MM420变频器在细纱机中的应用

MM420变频器在细纱机中的应用电动机是电力拖动系统中的原动机，它将电能转化为机械能，去拖动各种类型生产机械的工作机构运动，以实现各种生产工艺的要求，如驱动轧钢机的轧辊、龙门刨床的工作台、起重机的提升机及行走机构等。在很多应用中可能要求生产机械在工作速度、定位精度、快速启动和制动、反转等方面达到一定的水平，而作为系统原动机的电动机则是实现这些要求的主体，因此提高电动机的调速技术对于整个电力拖动系统的性能具有重要的意义。随着电力半导体和微电子技术的迅速发展，交流变频调速技术也取得了很大的进步并得到日益广泛的应用。本文主要介绍西门子公司新一代MicroMaster4系列变频器的突出特点以及MM420变频器在纺织设备中的应用设计。2MicroMaster4系列变频器的特点MicroMaster4系列变频器是西门子公司的新一代产品，功能强大，控制灵活，使用方便。其特点主要有如下几个方面:(1)控制功能强①先进的BiCo技术，实现灵活的端子功能自定义，满足用户的特殊需要。②三个可编程的继电器输出口，可实现多泵切换，无需扩展DI/DO模块，可节约成本。③控制方式多样，用户可根据负载特性选择合适的控制方式。④操作方式有多泵切换、旁路、手动/自动切换、断带检测和节能方式。在变频器发生故障时，可以实现工频自由切换，保证系统正常运行。⑤完善的故障检测和保护功能。⑥过载能力强，140%负载电流可持续3秒钟，5分钟内110%负载电流可持续60秒。⑦内置PID控制器，可构成压力、流量、温度等闭环控制，节约投资成本。⑧三组参数存储，方便完成设定值互相转换，匹配不同负载，满足生产要求。(2)具有强大的通信组网能力①RS485接口②Profibus和DeviceNet通信选件③便于集中控制，布线简洁，运行可靠。(3)有丰富的可选件①选项丰富，有输入和输出电抗器、操作盘、A级或B级EMC滤波器、通信模块、柜门安装件等。②用户选择范围广。③组建系统灵活。(4)调试简单①有专用的调试软件DriveMonitor②具有快速的调试方式③操作简便的控制盘SDP、BOP2④初次使用者很快能掌握调试的基本要领。3系统设计3.1工艺要求棉纺过程有开纤(开棉、除尘、混棉)，制纱(梳棉、制棉条)，粗纺(将棉条进一步延伸，稍加搓捻)，最后是精纺(将粗纱延伸、搓捻成细纱)。细纱机是棉纺过程的最后一道工序，精纺机械的纺织时间最长，而且需要强驱动力。该道工序的好坏直接影响到棉纱的产量和质量，所以选择细纱机的传动装置是十分重要的。细纱机所需的电气传动装置应满足如下条件:(1)高效率:细纱机所需的传动动力占棉纺过程的50%以上且连续运行，所以传动装置的效率直接影响到整个棉纺过程的动力。(2)可软启动:启动时如果受到过大的的张力或者张力变化急剧都会造成断纱。(3)良好的速度控制性能:高生产率的纺纱速度是断纱少的最高速度，但断纱由于种种原因而变化，纺纱速度也应对应于各种条件进行调整。根据纺纱过程的工艺要求，采用西门子公司的新一代MM420变频器可以满足上述要求，MM420变频器的模块化设计理念、快速的I/O处理时间和良好的动态响应可以实现灵活地配置控制系统。MM420变频器的主要技术指标如表1所示。表1MM420变频器的主要技术指标变频器的技术规格MicroMaster420输入电压单相200~240V±10%输入频率47~63Hz输出电压0~230V输出频率范围0~650Hz输出功率0.25kW过载倍数1.5倍60秒工作温度-10℃~50℃保护等级IP20控制方式V/F，FCC，V/F2，可编程V/F串行口RS232，RS485电磁兼容性EN55011A级EN55011B级3.2系统配置一台细纱机通常有250~400个纱锭，纺纱锭数一般用细纱机台数×40来表示。细纱机本身的纺纱能力用纱锭的转速表示，对于棉纺一般是10000~16000r/min。细纱机的运行模式分为高、低速两档。在启动开绕和绕满停车时，为了防止断纱而实行软启动和停车。系统中用了16台内置EMC滤波器的变频器和16台三相250W的电机。控制系统采用SIMATICS7-200PLC。所有的变频器都由S7PLC通过RS485串行通信口使用USS协议来控制。这样不仅增强了系统的控制性能，而且还减少了系统布线和调试的时间。在系统中采用西门子公司的SIMATICS7-200PLC对各个变频器进行集中监控，PLC和变频器之间通过RS485总线相连，变频器和电动机的各个参数如电机电流、电机运行的最大和最小频率、变频器的斜坡上升和下降时间等都可以由PLC通过串行通信口来实时地访问和修改。这样就增强了系统的控制性能，减少了系统的布线和调试时间，降低了工程施工的成本，提高了系统的可靠性，方便了系统的维护，降低了维护费用。纺纱过程中由电机来带动纱锭(线轴)工作。电机在变频器的控制下运转而带动纱锭进行纺纱。纺纱的质量取决于变频器能否在负载变化时保持稳定的运行。系统中采用西门子MM420变频器来控制纱锭电机的运行，输出频率为0～650Hz，MM420变频器具有很高的动态性能容许负载快速变化，其FCC控制功能可以提供非常平稳的运行速度，从而减少了断纱，增强了纺纱的质量。细纱机的运行模式分为高速和低速两档。在系统开绕到低速以及由低速到高速的加速过渡过程中，电机带动纱锭在变频器的控制下在设定的时间内均匀加速。在由高速到低速以及由低速到绕满停车的减速过渡过程中，电机在变频器的控制下在设定的时间内均匀减速，如系统的运行模式图2所示。在启动开绕和绕满停车时，变频器实行软启动和停车，以避免断纱的出现。低速和高速的持续时间由PLC控制，而具体的运行速度是通过对变频器的设定来确定的。3.3变频器的参数设定系统设计中首先快速参数化变频器P0010=1。其他主要参数设定如表2所示。表2变频器的参数设定表参数号参数值说明P03001电动机类型选择P0304230电动机额定电压设定P03050.81电动机额定电流设定P03070.25kW电动机额定功率设定P03080.75电动机额定功率因数设定P03090.8电动机效率设定P031050电动机额定频率设定P03111410电动机额定转速设定P07005变频器通过USS协议输入控制起停P10005变频器通过USS协议输入频率设定值P10800电动机运行的最小频率P108250电动机运行的最大频率P11201斜坡上升时间P11211斜坡下降时间P13001FCC磁通电流控制P39003快速调试4结束语在系统设计中，由于采用了速度控制性能优良的MM420变频器进行控制，使得纺纱质量得到显著提高，减少了由于断纱而产生的故障时间，降低了系统的运行成本，提高了纺纱产量，优化了网络控制性能，所有的变频器和电动机都可以通过串行口来访问，从而大大降低了工程成本和维护费用。系统中采用的MM420变频器的防护等级为IP20，为了保证变频器长期可靠地运行，在系统工作过程中需要注意以下几个方面：(1)由于纺织生产本身的工艺要求，要保持车间一定的温度和湿度，在炎热的夏季一定要注意变频器柜体的温度不要超限，要确保柜体的通风。(2)由于纺纱车间的粉尘较多，如果变频器的柜体设计密封程度不够，粉尘进入变频器内堆积，吸附在电力、电子元件上，将会导致绝缘降低，引起变频器故障。因此在设计柜体时要注意防尘，并定期清理柜子的过滤器。(3)由于供电质量低以及同一电网连接多台变频器，故需考虑在每台变频器的输入端加进线电抗器，以保护变频器长久地正常运行。