专利名称：多单元变频同步控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及涤纶短纤维后处理设备，具体说是涉及一种应用于涤纶短纤维后处理设备中的多单元变频同步控制装置。
背景技术：
在现有技术的涤纶短纤维后处理设备中主要采用主传动电机、减速箱、无级变速器等进行传动，其主要传动机台有导丝机、第一牵伸机、第二牵伸机、紧张热定型I、紧张热定型II、紧张热定型III、丝束上油装置、第三牵伸机、三辊牵引机、卷曲机等。这一传统的传动方式虽然可保证各单元机的同步运行，并通过调换啮合齿轮，使各单元机根据工艺的需要实现比例同步和各机台之间的张力控制。但由于它是依靠机械边轴传动，也就必然会存在操作繁琐、调整麻烦、整机笨拙、不易安装、控制精度不高、等不足之处，直接影响化学纤维的后处理效果，且生产效率也难于得到提高。
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，为涤纶短纤维后处理设备提供一种电子边轴的多单元变频同步控制装置。所谓多单元变频同步控制装置即指用可控硅、微电子、计算机及现代控制元件组成的自动控制装置，实现各单元机之间的同步控制。通过电子边轴的控制，各单元机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的线速度保持一定比例，且各单元机能分调、自调，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下述措施来实现本实用新型的多单元变频同步控制装置包括上位计算机、可编程控制器、以及由变频器(I-IX)、旋转编码器(I-IX)、速度卡(I-IX)、普通三相异步电动机(I-IX)组成的单元机；各单元机通过旋转编码器自身形成闭环控制系统；可编程控制器通过PROFIBUS-DP现场总线分别与上位计算机和各变频器相连。
在本实用新型中由变频器(IV)、旋转编码器(IV)、速度卡(IV)、普通三相异步电动机(IV)组成的单元机为主令机，其余各单元机为从动机，从动机按一定的比例与主令机保持同步。
本实用新型中可编程控制器(GE公司Fanuc系列90-30型)通过PROFIBUS-DP与具有明确定义功能和接口的全数字化交流变频器(ABB公司ACS600系列)相连，并通过工业以太网连接上位计算机进行组态监控。
本实用新型中的全数字化交流变频器(ACS600系列)，能达到控制交流电机的完美极限，采用直接转矩控制技术，它能够在没有光电码盘或测速电机的反馈的条件下，精确控制任何标准鼠笼电机的速度和转矩。以其突出的特点将直接转矩控制技术和模糊控制理论合二为一，构成高性能、低成本的变频调速产品，性能大大优于矢量变频器。其零速满转矩既电机在零速时获得电机的额定转矩、启动转矩可获得200％的电机额定转矩、磁通优化可提高变频器和电机的总效率的1％-10％，磁通制动通过提高电机的磁场来提供足够快的减速，精确的速度控制静态精度为0.01％，精确的转矩控制闭环时需10-20MS，开环时为100-200MS等优越的性能完全满足了生产线的要求。全数字化交流变频器(ACS600系列)主要由辅助控制单元、进线单元、供电单元、动态制动单元、传动单元、和控制单元组成。
其中辅助控制单元为传动和进线单元的辅助设备提供电源。24V电源掉电时发出急停功能。
进线单元电源电缆进入进线单元，根据电网条件选择接触器或空气断路器、接地开关、配制进线滤波器。
供电单元二极管供电单元把三相交流电转化为直流电，用于非再生传动系统十二脉波桥可以通过二个二极管供电单元构成。供电单元由三相绕组变压器供电，副边两组线圈相位差30度。十二脉波桥可减少电网中的偕波含量。
动态制动单元制动斩波器(ABB公司ACA622-1600-6)单元，连接到监控系统的控制板，用于侦测系统的状态和处理斩波器的同步。采用独立的制动电阻，用于释放制动能量，当直流中间回路的电压超过预置值时，制动斩波单元控制制动电阻连接到直流母线的两极。
传动控制单元每一个逆变器都有一个传动控制单元，它包括应用和电机控制器、标准接口板。可选多种I/O扩展摸板，用于控制系统的监视和控制功能。
本实用新型的工作原理如下可编程控制器通过PROFIBUS-DP现场总线分别与上位计算机、各变频器相连并通过上位组态软件对该装置进行组态，实现装置的操作、监视、参数设定、管理等人机对话。可编程控制器从变频器中读取数据进行处理，并在上位机上显示。通过PROFIBUS-DP将传动控制参数传送到变频器，实现各单元按一定的比例进行同步运转。
本控制装置大量采用PROFIBUS-DP现场总线，系统设计水平先进、可靠性好、施工维护方便、人机界面丰富、便于两地控制及生产管理、故障排查，以其取代现有的涤纶短纤维后处理设备的边轴传动技术，不仅可有效地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启动、精确运行，使电机达到高性能的控制。特别适用于同步精度高，调速范围大，高效长机的多单元的同步调速系统，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0.01％也是本系统比现有技术所显现出的优点。
图1为本实用新型的原理框图。
图2为本实用新型操作台示意图。
图3为图2的侧视图。
图4-图13为本实用新型中的主回路电路原理图。
图14为本实用新型中制动单元的电路。
具体实施方式
本实用新型以下将结合实施例(附图)作进一步描述如图1所示，本实用新型的多单元变频同步控制装置包括上位计算机、可编程控制器、以及由变频器(I-IX)、旋转编码器(I-IX)、速度卡(I-IX)、普通三相异步电动机(I-IX)组成的单元机；各单元机通过旋转编码器自身形成闭环控制系统；可编程控制器通过PROFIBUS-DP现场总线分别与上位计算机和各变频器相连；在本实用新型中由变频器(IV)、旋转编码器(IV)、速度卡(IV)、普通三相异步电动机(IV)组成的单元机为主令机，其余各单元机为从动机，从动机按一定的比例与主令机保持同步。
本实用新型中可编程控制器(GE公司Fanuc系列90-30型)通过PROFIBUS-DP与具有明确定义功能和接口的全数字化交流变频器(ABB公司ACS600系列)相连，并通过工业以太网连接上位计算机进行组态监控。
如图4所示，三相交流电源经自动空气开关Q、进线电抗器DL进入整流单元ZL(ABB公司ACA631-2600-6)，将三相交流380V变成510V直流电，加到直流母排上。三相交流电源经自动空气开关Q1、加到24V整流电源上，并通过电缆连接到各变频器的辅助供电端上。
如图5-图13所示，变频器ACS600系列(I-IX)及制动单元(ABB公司ACA622-1600-6)分别挂在510V直流母排上，普通三相异步电动机(I-IX)通过电缆分别连接到对应的变频器上，旋转编码器(I-IX)安装在电机转子的一端，并通过专用屏蔽电缆与电机对应的变频器上的速度卡(NTAC-01)相连。PROFIBUS-DP总线通过变频器的通讯端口(NPBA模块)连接到PLC的PROFIBUS-DP主站模块(IC693PBM101)上。24V辅助供电通过电缆连接到变频器(I-IX)的辅助供电端子上。
图14为制动单元，制动斩波器ZD(ABB公司ACA622-1600-6)挂在510V直流母排上，检测系统的直流电压，制动电阻通过电缆连接到制动斩波器上，当斩波器接收到可编程控制器(PLC)的CPU发出的制动指令时，将系统的能量消耗在制动电阻R1、R2上，以达到迅速停车。
上位计算机通过工业以太网连接到可编程控制器(PLC)的以太网口，可编程控制器(GE公司Fanuc系列90-30型)采用高性能的、编程特性先进的、易于组态、便于安装的PLC，它的CPU(IC693CPU350)功能强大，如内装PID调节、结构化编程、中断控制、间接寻址、及各种功能的模块，能完成复杂的操作。现场I/O采用GE公司的VersaMAX系列远程分布式I/O，CPU、现场I/O、变频器之间通过PROFIBUS-DP现场总线方式连接，现场通过配置各种模块，完成现场数据的采集并通过PROFIBUS-DP送CPU进行处理，在PROFIBUS-DP通讯中，PLC主机对从机进行轮询，从机响应主机的查询并执行主机命令，在本系统中，PLC从变频器中读取数据，并由通讯将传动控制参数传送到变频器。
本控制装置的上位计算机(内装WINNT操作系统、INTOUCH组态软件、VersaPRO编程软件)安装在操作台上，并通过工业以太网连接PLC的CPU，完成系统的操作、监视、参数设定、管理等人机对话，主要功能有，全系统工艺流程和数据显示、集中操作设定、报警处理、事实、实时值和设定值记录趋势存储、故障历史及故障原因、各单机运行状态及各种工艺参数实时值和设定值的显示。现场数据通过六个现场I/O站点进行采集，每个I/O站点均配置PROFIBUS-DP接口(IC200PBI001)模块，通过PROFIBUS-DP现场总线将数据送入PLC进行处理，包括数字开关信号、模拟量温度、压力、压差信号，同时向现场发布控制指令，传输速度快、稳定，提高了电气系统的可靠性，同时也为用户节省了大量的人力、物力。
权利要求1.一种多单元变频同步控制装置，其特征在于它包括上位计算机、可编程控制器、以及由变频器(I-IX)、旋转编码器(I-IX)、速度卡(I-IX)、普通三相异步电动机(I-IX)组成的单元机；各单元机通过旋转编码器自身形成闭环控制系统；可编程控制器通过PROFIBUS-DP现场总线分别与上位计算机和各变频器相连。
2.根据权利要求1所述的多单元变频同步控制装置，其特征在于由变频器(IV)、旋转编码器(IV)、速度卡(IV)、普通三相异步电动机(IV)组成的单元机为主令机，其余各单元机为从动机，从动机按一定的比例与主令机保持同步。
3.根据权利要求1所述的多单元变频同步控制装置，其特征在于可编程控制器通过PROFIBUS-DP与具有明确定义功能和接口的全数字化交流变频器相连，并通过工业以太网连接上位计算机进行组态监控。
专利摘要一种多单元变频同步控制装置，它包括上位计算机、可编程控制器、以及由变频器(I－IX)、旋转编码器(I－IX)、速度卡(I－IX)、普通三相异步电动机(I－IX)组成的单元机；各单元机通过旋转编码器自身形成闭环控制系统；可编程控制器通过PROFIBUS－DP现场总线分别与上位计算机和各变频器相连。本实用新型不仅可有效地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启动、精确运行，使电机达到高性能的控制。特别适用于同步精度高，调速范围大，高效长机的多单元的同步调速系统，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0.01％也是本系统比现有技术所显现出的优点。
文档编号G05B15/02GK2751337SQ20042007509
公开日2006年1月11日 申请日期2004年11月11日 优先权日2004年11月11日
发明者王寿增, 卫铭, 王玉昌, 张玉英 申请人:郑州纺织机械股份有限公司