浅谈清梳联电气控制对生条质量的影响

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摘　要:介绍了清梳联电气控制体系的构成,各控制单元的工作原理、应用实践、应用效果以及解决清梳联生产线的常见电气故障,保证生条质量稳定的应用实践。

关键词:压力控制;集中控制;连续喂棉;PID　 　在大力倡导节能降耗、节约用工的背景下,越来越多的企业提出了要合理使用清梳联,用清梳联装备改造传统的开清棉与梳棉机,以达到提高产能和质量、降低能耗的目的。为此,在走访了国内使用清梳联企业的基础上,进行了系统总结。在走访和调研中发现,大多数纺织厂仍采用挡车工只负责简单操作和开关设备;电气人员负责维修处理电气故障,保全工负责维修机械故障的工作模式。这种工作模式已不适合应用在关联性较强的清梳联生产线中。众所周知,清梳联是一个系统工程,各机台之间的控制相互联锁相互嵌套,往往一个比较简单的电气故障,若不能及时解决,就会导致全线停产,造成较大的能耗浪费,且对生条和成纱质量指标稳定极为不利。 1　清梳联电气控制体系的构成 郑州清梳联生产线的电气控制系统可分为4个单元:a)清花单元机自动控制单元;b)梳棉单元机自动控制单元;c)清花和梳棉集中联锁控制单元;d)管道压力反馈控制单元。这4部分相辅相成,共同构建了整个清梳联电气控制系统的脉络。 2　清棉、梳棉设备的自动控制单元及应用实践 在清梳联流程中,大多数的清棉、梳棉单元机自身都有一套符合设备使用要求的电气自动控制系统,各单元机的全部设计动作、功能主要由这部分系统来控制完成。在清梳联流程中,它一般要满足两方面的控制要求:a)在设备没有给棉信号时,保证其始终处于给棉待机的工作状态;b)在设备接收到给棉信号后,保证其能够准确、快速的进入到相应的工作状态中。 以FA006系列往复抓棉机为例,抓棉机本机的控制包括从显示面板工作参数的输入、与PLC数据传输、PLC根据设定的工作参数,来控制抓棉机的行走、找包、抓取,这一系列动作,都是由抓棉机本机的电气控制系统完成的。 当FA006系列往复抓棉机在没有接收到给棉信号时,抓棉机的抓棉臂下降到距离棉包实际高度一定距离处,打手启动,抓棉小车位于棉包抓取位置,设备处于抓棉待机状态;当FA006系列往复抓棉机接收到给棉信号后,抓棉臂自动下降到棉包实际高度,抓棉小车按照设定的抓棉区域,开始进行往复抓棉工作。其中,给棉信号由FA028系列多仓混棉机的控制单元发出并经集中控制单元输出到FA006系列往复抓棉机的电气控制单元,详见图1所示。 3　清梳联集中联锁控制单元及应用实践 在清梳联流程中,由于是将不同型号、不同功能的设备,按照一定的工艺流程进行排列组合,因此前后机台之间就需要通过相互的联锁控制,来满足生产的需要。早期的清梳联联锁控制是通过各个机台之间大量的连接线、继电器以及按钮等电气元器件组成,结构复杂、臃肿,而且由于设备自身控制系统和联锁控制之间的相互层层嵌套,使出现故障后不容易查找排除,设备运转可靠性差。 现在清梳联电气系统引入了集中控制概念。单元机之间原先的大量互连线、继电器等元器件,被PLC中的I/O端口和内部辅助触点所代替,不但加强了设备之间的逻辑控制,而且使操作、维护起来更加方便、快捷。 例:FA028型多仓混棉机与FA006D型往复抓棉机之间所有相关设备的联锁信号,均接入PLC控制单元中,其对应的内部辅助触点串联使用。当设备启动满足给棉条件后,输入端使能对应的PLC内部常开触点闭合,能量流经闭合的触点到达PLC输出端。PLC控制单元输出给棉信号,控制FA006D型往复抓棉机进行抓棉工作。 4　清梳联输棉管道压力控制单元及应用实践 清梳联输棉管道压力控制单元是整个清梳联控制体系中的核心,连续喂棉装置则是管道压力控制单元的核心,起着承上启下,协调清花和梳棉供求关系的重要作用。连续喂棉装置的合理使用可以快速稳定系统供棉,降低梳棉机生条质量的波动。 4.1　清梳联输棉管道压力控制 清梳联输棉管道压力控制单元的构成,是基于自动控制系统中的反馈理论。反馈的要素主要有3个部分:测量、比较和执行。即测量关注的变量,与期望值相比较,用该误差纠正调节控制系统的响应。 在清梳联输棉管道压力控制单元中,压力传感器是测量元器件,连续喂棉装置是比较元器件,而辊筒清棉机(如:FA109系列三辊筒清棉机、FA111系列单辊筒清棉机、JWF1124系列单辊筒清棉机等)和多仓混棉机(如:FA028系列多仓混棉机等)共同构成的给棉系统是执行元件。压力传感器检测输棉管道的压力,并将检测到的压力值转化为0~10V的模拟量信号,传输到连续喂棉装置中,再由连续喂棉装置将接收到的模拟信号,计算还原成管道压力实际值,与管道压力设定值(期望值)相比较,计算实际值和设定值之间的误差并经过自身P、I、D参数整定后,输出一模拟量信号控制辊筒清棉机输棉帘速度,从而达到修正管道压力的作用。辊筒清棉机给棉电机的变频器按设定的比例关系控制着多仓混棉机出棉罗拉的转速。其联锁控制关系如图2所示。 4.2　清梳联连续喂棉P、I、D参数的整定 郑州清梳联的连续喂棉装置其实是一种PID调节仪表,它根据被控过程的特性来确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。反映在清梳联系统上,其直接关系到供棉系统的稳定与否。在使用中,连续喂棉管道压力期望值(或者是目标值)是由用户根据梳棉机机台总产量、输棉管道连接位置等情况自行设定。 P、I、D参数整定的方法很多,概括起来可分为两大类:一是理论计算整定法,它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接使用,还必须通过生产实践进行调整和修改。二是生产实践模糊整定的方法,它主要依赖生产实践经验。先输入一经验值,控制系统直接在试验中进行,然后再根据生产的实际状态进行修正。这种方法简单、易于掌握,在实际生产中应用较为广泛。 郑州清梳联连续喂棉装置的P、I、D参数设定,多数使用后一种方法。先大致设一经验值,然后根据生产现场喂棉管道压力波动范围的大小、给棉响应的快慢进行修正。其经验值为:P(%)40~60,I(min)10~20,D(min)0~5。经验参数设定完毕后,观察管道压力的变化,根据管道压力曲线波动的状态进行参数修正[3]。使管道压力实际值的波动范围稳定在设定值±20Pa之间,见图3。   在参数修正上,一般按照从小到大的顺序,先修改比例系数P,然后是积分时间I,最后再修正微分时间D,边修正边观察管道压力波动范围。如果发现输棉管道压力实际值在设定值的左右变化比较频繁,应适当增大比例系数;如果输棉管道压力在偏离设定值的过程中恢复比较慢,应减小积分时间;如果输棉管道压力围绕设定值的波动周期较长,应增加积分时间。微分时间影响输棉管道压力波动的频率,如果波动频率较快,应减小微分时间;反之,应增加微分时间。在整个调整过程中,要多看多试多分析,最终的目的是保证输棉管道压力实际值围绕着期望值稳定有序地上下波动。 4.3　清花机组参数的设定 在清梳联输棉管道压力控制单元中,压力传感器测量的是喂棉管道中某一点的静压,输棉管道内的压力是由输送纤维的气流和纤维共同产生的,纤维的供给量是由辊筒清棉机和多仓混棉机共同构成的给棉体系来保证的。在调整过程中,供棉是否稳定是保证连续喂棉装置控制输棉管道压力稳定的必要条件。一般情况下,在生产中要保证辊筒清棉机的给棉运转率在80%~90%之间[4](也就是辊筒清棉机的给棉变频器的工作频率在40~45Hz)。辊筒清棉机输棉帘的运转速度由连续喂棉传输过来的信号控制。多仓混棉机的给棉罗拉转速由辊筒清棉机PLC输出的信号控制,其变频器工作频率可以由数学公式表示为H=k×U。其中H为加载到给棉变频器上的工作电压;k为给棉比例系数,在多仓混棉机操作面板上设定;U为辊筒清棉机PLC输出信号[1-2]。在正常生产中,用户可以根据产量的要求,自己设定给棉比例系数k。 5　结　语 郑州某纺织厂对清梳联控制系统进行了全面优化,每套清梳联生产线在月产量相同的基础上,减少了开车时间,月平均节约用电1 700kW•h左右;生条定量波动明显减小;清梳联因故障停机时间明显减少,清梳联系统的平均无故障工作时间(MTBF)大大增加。 参考文献: [1]张运刚,宋小春.西门子S7-200PLC技术与应用[M].北京:人民邮电出版社,2007. [2]张　扬,蔡春伟.S7-200PLC原理与应用系统设计[M].北京:机械工业出版社,2008. [3]汤水利,张小平,吕宏斌,等.国产清梳联纺特细特纱应用技术探讨[J].中原工学院学报,2007,18(5):74-77. [4]汤其伟.清梳联合机使用手册[M].北京:中国纺织出版社,2007.