CN2700366Y - 电子边轴的同步控制装置 - Google Patents

Abstract

一种电子边轴的同步控制装置，包括人机界面I、可编程序控制器II、变频器III、VII、IX，交流变频电机IV、VIII、X，旋转编码器V1、V2、V3、速度卡VI1、VI2、VI3；可编程序控制器II的通讯信号通过通讯口与上位机人机界面I的相应数据输出通信端口相连；变频器III、VII、IX模拟量输入端口与可编程序控制器II内的D/A模块的模拟量输出端口相连；交流变频电机IV、VIII、X的三相输入交流电源分别与变频器III、VII、IX的三相交流输出电源相连；旋转编码器V1、V2、V3的输入端通过连轴器分别与交流变频电机IV、VIII、X的输出轴相连，其输出端通过相应的端口与速度卡VI1、VI2、VI3的信号输入端相连；速度卡VI1、VI2、VI3通过插接端子分别内置于变频器III、VII、IX中。

Description

电子边轴的同步控制装置

(一)技术领域：

本实用新型涉及纺织印染后整理领域，尤其是涉及牛仔布预缩整理联合机中预缩部分的电子边轴的同步控制装置。

(二)背景技术：

牛仔布预缩整理联合机，主要是供克重为6-150Z/Yd(约200-500g/m)左右的平幅靛蓝织物(牛仔布)上浆、轧浆拉斜预缩定型整理用，籍以降低织物的预缩率、稳定织物尺寸、改善织物手感，是织物印染后整理生产线中的重要设备。现有技术的牛仔布预缩整理联合机均是采用PIV(无级变速器)机械边轴传动结构，如图1所示，它包括主传动电机1′、减速箱2′、无级变速器3′、伞齿轮4′、无级变速器5′、蜗轮箱6′、呢毯单元7′、橡毯单元8′、进布单元9′。这一传统传动方式虽然可保证各单元同步运行，并通过对PIV的调整，使各单元据工艺的需要实现比例同步，而且通过对PIV的调整还可以实现对织物张力控制。但由于它是依靠机械边轴传动，也就必然会存在操作繁琐、整机笨拙、不易安装、控制精度不高(2‰)等不足之处，直接影响织物的后整理效果，且生产效率也难于得到提高。

三、发明内容：

本实用新型的目的正是针对上述现有技术中所存在的问题，为牛仔布预缩机提供一种电子边轴的同步控制装置。所谓电子边轴同步控制即指由晶闸管、微电子、微型计算机及现代控制元件组成的自动控制装置，实现联合机各分单元间的同步控制。通过电子边轴的同步控制，各分单元能在其允许负载的变化范围内及允许的车速范围内，均能保持各单元机的线速度完全相等或使各单元机线速度保持一定比例，且各单元机能分调(改变主令信号时，各电机同时调速)，还要能自调(各电机在运行中能自动保持同步)，与机械边轴相比，提高了自动化程度和控制精度，使生产效率大大提高。

本实用新型的目的可通过以下技术措施来实现：

本实用新型的电子边轴的同步控制装置包括人机界面I、可编程序控制器II、变频器III、VII、IX，交流变频电机IV、VIII、X，旋转编码器V1、V2、V3、速度卡VI1、VI2、VI3；其中可编程序控制器II的通讯信号通过通讯口与上位机人机界面I的相应数据输出通信端口相连；变频器III、VII、IX模拟量输入端口与可编程序控制器II内的D/A模块的模拟量输出端口相连；交流变频电机IV、VIII、X的三相输入交流电源分别与变频器III、VII、IX的三相交流输出电源相连；旋转编码器V1、V2、V3的输入端通过连轴器分别与交流变频电机IV、VIII、X的输出轴相连接、旋转编码器V1、V2、V3输出端通过相应的端口与速度卡VI1、VI2、VI3的信号输入端相连；速度卡VI1、VI2、VI3通过插接端子分别内置于变频器III、VII、IX中。

本实用新型中所述变频器III、VII、IX为功率各不相同的变频器；所述交流变频电机IV、VIII、X为功率各不相同的交流变频电机。

本实用新型中所述的人机界面I(GP-2500S)主要提供显示画面、操作画面、报警画面、流程画面、故障画面、实现了人机对话的功能；而可编程序控制器II(S7-200)是一种以微处理器为核心的、用作数字控制的专用计算机，接受由编程器输入的用户程序，并以扫描的方式采集现场输入状态和数据，执行用户程序，完成程序规定的逻辑和算术运算，产生相应的控制信号去控制输出电路，实现程序规定的各种操作。交流变频电机IV(YPBF160L-415)、交流变频电机VIII(YPBF100L1-42.2)、交流变频电机X(YPBF100L2-43)是带动生产机械运转把电能转变为机械能。旋转编码器V1、V2、V3、(E6B2-CWZ6C)是用于测量速度把机械位移量变成电信号。速度卡VI1、VI2、VI3(PG-B2)是为了弥补由负载引起的滑差，而影响转速的变化和车速的稳定性，并使各单元自身形成闭环，提高各单元的机械特性硬度，确保各单元的同步性能，使各单元按工艺要求达到精确的比例同步。变频器III(CIMR-G5A4015)、变频器VII(CIMR-G5A42P2)、变频器IX(CIMR-G5A43P7)是一种新型的变频调速装置，它通过改变定子供电频率来改变同步转速实现调速，从高速到低速都能保证有限的滑差率，调速时无能量损耗，具有高效率宽范围和高精度的调速性能。

本实用新型的工作原理如下：

它由人机界面I、可编程序控制器II、变频器III、VII、IX，交流变频电机IV、VIII、X，旋转编码器V1、V2、V3、速度卡VI1、VI2、VI3等组成，即橡毯、呢毯、进布各单元机各自通过旋转编码器组成自身的闭环，提高车速的稳定性，提高各单元的机械特性硬度，而各单元与主令机橡毯之间则为开环控制。其流程如下：预缩进布给湿单元→橡胶毯预缩单元→呢毯整理单元。

由可编程序控制器II的D/A(数字量/模拟量转换)模块供给三个变频器III、VII、IX做主令，主令电压0～10V，由于织物的收缩是由橡胶毯进布加压辊和加热承压辊之间的压力，以及橡胶毯弹性引起收缩所产生的作用而形成的，因此其它单元的线速度相对橡毯单元要有一定的速度超喂量，这样才能满足织物自由预缩，为实现这样的工艺要求。预缩机以橡毯单元为主令单元，其主令信号作为全机的公调信号，当主令单元的车速发生变化时，从动单元的车速跟随主令车速比例变化。主令单元信号由可编程序控制器II给出，作为主令变频器的速度给定信号，控制主令单元的车速。其它二单元作为从动单元，为满足各种织物的预缩量，达到工艺要求，进步和呢毯单元相对主令橡毯有±20％的超喂量，这±20％的超喂量即作为从动单元各自的自调信号，保证各单元同步比例运行，当从动单元中任一单元进行自调时不会影响其它单元，即其它单元的车速不会改变。进布和呢毯这两个从动单元的主令信号由橡毯的主令信号和橡毯的主令信号与进布或呢毯超喂量叠加后由可编程序控制器II给出，作为进布和呢毯变频器的速度给定信号，控制进布和呢毯单元的车速。调节电机的转速，达到与主令机的同步运行，从而代替了机械边轴的PIV达到了电子边轴同步控制的效果。

本实用新型的优点如下：

采用本实用新型的电子边轴的同步控制装置取代现有技术的印染机械边轴传动技术不仅可有效克服现有技术中所存在的自动化程度低、调速范围小、调速精度差的不足之处，并可在低速下实现平稳起动(1％额定转速)，精确运行，通过速度卡VI实现自调整，使电机达到高性能的控制。特别适于同步精度高，调速范围大，高效长机的多单元的同步调速***。其次，操作方便、自动化程度高、通过人机界面实现智能控制、并可使控制精度达到0.2‰也是本实用新型相比现有技术所显现出的优点。

(四)附图说明：

图1现有技术的机械边轴传动原理框图。

图2本实用新型的电路原理框图。

图3是主令单元橡毯电机的调速装置变频器U1的原理图。

图中U1的型号为CIMR-G5A4015，PG1的型号为E6B2-CWZ6C，M1的型号为YPBF160L-4 15KW，Q的型号为ZCM1-225，1Q的型号为FAZC63-3，HW的型号为ZB2-BV01，KA1、KA4的型号为JZX58P-L，PLC(M0、V0)的型号为6ES7 232-0HB20-0XA0。

图4是从动单元进布电机的调速装置变频器U2的原理图。

图中U2的型号为CIMR-G5A42P2，PG2的型号为E6B2-CWZ6C，M2的型号为YPBF100L1-4 2.2KW，2Q的型号为FAZD10-3，KA2、KA4的型号为JZX58P-L，PLC(M1、V1)的型号为6ES7 232-0HB20-0XA0。

图5是从动单元呢毯电机的调速装置变频器U3的原理图。

图中U3的型号为CIMR-G5A43P7，PG3的型号为E6B2-CWZ6C，M3的型号为YPBF100L2-4 3KW，3Q的型号为FAZD16-3，KA3、KA4的型号为JZX58P-L，PLC(M2、V2)的型号为6ES7 232-0HB20-0XA0。

图6是可编程序控制器与人机界面连线图。

图中CPU的型号为6ES7-216-2BD21-0XB0，EXP1(D/A)、EXP2(D/A)的型号为6ES7 232-0HB20-0XA0，RS485的型号为6ES7 901-3BF20-0XA0，HM1的型号为GP2500S。

图7是可编程序控制器的输入模块。

图中INPUT的型号为6ES7-216-2BD21-0XB0，SB1、SB5、SB6、SB7的型号为XB2-BA31，SB2的型号为XB2-BA42，SB3、SB4、SB8、SB9、SB10、SB11的型号为XB2-BA3351，U1的型号为CIMR-G5A4015，U2的型号为CIMR-G5A42P2，U3的型号为CIMR-G5A43P7。

图8是可编程序控制器的输出模块。

图中OUPUT的型号为6ES7-216-2BD21-0XB0，KA1、KA2、KA3、KA4的型号为JZX58P-L，H1、H2、H3、H4的型号为ZB2-BV03，H5的型号为ZB2-BV04。

图9是可编程序控制器的D/A模块。

图中D/A的型号为6ES7 232-0HB20-0XA0。

图10是本实用新型的外形结构主视图。

图11是图10的侧视图。

图12是图10俯视图。

图中1表示电源指示灯、2表示电源开关、3表示升速按钮、4表示降速按钮、5表示进布微升按钮、6表示进布微降按钮、7表示呢毯微升按钮、8表示呢毯微降按钮、9表示橡毯选择指示灯、10表示橡毯选择按钮、11表示进布选择指示灯、12表示进布选择按钮、13表示呢毯选择指示灯、14表示呢毯选择按钮、15表示开车指示灯、16表示开车按钮、17表示停车指示灯、18表示停车按钮、19表示人机界面。

(五)具体实施方式：

本实用新型以下将结合实例(附图)作以详细描述。

如图2所示，本实用新型的电子边轴的同步控制装置包括人机界面I、可编程序控制器II、变频器III、VII、IX，交流变频电机IV、VIII、X，旋转编码器V1、V2、V3、速度卡VI1、VI2、VI3；即橡毯、呢毯、进布、各单元机各自通过旋转编码器组成自身的闭环，提高车速的稳定性，提高各单元的机械特性硬度，而各单元与主令机橡毯之间则为开环控制；具体说，其中可编程序控制器II的通讯信号通过通讯口与上位机人机界面I的相应数据输出通信端口相连；变频器III、VII、IX模拟量输入端口与可编程序控制器II内的D/A模块的模拟量输出端口相连；交流变频电机IV、VIII、X的三相输入交流电源分别与变频器III、VII、IX的三相交流输出电源相连；旋转编码器V1、V2、V3的输入端通过连轴器分别与交流变频电机IV、VIII、X的输出轴相连接、旋转编码器V1、V2、V3输出端通过相应的端口与速度卡VI1、VI2、VI3的信号输入端相连；速度卡VI1、VI2、VI3通过插接端子分别内置于变频器III、VII、IX中；所述变频器III、VII、IX为功率各不相同的变频器；所述交流变频电机IV、VIII、X为功率各不相同的交流变频电机。

图3～图9为本实用新型的电路原理图，如图3所示图中U1是主令单元，橡毯电机M1的调速装置变频器U1，U1的13、17号端子接收来自D/A模块中0-10V的模拟量作为U1的主令信号，当主令信号由小到大变化时橡毯电机的转速也由低到高变化；L1、L2、L3是变频器的三相交流供电电源端子，直接接收来自电网的三相交流电；U、V、W是经过变频器调压调频后输出的三相交流电端子，作为橡毯电机M1的三相供电电源；18、20是变频器的故障输出端，当变频器有故障时此点闭合，并从可编程序控制器II的输入端输入，由程序控制使联合机停转；11为变频器的顺控公共端当需要使橡毯电机运转时，在输入模块INPUT上按下SB5橡毯选择按钮，选择橡毯电机使线圈KA1的电触点闭合；1为变频器的正转运行指令端子，当在输入模块INPUT上按下开车按钮SB1时橡毯电机开始运转；PG-B2为变频器的内置速度卡，它所包含的端子号1、2分别为旋转编码器的供电电源，它所包含的端子号4、6分别接收来自旋转编码器的A相和B相脉冲。

图4是从动单元进布电机的调速装置变频器U2的原理图。其中端子11为变频器的顺控公共端当需要使进布电机运转时，在输入模块INPUT上按下SB6进布选择按钮，选择进布电机使线圈KA2的触点闭合；1为变频器的正转运行指令端子，当在输入模块INPUT上按下开车按钮SB1时进布电机开始运转。其余端子功能与橡毯电机相同。

图5是从动单元呢毯电机的调速装置变频器U3的原理图。其中端子11为变频器的顺控公共端，当需要使呢毯电机运转时，在输入模块INPUT上按下SB7呢毯选择按钮，选择呢毯电机使线圈KA3的触点闭合，1为变频器的正转运行指令端子，当在输入模块INPUT上按下开车按钮SB1时呢毯电机开始运转。其余端子功能与橡毯电机相同。

图6是可编程序控制器与人机界面连线图。人机界面通讯端口与可编程序控制器的通讯端口，通过一根通讯电缆连接起来。I0.0至I1.7是输入模块的输入点数，Q0.0至Q1.7是输出模块的输出点数，M0V0至M2V2是数字量和模拟量转换模块即D/A转换模块的模拟量输出的三路通道。这三路通道输出0-10V的电压，即M0V0输出0-10V的电压然后连接到橡毯变频器U1的13、17号端子作为橡毯变频器的主令电压。M1V1输出0-10V的电压然后连接到进布变频器U2的13、17号端子作为进布变频器的主令电压，M2V2输出0-10V的电压然后连接到呢毯变频器U3的13、17号端子作为呢毯变频器的主令电压。

图7可编程序控制器的输入模块INPUT，I0.0上连接的是开车按钮SB1，当按下按钮SB1时I0.0接通全机进入开车状态，I0.1上连接的是停车按钮SB2，当按下按钮SB2时I0.1接通全机进入停车状态，I0.2上连接的是升速按钮SB3，当按主按钮SB3时I0.2接通全机进入升速状态，I0.3上连接的是降速按钮SB4，当按主按钮SB4时I0.3接通全机进入降速状态，I0.4上连接的是橡毯选择按钮SB5，当按下按钮SB5时I0.4接通橡毯电机被选择，I0.5上连接的是进布选择按钮SB6，当按下按钮SB6时I0.5接通进布电机被选择，I0.6上连接的是呢毯选择按钮SB7，当按下按钮SB7时I0.6接通呢毯电机被选择，I0.7上连接的是进布微升按钮SB8，当按下按钮SB8时I0.7接通，进布电机按工艺需要进行升速，以满足与主令机橡毯间的比例同步。I1.0上连接的是进布微降按钮SB9，当按下按钮SB9时I1.0接通，进布电机按工艺需要进行降速，以满足与主令机橡毯间的比例同步；I1.1上连接的是呢毯微升按钮SB10，当按下按钮SB10时I1.2接通，呢毯电机按工艺需要进行升速，以满足与主令机橡毯间的比例同步；I1.2上连接的是呢毯微降按钮SB11，当按下按钮SB11时I1.2接通，呢毯电机按工艺需要进行降速，以满足与主令机橡毯间的比例同步；I1.3上连接的是橡毯变频器的故障输出点，当橡毯变频器出现故障时变频器的18和20号端子闭合使得I1.3接通，全机停止运行，以免造成全机不同步使织物拉断或使织物堆积在一起；I1.4上连接的是进布变频器的故障输出点，当进布变频器出现故障时变频器的18和20号端子闭合使得I1.4接通，全机停止运行，以免造成全机不同步使织物拉断或使织物堆积在一起。I1.5上连接的是呢毯变频器的故障输出点，当呢毯变频器出现故障时变频器的18和20号端子闭合使得I1.5接通，全机停止运行，以免造成全机不同步使织物拉断或使织物堆积在一起。

图8是可编程序控制器的输出模块。Q0.0是橡毯选择输出点，当I0.4橡毯选择输入点上的选择按钮SB5按下时I0.4接通，相应程序开始工作从而使相应的输出点Q0.0接通使得继电器KA1得电，橡毯电机被选择上，同时操纵台上的指示灯H1亮；Q0.1是进布选择输出点，当I0.5进布选择输入点上的选择按钮SB6按下时I0.5接通，相应程序开始工作从而使相应的输出点Q0.1接通使得继电器KA2得电，进布电机被选择上，同时操纵台上的指示灯H2亮；Q0.2是呢毯选择输出点，当I0.6呢毯选择输入点上的选择按钮SB7按下时I0.6接通，相应程序开始工作从而使相应的输出点Q0.2接通使得继电器KA3得电，呢毯电机被选择上，同时操纵台上的指示灯H3亮；Q0.3是开车输出点，当I0.0开车输入点上的开车按钮SB1按下时I0.0接通，相应程序开始工作从而使相应的输出点Q0.3接通使得继电器KA4得电，选择单元进入开车状态，同时操纵台上的指示灯H4亮；Q0.4是停车输出点，当I0.1停车输入点上的停车按钮SB2按下时I0.1接通，相应程序开始工作从而使相应的输出点Q0.4接通，选择单元进入停车状态，同时操纵台上的指示灯H5亮。

图9可编程序控制器的D/A模块。M、L+是D/A模块供电电源端子接24V电源，供D/A模块工作用，M0、V0，M1、V1是模拟量输出端子，输出量值是0-10V，供变频器用，即输入到变频器的13、17号端子作为变频器的主令信号，控制电机的速度。

综上所述，本实用新型的工作原理如下：I0.2上连接的是升速按钮SB3，当按主按钮SB3时I0.2接通可编程序控制器内的有关升速的用户程序开始启动，并由可编程序控制器的D/A模块的M0、V0，M1、V1，M2、V2的模拟量输出端子输出，量值是0-10V。从而使全机跟随主令单元橡毯同步升速使全机进入升速状态，其主令信号橡毯作为全机的公调信号，当主令单元的车速发生变化进行升速时，从动单元的车速跟随主令车速升速。I0.3上连接的是降速按钮SB4，当按主按钮SB4时I0.3接通可编程序控制器内的有关降速的用户程序开始启动，并由可编程序控制器的D/A模块的M0、V0，M1、V1，M2、V2的模拟量输出端子输出，量值是10-0V。从而使全机跟随主令单元橡毯同步降速使全机进入降速状态，其主令信号橡毯作为全机的公调信号，当主令单元的车速发生变化进行降速时，从动单元的车速跟随主令车速降速。I0.7上连接的是进布微升按钮SB8，当按下按钮SB8时，I0.7接通可编程序控制器内的有关进布微升的用户程序，微升的量值是主令单元橡毯主令信号的+20％。用于满足与主令机橡毯间的比例同步。即进布单元的线速度相对橡毯单元要有一定的速度超喂量，这样才能满足织物自由预缩。这+20％的超喂量即作为从动单元进布单元的自调信号，保证进布单元与主令单元橡毯的同步比例运行，当进布单元进行自调时不会影响其它单元，即其它单元的车速不会改变。I1.0上连接的是进布微降按钮SB9，当按下按钮SB9时，I1.0接通可编程序控制器内的有关进布微降的用户程序，微降的量值是主令单元橡毯主令信号的-20％。用于满足与主令机橡毯间的比例同步。即进布单元的线速度相对橡毯单元要有一定的速度超喂量，这样才能满足织物自由预缩。这-20％的超喂量即作为从动单元进布单元的分调信号，保证进布单元与主令单元橡毯的同步比例运行，当进布单元进行自调时不会影响其它单元，即其它单元的车速不会改变。进布的主令信号由橡毯的主令信号和橡毯的主令信号与进布超喂量叠加后由可编程序控制器的D/A模块的M1、V1模拟量输出端子输出，通过电缆连接到进布变频器U2的13、17号端子，作为进布变频器U2速度给定信号，控制进布单元的车速，调节电机的转速，达到与主令机的同步比例运行。

I1.1上连接的是呢毯微升按钮SB10，当按下按钮SB10时，I1.1接通可编程序控制内的有关呢毯微升的用户程序，微升的量值是主令单元橡毯主令信号的+20％。用于满足与主令机橡毯间的比例同步。即呢毯单元的线速度相对橡毯单元要有一定的速度超喂量，这样才能满足织物自由预缩。这+20％的超喂量即作为从动单元呢毯单元的自调信号，保证呢毯单元与主令单元橡毯的同步比例运行，当呢毯单元进行自调时不会影响其它单元，即其它单元的车速不会改变。I1.2上连接的是呢毯微降按钮SB11，当按下按钮SB11时，I1.2接通可编程序控制器内的有关呢毯微降的用户程序，微降的量值是主令单元橡毯主令信号的-20％。用于满足与主令机橡毯间的比例同步。即呢毯单元的线速度相对橡毯单元要有一定的速度超喂量，这样才能满足织物自由预缩。这-20％的超喂量即作为从动单元呢毯单元的自调信号，保证呢毯单元与主令单元橡毯的同步比例运行，当呢毯单元进行自调时不会影响其它单元，即其它单元的车速不会改变。呢毯的主令信号由橡毯的主令信号和橡毯的主令信号与呢毯超喂量叠加后由可编程序控制器的D/A模块的M2、V2模拟量输出端子输出，通过电缆连接到作为呢毯变频器U3的13、17号端子，作为呢毯变频器U3速度给定信号，控制呢毯单元的车速，调节电机的转速，达到与主令机的同步比例运行。从而实现电子边轴的同步控制。

Claims (3)

1、一种电子边轴的同步控制装置，其特征在于：它包括人机界面I、可编程序控制器II、变频器III、VII、IX，交流变频电机IV、VIII、X，旋转编码器V1、V2、V3、速度卡VI1、VI2、VI3；其中可编程序控制器II的通讯信号通过通讯口与上位机人机界面I的相应数据输出通信端口相连；变频器III、VII、IX模拟量输入端口与可编程序控制器II内的D/A模块的模拟量输出端口相连；交流变频电机IV、VIII、X的三相输入交流电源分别与变频器III、VII、IX的三相交流输出电源相连；旋转编码器V1、V2、V3的输入端通过连轴器分别与交流变频电机IV、VIII、X的输出轴相连接、旋转编码器V1、V2、V3输出端通过相应的端口与速度卡VI1、VI2、VI3的信号输入端相连；速度卡VI1、VI2、VI3通过插接端子分别内置于变频器III、VII、IX中。

2、根据权利要求1所述的电子边轴的同步控制装置，其特征在于：所述变频器III、VII、IX为功率各不相同的变频器。

3、根据权利要求1所述的电子边轴的同步控制装置，其特征在于：所述交流变频电机IV、VIII、X为功率各不相同的交流变频电机。

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