz~60Hz运行时），采用自动调整后,可以在不同的品牌的电机上实现高精度运行。

·11kW以下的规格型号内置制动单元，外配制动电阻即可实行直流制动（能耗制动），实现快速停车。

综合多种因素，我们选定了三菱FR-A.5kW-CH变频器。因三菱原装制动电阻价格较贵，技术含量不高，故外配上海稳达RXLG型铝合金外壳制动电阻。另外，我们曾经在变频器上安装编码器反馈PLG选件板FR-A5AP，使变频器、电机和编码器组成一个速度闭环，能使电机速度变动率达到±0.02%（万分之二）。经试验证明：变频器安装PLG板的方法更适合于高精度转速控制，而我们在这里是要利用变频器的多段速度选择和A540的高性能来进行定位控制，采用PGL板反而与控制要求有冲突，出现较大的定位糖果机误差，因此取消了PLG板。

5.其他主要自控设备的选型

5.1 PLC的选型

三菱FX2N型PLC是目前市场占有量较大的机型，具有很高的性价比。它内置多个高速计数器。经过试验，我们采用两相两计数输入、频率为30kHz的C251计数器，将编码器的A、B输出端与PLC的X0、X1输入点相连，可以稳定地捕捉、记录编码器的脉冲信号。根据系统输入输出点统计结果，我们选用24点输入/24点输出、继电器输出型的FX2N-48MR，I/O点留有一些裕量。

POS机

FX2N-48MR的输出点的外部接线方式为分组式，有COM0~COM5共6个COM点与24个输出点对应，可以灵活地选择输出点的电源形式。如Y0、Y1、Y2、Y3直接与变

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