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在卷染机控制中，采用专用张力控制器加双变频调速器，具有配置简洁、控制效果优良、系统成本下降等特点。本文将详细介绍，深圳市英威腾电气有限公司自主研制的新一代CHV高性能矢量变频器在江苏省无锡市联昌染厂SW1500卷染机上的应用情况。
卷染机工艺要求
目前，在纺织品加工市场中，布匹染色是重要的一道工序。卷染机主要实现对成品坯布进行漂白、上色、整压磨面等相关纺织品加工工艺的完成。卷染机控制方面要求具备自动计数（上布道数）、自动掉头（来回多次漂白或染色）、自动停车（急停且稳定，不能有布匹松弛或下垂）等功能。在整个加工工艺过程中，要求保持布匹的拉伸张力和线速度恒定，因此对整个机械传动系统的自控控制水平要求较高。本文以一个工程实例来说明，深圳市英威腾电气有限公司自主研制的新一代CHV高性能矢量变频器，jingque完成卷染机的工艺控制要求，从另一个角度，阐述了在卷染机中采用异步电机控制的可行解决方案。
卷染机的控制
江苏省无锡市联昌染厂SW1500卷染机机械控制示意图如下：
该卷染机使用的是两台18.5KW电机，经过减速器拖动滚筒进行布匹的染色。卷染机工作时，是一个中心轴卷曲控制系统。成品坯布首先通过上布电机匀速卷到其中的一个滚筒上，滚筒的传动轴上安装有计数用的接近开关（即滚筒每旋转一卷，接近开关产生一个脉冲），此时卷染机专用张力控制器计下一整匹坯布的道数。上卷完毕后，采用人工的方式把布匹的一头，穿过染池、连动轴，卷到另外一个滚筒上面并缠紧，开动卷染机，便可进行坯布的染色。此时两个滚筒朝着同一个方向运转，控制的要求是始终要保持坯布上的拉伸张力恒定，并且坯布经过染液的时间一致，也就是线速度要保持恒定。这是一个没有线速度反馈，同样，也没有张力反馈的驱动控制系统，因此，控制系统需要适当调整放卷变频器的输出频率以及收卷变频器的输出转矩来达到该种独特的要求。
卷染机电气控制示意图如下：
该卷染机以卷染机专用张力控制器作为主控制器，采用触摸屏作为人机界面，它主要完成的是布匹张力、运行线速度、布匹厚度、来回卷染次数的设定，放卷电机的运行频率、收卷电机输出转矩的计算，自动调头、自动停车等相关逻辑动作的控制。变频器和控制器之间采用485通讯（Modbus RTU通讯协议）。由控制示意图可见：两台完全一样的变频器（18.5kw），它们均工作于有PG矢量控制模式下。上布时刻，卷染机专用张力控制器记录下卷在滚筒上面的布匹圈数，然后由操作工测量该布匹的厚度，把这个值输入到控制器，控制器将根据坯布的厚度和布匹的圈数，可以jingque计算出滚筒的直径。采用这种厚度积分法可以轻松获得时实转动半径，且误差较小。控制器通过实转动半径，用户设定的张力、线速度，准确计算出相应的转矩（收卷电机）和匹配频率（放卷电机），通过串行485通讯，传输给CHV100变频器作为控制收、放卷电机的基本参数。从而保证了恒线速度与恒张力的控制，其中，恒张力控制是利用CHV矢量变频器的转矩控制来实现的。
由卷染机的工作原理可知，放卷侧的电机始终处于发电状态，通常的做法都是采用制动单元加制动电阻，将负载回馈给变频器的电能以热量的形式消耗掉。对于卷染机这样长期工作在发电状态下的设备来说，这种方式对电能的浪费是很大的，同时，也因为要配备大的电阻箱而占用电气控制柜的空间。CHV高性能矢量变频器可以方便支持公用直流母线，将两台变频器的直流母线直接并联，这样卷染机正常工作时，因为放卷制动所产生的电量通过并联的母线又回馈到收卷的电机上，从而使电能得到充分利用，极大地tigao了电能的使用效率。但是在快速停车的时候，两台电机都处于发电状态，在其中的一台变频器上面仍旧并联了一个制动电阻，这个制动电阻的工作是短时的，能耗很小，主要是防止在系统停车时造成的变频器过压故障。
变频器主要参数的设置
卷染机中两台变频器因要实现完全相同之功能，只是所处时间不同而已。变频器主要参数设置如下：
P0.00 1： 有PG矢量控制
P 2： 通讯指令通道
P0.03 7： 远程通讯设定
P0.11 0.5 加速时间
P0.12 0.5 减速时间
P1.10 0.6 停机制动等待时间
P1.11 80.0 停机直流制动电流
P1.12 5.0 停机直流制动时间
P3.10 1024 编码器线数（每转脉冲数）
P3.12 由通讯模式设定参数，速度控制时设为0，转矩控制时设为8
PC.00 两台变频器分别设置为1或者2
PC.01 4 19200BPS
PC.02 2 奇校验
PC.03 5 通讯应答延时
总结
采用CHV100高性能矢量变频器控制卷染机，相对于直流调速系统，达到了很高的性价比，为卷染行业产品升级换代提供了解决方案。
无缝钢管的加工过程如下图所示：
整个加工过程由前级挤压成型、高温无缝焊接、后级挤压成型、切割完成。在启动控制过程中，需要电机有较大的转矩输出，同时，整个运行过程中，对速度的稳定精度要求比较高，否则，挤压成型的钢管结构不均匀，厚薄不稳定，影响产品品质。前级成型和后级成型，都是由CHV100-004-4变频器（4KW）采用无PG矢量控制的方式进行驱动，两者的主频率都由AI1给定，辅助频率由AI2给定，用主、辅叠加的频率给定形式进行频率设定。采用端子控制起停和电机的正反转。电气配置图如下：
相关的功能码的设置：
1、 P：1（端子指令通道）
2、 P0.03：1（模拟量AI1设定）
3、 P0.05：1（A频率指令）
4、 P0.06：2（A+B）
5、 P5.02：1（正转运行）
6、 P5.03：2（反转运行）
7、 合理输入P5.15~ P5.19，以及P5.20~ P5.24，保证两条频率曲线符合工艺要求。
控制过程如下:在正常情况下LC1206B调节回路输出4-20mA调节信号到变频器作为频率设定信号,变频器按照给定信号输出相应频率的电压电源,从而调节电机转速。同时LC1206A调节回路保持在手动方式,输出锁定在,控制泵出口调节阀处于全开位置,以便实现变频器控制liuliang的目的。在DCS上,在相应的流程图上对应P1205B位置组态了变频器调速图案,在变频器运行时,其状态显示为绿色,当变频器处于非运行状态(包括变频器故障和人为停机)时,其颜色为红色。
当变频器出现故障或人为将其切除时,流程图上变频器图案出现红色,工艺操作人员进行人工切换泵,LC1205B切到手动方式,LC1206A进入自动状态输出4-20mA信号,控制调节阀LV1206的开度,P1205A电动机以额定转速运行。
3. 控制系统的组成
该控制系统包括工频控制系统和变频控制系统。工频控制系统由DCS中组态的控制器LC1206A,调节阀LV1206,电动机,柴油泵P1205A和液位测量LT1206组成,变频控制系统由DCS中组态的控制器LC1206B,变频器,电动机,柴油泵P1205B和液位测量LT1206组成。两个系统由手动进行切换,其控制系统方块图见图二。
4. 变频器的选型和主要参数设定
我们选用的变频器是深圳艾默生电气有限公司的TD2000系列变频器,型号是TD2000-4T1100P,适配电机110KW。
电源输入:三相380V,50HZ/60HZ
输入变动容许值:电压±20%;电压失衡率<3%;频率±5%。较进口变频器更能适合我国的电网情况。
输出电压:380V正弦波,频率0-400HZ可调。
由于我厂是石油炼化企业,变频器安装在防爆区以外,变频器到机泵的距离较远,一般都在一百多米以外,所以我们在配置时增加了相应的输出电抗器。
为了保证电动机的可靠运行,变频器的主要参数设定如下:
1)上限频率F11设定为电动机的额定频率50HZ,下限频率F12设定为5HZ。
2)V、F输出特性中高频率F04及基本运行频率F05均设为电机额定值50HZ,额定输出电压设定380V。
3)V / F曲线模式F07设定为1(因为是风机水泵类平方转矩负载)。
4)运行频率控制设定方式F00设定为3,模拟设定2(CCI--GND),用模拟电流 / 电压端子输入设定,范围DC0(2)------10V/0(4---20mA,我们选择电流输入4-20mA,此时将控制板上的电压 / 电流选择插件CN10的跳线选择1侧。
5)运行命令选择F02设定为1,外部端子运行控制有效,即用操作柱来启动变频器。
6)停机方式F30设定为1,外部端子运行控制有效,即用操作柱来启动变频器。
7)停机方式F30设定为1,选择自由运行停止。
5. 投用效果
变频调速器投用后,控制回路的稳定性和可靠性比调节阀有明显tigao,控制偏差保持在±1%以内,被控参数波动幅值较小。电机在变频调速器的控制下保持中速运行状态。在电机启动、控制过程中实行延时斜升、斜降,并且有输出短路、欠压、过流、过载过热等报警跳闸及在线故障诊断功能,保证其运行安全可靠,降低故障率,减少了设备损耗,尤其显著的是节能效果相当明显。在正常工况下,投用前后的电气参数如下:
控制对象是 ５４０脉冲控制阀，20个碟阀，３个温度检测点，２个冷风机组控制点，甲方要求控制器要有人机交互界面，温度控制点要可调，脉冲阀工作时间要可调，并且系统要能够在线检测出负载阀故障，比如开路，短路在系统运行时是不允许的必须及时的被检测来。
整个系统有５６０阀，每个阀工作电流接近1A，如果按每个阀两根控制线的话将有1120根阀控制线，控制器距离现场有几百米，这样下来铜线价格超万元成本太高，所以系统采用矩阵扫描的方式进行阀控制大大节约用铜量。根据甲方要求我们将CCQ3000划分为４个硬件模块 :
1. 显示键盘模块，人机交互部分。
2. 温控模块，实现对关键测温点进行温度检测，和控制 ，温控模块并且负责CCQ3000机箱系统的恒温控
制。
3. 矩阵模块，负责负载阀的扫描控制时的隔离和反电势的吸收。
4. CCQ3000主控单元模块，负责对负载的实时控制,故障实时扫描。
一.
显示部分:显示模块主要负责，运行参数的调整，设置，系统运行时参数的显示。根据需要设计了8个1.8寸数码管，分别显示工作室号，工作阀号，喷吹时间，间歇时间。
硬件上主CPU采用8 bit AVR 单片机，74HC595驱动数码管段，74hc138译码器驱动数码管位。
软件上采用gcc3.4.6编译器工具，启用看门狗定时器,防止程序跑飞。启用定时器１的２ms间隔中断点滴做动态显示扫描,键盘扫描。
1. 键盘采样算法采用ps2键盘的方式，即次击键稳定后发按下码，等待１s左右后仍然不释放就发连续码，等释放后发释放码。
显示键盘采用流程图
2.
通信模块被动的接收CCQ3000主机的命令，然后进行校验，校验正确后返会成功标志XON给CCQ3000主机,然后执行命令，如果校验出错，返回XOFF给CCQ3000主机,要求重新发送直到成功或者是重试１０次彻底失败报警
显示通信流程图
二.
温控部分: 主要是负责整个除尘系统的温度控制，和控制柜系统的温度控制一保证CCQ3000能够适应热带，和寒冷地区的气侯条件。
硬件部分主控CPU采用精简指令集的8bit AVR单片机 ， 驱动能力大，系统使用一片74HC595驱动５个数码管的段，直接用AVR单片机的I/O去驱动数码管的位。扩展5路继电器输出，４路温度传感器接口。一路光隔离输出，电源采用8 ~40直流输入。
软件上启用看门狗定时器，启用定时器1 做为系统点滴定时器用，２ms中断间隔,
定时器１实现功能同显示部分相同，即为系统提供一个时基基准，刷新显示器，查询键盘，同样键盘采用方式同显示部分，思路同PS2键盘控制方式相同。编译器采用GCC3.4.6
序整体采用ANSI C标准语法，便于跨平台移植。由于温度传感器采用的是单线接口所以对时序要求很严格，为防止和显示刷新冲突，在控制思路上采用了一些技巧，很好的实现了，４路单线串口通信和显示刷
新的融合。
该部分还很好的采用一路10bitADC转换器，实现了键盘扫描控制,经过验证误码率非常的低，键盘系统工
稳定。
三.
主控部分: 主控部分是整个系统的关键，是CCQ3000的控制核心，他处于系统的主机位置，是通信的发起着，是命令的下发者，是控制策略的实现者。
硬件上主控部分采用高性能32bit 工业级ARM芯片，外扩展有工作室驱动MOSFEET译码电路，工作阀组驱动MOSFEETy译码电路,JTAG调试接口，ISP烧写接口，实时时钟接口，EEPROM存储接口
ARM CPU电路
四.
软件上采用符合美国航空认证的实时嵌入式操作系统UCOSII，以保证CCQ3000控制系统的工作控制动作及故障检测的实时性，系统开了3个任务，一个处理控制算法，一个任务处理故障检测显示控制，
一个任务处理看们狗清零，内核任务调度显示，并且处理非正常停机(干扰，断电。。。)时从断点处继续执行，而不是从0地址开始执行,因为这个系统是不允许停机的。