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    關(guān)鍵詞：粗紗機(jī)　PLC　伺服　變頻器　HMI

    1.引言

　　粗紗機(jī)是將并條后的熟條加工成不同號數(shù)和捻度的粗紗，供細(xì)紗機(jī)紡制細(xì)紗的設(shè)備，適用普梳和精梳棉型纖維、60mm以下的化學(xué)纖維及其它混紡纖維。

　　我國粗紗機(jī)的技術(shù)進(jìn)步，在過去幾十年中相對于傳統(tǒng)紡紗的其他設(shè)備發(fā)展較為滯后.這其中有多道粗紗機(jī)改單程粗紗機(jī)，并受細(xì)紗技術(shù)進(jìn)步的影響和超大牽伸細(xì)紗機(jī)研制開發(fā)爭論的干擾。20世紀(jì)90年以來，隨著先進(jìn)的粗紗機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制理論的成熟，適應(yīng)客戶要求的高速、高質(zhì)、大卷裝、人機(jī)友好型粗紗機(jī)得到快速發(fā)展.

　　粗紗機(jī)就落紗過程的不同，分托錠式和懸錠式;其中懸錠式粗紗機(jī)依據(jù)電機(jī)軸數(shù)量又分： 兩軸式、三軸式、四軸式和七軸式粗紗機(jī);四軸懸錠式粗紗機(jī)為本輪技術(shù)發(fā)展的重點.四軸懸錠式粗紗機(jī)又分帶差速箱式和四軸獨立式;本文基于臺達(dá)機(jī)電產(chǎn)品，就變頻和伺服構(gòu)成的四軸獨立式懸錠粗紗機(jī)闡述其技術(shù)要點.

    2.機(jī)械結(jié)構(gòu)及相關(guān)工藝

　　1.四軸獨立懸錠式粗紗機(jī)整體結(jié)構(gòu)　如圖1

圖1 整機(jī)圖

　　2.　傳動結(jié)構(gòu)和工藝

　　傳動結(jié)構(gòu)　如圖2

圖2 傳動結(jié)構(gòu)

圖3 羅拉牽伸原理

　　根據(jù)紡紗工藝的要求，粗紗機(jī)將棉條熟條經(jīng)羅拉牽伸后，由前羅拉出紗，錠翼恒速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行加捻;同時卷繞系統(tǒng)帶動筒管旋轉(zhuǎn)，按照卷裝成型的要求，將加捻后的紗卷繞在筒管上.由于前羅拉出紗速度是恒定的，卷繞速度隨著卷繞直徑的增大而降速.同時龍筋緩慢升降，托動其上紗管上下往復(fù)動作，配合卷繞裝置使紗線逐層纏繞在紗管上，直到到達(dá)預(yù)設(shè)層數(shù)或紗線長度.

　　事實上，完整的懸錠粗紗機(jī)還應(yīng)包含清潔裝置：懸錠粗紗機(jī)普遍采用積極回轉(zhuǎn)式上下清潔器.由于其結(jié)構(gòu)獨立，工作方式較為簡單，本文不再贅述.

    3.基于臺達(dá)機(jī)電產(chǎn)品的電氣系統(tǒng)構(gòu)架

　　1.　電氣系統(tǒng)的構(gòu)架考量

　　四軸獨立懸錠式粗紗機(jī)，控制系統(tǒng)的關(guān)鍵在于四軸的同步比例聯(lián)動，來模擬兩軸粗紗機(jī)差速箱合成各軸速度的過程;四軸獨立懸錠式粗紗機(jī)系統(tǒng)動作過程中，各軸速度要求有高的響應(yīng)性和穩(wěn)定性。同時，電機(jī)對外部負(fù)載的合理變化要求有快速而有效的應(yīng)變能力。

　　基于設(shè)備的以上技術(shù)特征和客戶高品質(zhì)要求，結(jié)合臺達(dá)完整、全面的產(chǎn)品線，我們選用臺達(dá)EH2系列PLC作為主控，選用臺達(dá)VE系列高性能矢量變頻器控制錠翼軸;臺達(dá)A+系列大功率伺服系統(tǒng)控制卷繞軸;羅拉軸和龍筋軸分別選用臺達(dá)AB系列伺服系統(tǒng)控制;觸摸屏為臺達(dá)A系列真彩界面。

　　2. 電氣系統(tǒng)的整體構(gòu)架

　　構(gòu)建的電氣系統(tǒng) 如圖4;

圖4 電氣系統(tǒng)構(gòu)架

　　3. 主要控制器件功能

　　A.觸摸屏：四軸懸錠式粗紗機(jī)參數(shù)設(shè)定量大，本屏可直觀、便捷的設(shè)定和監(jiān)控各種參數(shù);

　　B.PLC：EH2系列型，運算速度快，支持4路高速脈沖輸出，穩(wěn)定可靠，可依據(jù)控制工藝擴(kuò)展I/O點數(shù);

　　C.羅拉伺服：提供羅拉軸動力，速度恒定，大小決定于錠翼轉(zhuǎn)速和捻度;

　　D.卷繞伺服：提供紗管卷繞動力，速度隨紗的卷繞直徑增大而降低;

　　E.龍筋伺服：提供龍筋升降動力，升降速度越小，紗線纏繞越密;

　　F.錠翼變頻：提供錠翼旋轉(zhuǎn)動力，速度恒定，由觸摸屏設(shè)定;變頻系統(tǒng)加裝速度回授PG卡，電機(jī)加裝臺達(dá)編碼器，實現(xiàn)閉環(huán)控制.考慮到粗紗機(jī)電控箱的配置離機(jī)頭較遠(yuǎn)，應(yīng)用現(xiàn)場電磁環(huán)境復(fù)雜，建議選用差動型編碼器.

　　4. 周邊控制線路

　　根據(jù)工藝要求，粗紗機(jī)身上并聯(lián)安裝多組操作盒，每組操作盒上設(shè)啟動、停止、點動按鈕，均能啟停點動整臺機(jī)器，以方便檔車工操作;

　　紡紗過程中，斷紗斷條均要求自動停車，故加裝光電傳感器，已檢測紗條是否工作正常;紡紗成型完成，龍筋自動下降到落紗位置，方便擋車工快速取下紗錠;同時，紗錠取下完成一次紡粗紗后，再次安裝新的紗管，操作觸摸屏相關(guān)按鈕，要求龍筋自動上升到初繞位置停止，將新穿過錠翼的紗線手工纏繞在紗管初繞位置，操作啟動按鈕，新的紡紗過程開始.這就要求，在龍筋上下升降的行程中，加裝落紗位置檢測開關(guān)、初繞位置檢測開關(guān).考慮到龍筋上下升降行程不能超過極限值，必須加裝龍筋上下極限檢測開關(guān).

　　以上控制點，直接接入PLC輸入點，控制邏輯由PLC運算處理;

圖5 觸摸屏程序之參數(shù)設(shè)定界面

    4.調(diào)試難點、要點及應(yīng)對

　　1.　紗線張力控制

　　四軸懸錠式粗紗機(jī)，從羅拉牽伸出的紗線，需穿過錠翼形成捻度再纏繞在筒管上，整個過程是一個動態(tài)過程;由于捻度有限，紗線的極限張力較小，在整個紡紗過程，受傳動機(jī)械比例聯(lián)動同步性的波動、紗管時時直徑理論值和實際值的誤差，造成紗線出紗位置的上下波動（如圖3箭頭處所示），大的波動不僅影響紗錠成型質(zhì)量，甚至超成斷頭，使整機(jī)停機(jī)，影響紡紗效率.

　　目前行業(yè)內(nèi)主要分兩種途徑解決上述問題：

　　第一種： 由張力CCD傳感器在線檢測粗紗張力，反饋到PLC運算。

　　這種方式，減低了核心運算難度，簡化了纏繞和龍筋軸的控制計算量.但由于CCD檢測在實際使用過程中，對環(huán)境要求較高，必須保持鏡面清潔，且面對市場成本壓力，此種解決方式普及度并不高，但值得關(guān)注.

　　第二種： 在標(biāo)準(zhǔn)理論計算公式下，增加張力補償程序，進(jìn)而微調(diào)紗管旋轉(zhuǎn)速度和龍筋升降速度，達(dá)到調(diào)整粗紗張力的目的.同時針對不同的紗線要求自動調(diào)用不同的補償系數(shù).其普遍采用的是補償微調(diào)卷繞軸速度.

　　此種方式，成本小，效果明顯，不依賴于檢測外部器件，柔性好.但調(diào)試時要反復(fù)測試，不斷積累不同紗線在不同層數(shù)的修正系數(shù)值.本案采用此方式。

　　2.龍筋位置的斷電記憶

　　在紡紗時，紗錠纏繞未完成時系統(tǒng)外部斷電是經(jīng)常存在的，重新上電后，要求粗紗機(jī)能繼續(xù)斷電前位置和參數(shù)繼續(xù)紡紗.

　　由于市場大多伺服系統(tǒng)驅(qū)動器為增量式編碼器，斷電不能記憶軸當(dāng)前位置;本案通過4N25光偶連接PLC與伺服驅(qū)動器編碼器輸出口，通過PLC斷電記憶區(qū)來記憶斷電前位置值。其連接方式 如圖6

圖6 龍筋伺服編碼器通過4N25轉(zhuǎn)換后接入PLC

　　3. 整機(jī)啟停的控制

　　在粗紗機(jī)紡紗處于初始階段和將要完成時，紗錠半徑對應(yīng)較小或較大，此時若以屏設(shè)最高速度運轉(zhuǎn)，紗線在纏繞邊緣的離心力與紡紗中段差別較大，不利于形成高質(zhì)量紗錠.這就要求紡紗初始階段和將要完成時整機(jī)速度降低運行，減少斷頭率，提高成紗質(zhì)量.程序中必須設(shè)計各個紡紗階段的自動速度轉(zhuǎn)換程序.

圖7 紡紗成型中段

    5.結(jié)論

　　以上述方案為依托研發(fā)的四軸獨立懸錠式粗紗機(jī)已在山東某紡織機(jī)械廠研發(fā)成功，錠翼速度最高可達(dá)1350r/min,紗錠成型勻稱，紗線排布一致性好，一次成型紗線長度可達(dá)3200m;捻度、紗錠成型角度、成型長度、紡紗長度等均可柔性設(shè)定。紡紗張力更為穩(wěn)定，在錠速1100r/min條件下斷頭在0.5根/臺·小時以內(nèi)。具備自動落紗和自動找初繞位置功能，有效降低擋車工勞動強度，提高了勞動效率，市場前景廣闊。

　　臺達(dá)擁有變頻器、PLC、伺服系統(tǒng)、人機(jī)界面、編碼器等完整工業(yè)控制器件產(chǎn)品線，為客戶提供先進(jìn)全面的解決方案.針對粗紗機(jī)行業(yè)，臺達(dá)可提供兩軸式、三軸式、四軸式變頻或伺服系統(tǒng)整體解決方案，同時可滿足客戶個性化要求.基于紡織行業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，公司專門成立的紡織行業(yè)應(yīng)用處，服務(wù)紡織行業(yè)。

    參考文獻(xiàn)

　　1 周琪. 紡織機(jī)械基礎(chǔ)概論.北京：中國紡織出版社.2006.

　　2 周炳榮.紡紗機(jī)械 .北京：中國紡織出版社.1999.

　　3 臺達(dá)VFD-VE變頻器使用手冊 .中達(dá)電通股份有限公司.2007.

　　4 臺達(dá)ASDA AB系列伺服驅(qū)動器應(yīng)用技術(shù)手冊. 中達(dá)電通股份有限公司.2007

　　5 臺達(dá)DVP-PLC應(yīng)用技術(shù)手冊（程序篇）. 中達(dá)電通股份有限公司.2006