雙shuang變bian頻pin卷juan染ran機ji是shi一yi種zhong間jian歇xie式shi平ping幅fu染ran色se設she備bei，用yong於yu布bu匹pi的de染ran色se處chu理li，屬shu於yu染ran整zheng工gong序xu的de前qian道dao工gong序xu，按an照zhao運yun行xing的de環huan境jing分fen為wei常chang溫wen常chang壓ya型xing和he高gao溫wen高gao壓ya型xing。卷juan染ran機ji染ran缸gang內nei安an裝zhuang有you兩liang根gen卷juan繞rao軸zhou，卷juan繞rao軸zhou按照一定的工藝要求(包括溫度，道數，速度，張力等)將軸上的布匹通過染缸裏的染液進行染色(邊卷邊染)，從而達到一定的染色效果，染色是否均勻以及是否對布匹有損傷都取決於兩根卷繞軸的運行情況。設備外觀如圖1所示。
圖1 卷染機設備外觀
如圖2卷染機的內部結構圖所示，該設備傳動部分主要通過變頻器控製A、B兩個卷繞軸(卷布)按an照zhao設she定ding的de速su度du和he要yao求qiu的de布bu麵mian張zhang力li運yun行xing，運yun行xing中zhong要yao求qiu布bu匹pi的de張zhang力li始shi終zhong保bao持chi一yi致zhi，不bu能neng出chu現xian波bo動dong。如ru果guo張zhang力li波bo動dong的de話hua，就jiu會hui容rong易yi導dao致zhi卷juan繞rao過guo程cheng中zhong布bu匹pi出chu現xian皺zhou褶zhe，這zhe樣yang在zai高gao溫wen高gao壓ya環huan境jing下xia布bu麵mian就jiu會hui變bian形xing受shou損sun;tongshibumiandexiansuduyeyaobaochibubian，zheyangcainengbaozhengbumiandanyuanmianjishoulixiangtong，zairanyeliransedeshijianxiangtong，bimianchuxianransebujunyunxianxiang。keyikanchu，gaishebeikongzhixitongyaoqiukongzhishoujuan、放卷軸實現布匹恒線速度與恒張力運行。
施耐德電氣傳動係統的解決方案
如圖3配置方案及係統架構所示，本係統以施耐德電氣高端小型PLC M238作為控製器，該控製器內置CANopen通訊總線主站端口，無需擴展總線模塊，通訊速率可達1M;同時集成有兩個串行通訊接口，通過串行接口連接人機界麵用於配方數據及參數的設定顯示。兩台ATV71標準型變頻器分別驅動A、B卷繞電機，通過編碼器反饋信號實現速度閉環磁通矢量控製，保證快速響應速度和精度。同時通過變頻器內部變量實現A、B卷繞軸卷繞圈數計算。變頻器的速度給定、轉矩給定和運行命令及變頻器的狀態、電流等數據均通過CANopen總線PDO來傳輸，實現快速傳輸動態數據變化，保證張力控製和速度控製精度;溫度傳感器的模擬量信號接在變頻器的模擬量輸入端子上，PLC通過總線讀取模擬量輸入的實時數據進行運算(通過變頻器的內部通訊字傳輸給PLC)。兩台ATV71變頻器采用直流共母線的方式連接，保證同步和能量共享。
圖2 卷染機的內部結構
控製要點的實現
1. CANopen總線的配置
創建PLC項目;添加CANopen總線管理模塊;雙擊總線管理模塊，設定總線通訊波特率;添加ATV71變頻器從站並設定從站通訊參數;選擇添加相應的PDO數據包，包括編碼器計數器、溫度模擬量信號、速度給定值、運行命令、變頻器狀態等。
2. 恒線速度與恒張力控製功能的實現
為(wei)了(le)實(shi)現(xian)運(yun)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)布(bu)麵(mian)張(zhang)力(li)和(he)速(su)度(du)保(bao)持(chi)不(bu)變(bian)，放(fang)卷(juan)變(bian)頻(pin)器(qi)采(cai)用(yong)轉(zhuan)矩(ju)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)，收(shou)卷(juan)變(bian)頻(pin)器(qi)采(cai)用(yong)速(su)度(du)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)，處(chu)於(yu)放(fang)卷(juan)的(de)變(bian)頻(pin)器(qi)需(xu)要(yao)用(yong)到(dao)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)轉(zhuan)矩(ju)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)塊(kuai)，在(zai)該(gai)功(gong)能(neng)塊(kuai)中(zhong)配(pei)置(zhi)相(xiang)應(ying)的(de)參(can)數(shu)。然(ran)而(er)反(fan)複(fu)卷(juan)繞(rao)染(ran)色(se)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)，收(shou)卷(juan)、放卷功能是交替變化的(並非絕對的)，當布料從放卷軸完全卷繞到收卷軸以後要切換運動方向，此時放卷軸變成收卷軸，收卷軸變成放卷軸，實現布匹來回卷繞。
ATV71變頻器的運行模式可以通過CANopen總zong線xian切qie換huan，布bu麵mian反fan向xiang卷juan繞rao時shi，隻zhi需xu要yao修xiu改gai變bian頻pin器qi控kong製zhi命ming令ling字zi的de相xiang關guan位wei的de狀zhuang態tai，就jiu能neng實shi現xian速su度du模mo式shi和he轉zhuan矩ju模mo式shi的de實shi時shi切qie換huan。通tong過guo正zheng負fu靜jing帶dai參can數shu的de設she置zhi能neng夠gou進jin行xing轉zhuan矩ju/速度控製的自動切換，有效防止飛車或損壞設備;通過CMI內部控製字的設置，能提高運行速度的分辨率，精度可達0.0018?Hz，這樣就能夠跟隨卷徑的微小變化精確地調整電機角速度，從而保證恒線速度運行。
圖3 SE係統構架
3. 直流共母線
youyuzhengchanggongzuoshifangjuandianjiyizhichuyubeituodongmoshi，suoyifangjuandianjiyizhichuyufadianzhuangtai，ruguofadianchanshengdenengliangbunengkuaisushifangdiao，jiuhuidaozhibianpinqizhiliumuxianchuxianguoyaguzhang。caiyongdanduwaijiezhidongdianzukeyijiejueciwenti，danshizaochenglenengliangdelangfei。
通(tong)過(guo)直(zhi)流(liu)共(gong)母(mu)線(xian)，既(ji)可(ke)以(yi)避(bi)免(mian)此(ci)故(gu)障(zhang)的(de)發(fa)生(sheng)，又(you)能(neng)有(you)效(xiao)利(li)用(yong)放(fang)卷(juan)變(bian)頻(pin)器(qi)的(de)能(neng)量(liang)，避(bi)免(mian)能(neng)源(yuan)浪(lang)費(fei)，節(jie)能(neng)增(zeng)效(xiao)。另(ling)外(wai)，卷(juan)染(ran)機(ji)停(ting)車(che)時(shi)要(yao)求(qiu)兩(liang)三(san)秒(miao)快(kuai)速(su)停(ting)車(che)，當(dang)卷(juan)徑(jing)很(hen)大(da)而(er)且(qie)高(gao)速(su)運(yun)行(xing)的(de)時(shi)候(hou)，轉(zhuan)動(dong)慣(guan)量(liang)非(fei)常(chang)大(da)，此(ci)時(shi)快(kuai)速(su)停(ting)車(che)會(hui)瞬(shun)時(shi)產(chan)生(sheng)很(hen)大(da)的(de)製(zhi)動(dong)電(dian)流(liu)，因(yin)此(ci)必(bi)須(xu)外(wai)接(jie)製(zhi)動(dong)電(dian)阻(zu)來(lai)快(kuai)速(su)消(xiao)耗(hao)製(zhi)動(dong)能(neng)量(liang)。
4. 布厚的自動計算
布厚對張力的控製非常重要。布厚如果存在一定誤差會導致布麵張力出現較大偏差，從而影響產品的質量;現場操作人員有時也無法輸入準確的布厚數據;布匹在浸入染液後布厚存在一定的變數，故布厚的在線自動檢測尤為重要。
布厚的計算利用線速度一致的原理：Va=Vb
得到：(2H0×Qa+R0)×Wa=(2H0×Qb+R0)×Wb
然後：H0=(Wb-Wa)×R0/(Wa×Qa-Wb×Qb)/2
式中：Va、Vb——電機軸的線速度;Wa、Wb——電機軸的角速度;Qa、Qb——卷繞軸卷取布匹的圈數;R0——卷取軸的內徑;H0——布厚。
利用相應的軸實際角速度和圈數值就可計算出相應的布厚。在速度穩定的前提下，並且在一方的圈數接近零時準確度最高。
施耐德開發的AFB 功能塊
卷徑計算功能塊：通過從變頻器讀取的編碼器脈衝及設定的布厚來實現圈數和卷徑的計算，同時可以實現卷徑的在線修正，可以按照卷徑或圈數修改。
轉動慣量計算功能塊：實現轉動慣量隨著卷徑的變化實時進行計算調整。
速度和轉矩的計算功能塊：通過此功能塊實現速度和轉矩的計算，包括速度斜坡及加減速時間、張力、轉動慣量係數的設定，得到實時的線速度及轉矩給定值。
轉換控製功能塊：通過此功能塊實現變頻器的控製模式，包括速度控製和轉矩控製模式，變頻器的運行命令，及最終給到變頻器的速度值及轉矩值等。
施耐德電氣解決方案的價值
ATV71加強塗層，適應惡劣生產環境;ATV71內置CANopen總線，無需擴展卡，安全可靠，動態響應速度快;ATV71修改內部控製字CMI實現0.0018?Hz響應精度，對於該設備要求速度微量變化的場合非常有用，避免調速時出現張力波動;ATV71過載能力強，優越的低速轉矩控製性能，能夠在零速時保持設定的轉矩;GXO觸摸屏采用加強塗層，適應潮濕、高溫、腐蝕環境;M238內置通訊總線，無需擴展總線通訊模塊;卷繞圈數計算和溫度采集由變頻器完成，節省PLC輸入點和模擬量擴展模塊;開發專用AFB，方便二次開發;直流共母線有效利用發電再生能量回饋給母線，節能增效。
本係統采用ATV71變頻器和 M238 PLC 實現了卷染機的恒線速度、恒張力控製，具有較高的動、靜態性能。該方案的成功應用標誌著施耐德電氣的變頻器在高要求轉矩矢量控製領域實現了又一次自我突破，具有較高的推廣價值。