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宋立彬 （1979-）

男，河北唐山人，畢業于河北農業大學機電工程學院電氣自動化專業，現任河北太行機械工業有限公司紡機研發中心電氣工程師，從事紡織機械電氣控制及其相關領域的研究與開發工作。

1 引言

    近十多年來，我國紡織機械行業的自動化水平有了明顯的提高，在新型紡織機械上普遍采用了自動化技術。這項技術的內容包含了先進的信息處理和控制技術，即以計算機為核心，有PLC、工控機、單片機、人機界面、現場總線等組成的控制系統。先進的驅動技術，有變頻調速、交流伺服、步進電機等，檢測傳感技術和執行機構等。棉紡織設備較有代表性的機電一體化產品，例如新型的粗紗機，應用了自動化技術后機構簡化，性能改善，質量提高，操作方便，提升了設備的檔次和水平。采用觸摸屏人機界面，操作簡單方便。變頻調速降低了設備的噪音和功率，減少了機械損耗，并且隨著業內人士對紡織工藝的更深入了解，粗紗機的功能更加的完善，使國產粗紗機比進口粗紗機更加適合在國內應用。

2 臺達自動化產品的介紹

    隨著自動化產品的發展，臺達已由單一的變頻器生產研發廠家發展到現在能為客戶提供PLC、溫控器、計數器、人機界面、變頻驅動器、伺服驅動器、數控系統等多元化產品，在冶金、紡織、醫藥等幾十個行業都有更廣泛的應用。尤其在紡織行業占據了很大的市場份額。河北太行紡機公司是生產紡織機械的專業企業，有多種機型采用了臺達成套解決方案——精梳機FA298A、并條機FA361A、粗紗機FA421A/THFA4421、細紗機FA561A等關鍵紡織設備，既為生產品質提供了技術保證，也提升了企業的產品價值與綜合競爭力。

3 系統開發的簡介

3.1 硬件構成

    （1）控制的核心部件是PLC，在整個控制系統起著舉足輕重的作用，選型的時候要考慮其存儲容量和處理速度。根據控制要求需要的輸入24點、輸出24點，并且需要兩個通訊端口，其一RS485通訊端口來控制時時給定頻率，來達到電機的時時速度控制，還要根據紡紗工藝要求寫入變頻器的參數；其二連接上位機觸摸屏（HMI），來實現人機對話。依據上述要求選型為主模塊DVP32E（數量1個）、擴展模塊DVP08（數量2個）。

    （2）整合計算整機的實際功率為8~9kW（每臺設備安裝時的機械間隙不一樣，導致設備的實際功率也有所不同），選用10kW的電機，驅動變頻器選型為VFD150B43A，遵循適當放大的原則。這樣可以有效的抑制新設備在最初運行時由于機械沒有磨合好產生的誤報警。

    （3）人機界面的選擇很重要，它是人機交流的主要途徑，每天設備和人接觸最多的就是人機界面，它不僅要求外型美觀，而且還要耐用，在紡紗廠環境這樣比較惡劣的條件下24小時能夠保障無故障長時間運行。

    （4）控制框圖

                                 圖1   控制結構圖

3.2 功能介紹

    在80年代我國懸錠粗紗機已經廣泛的應用了變頻調速技術，但當時由于PLC在紡織領域沒有很廣泛的應有，所以在粗紗機功能上也沒有深入的開發。隨著工控產品本身功能的增強和對紡織工藝更深入的了解，粗紗機的功能有了新的開發。

    （1）通訊參數寫入

    雖然現代變頻器被更廣泛的推廣，但由于有些紡紗廠的技術力量薄弱，對變頻器的參數設定有一定的難度，紡織工藝的變動，往往需要設備生產廠家的技術工程師來更改，這樣既耽誤生產，又增加了售后服務成本。基于這點考慮開發的變頻器參數通訊寫入，只需在人機界面修改參數，點擊寫入即可。既方便又降低了操作難度。

    （2）定位停車

    在粗紗機生頭、斷紗接頭時，都需要把錠翼停到一個固定的角度，這樣擋車工才易于操作，在早期的粗紗機是沒有定位停車功能，需要擋車工手動扳動錠翼，這種錯誤操作往往對紗線的質量產生破壞，容易產生細節。定位停車功能就能解決這個問題，當粗紗斷紗報警停車停車時，錠翼停在一個易于接頭的角度，不用再手動扳動錠翼，降低了勞動強度，提高了紡紗質量。

    （3）無級調速

    由于錠翼通道對速度的變化產生的摩擦力是不一樣，速度的大幅跳躍會對紗線的張力長生很大的影響，本功能是根據紡織工藝的要求，在小紗低速時逐漸的調高輸出頻率，中紗恒速，大紗逐漸的降低速度，每次根據換向次數跳動很小的頻率，是變化頻率不造成對紗線張力的負面影響。

4 軟件開發

4.1 人機程序的開發

    人機界面開發要遵循簡單明了，易于操作的原則。實現數據的監控，主要包括監視畫面、CCD張力控制畫面、運行控制畫面、參數設置畫面、班產數據畫面、輸入輸出點監視畫面、幫助換面。

    （1）監視畫面

    根據紡紗工藝要求，有些數據要隨時能查看，例如一落紗長、紡紗定長、紡紗速度、羅拉轉速、錠翼轉速等，把這些數據放在同一畫面方便查看。

                                      圖2   監視畫面

    （2）運行控制畫面

    粗紗機所有的控制操作都能在此畫面上實現，包含起動、點動、停止和落紗三自動的實現。

                                     圖3   運行控制畫面

    （3）變頻器參數寫入畫面

    設置好的變頻器參數點擊后此按鈕就會顯示，等待大約10秒后，參數設置完畢，按鈕狀態恢復。

                                     圖4   變頻器參數寫入畫面

4.2 PLC程序的開發

    按照工藝要求和功能的構思，規劃好每個輸入輸出點的含義后就是程序的編制，考慮到程序的容量和開發程序的簡潔易讀性，該程序大量應用了子程序，程序分塊結構，方便程序的修改和查找。P0：變頻器參數寫入，在執行變頻器參數寫入時調用該子程序；P1：即時給定頻率，變頻器輸出頻率根據粗紗換向次數來給定，按照升速曲線來變換速度：P2：落紗三自動。程序收到滿紗信號后，調用落紗三自動子程序。給松皮帶信號 → 松緊皮帶電機正向起動 → 松皮帶到位接近開關亮 → 松皮帶電機停止運轉 → 步進電機反轉起動復位皮帶 → 皮帶復位行程開關打開 → 步進電機停止運轉 → 下龍筋升降電機正向起動 → 下龍筋超將到位 → 下龍筋升降電機停止。

    P4：密碼驗證程序。需要密碼進入工藝參數設置畫面，設置參數時條用密碼驗證子程序，密碼驗證通過才能進入。

5 結束語

    隨著工控產品的高效、成熟以及技術價值日益的提高，紡織機械自動化程度也越來越高，但設計的出發點還要以用戶簡單、好用為根本，廠商應在不增加系統硬件的基礎上盡量開發既結合工藝又實用的功能，使我國的紡織機械向更高水平發展。