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    系統(tǒng)概述

    粗紗工序是紡制細(xì)紗前的準(zhǔn)備工序，主要包括以下四個(gè)主要工序：

    (1).牽伸（羅拉）:進(jìn)行5~12倍的牽伸，分擔(dān)細(xì)紗機(jī)的牽伸比。

    (2).加捻（錠翼）:給牽伸后的須條加上適當(dāng)捻度，使紗具有一定的強(qiáng)度。

    (3).卷繞（筒管）:將加捻后的粗紗卷繞在筒管上，便于貯存、搬運(yùn)。

    (4).成形（龍筋）:卷繞成兩端成錐形的粗紗，便于細(xì)紗機(jī)的退繞喂入。

    近年來，隨著電力電子與自動(dòng)化技術(shù)在各行業(yè)的廣泛應(yīng)用與深入普及，為滿足進(jìn)一步提高紡機(jī)競爭力的內(nèi)在要求，實(shí)現(xiàn)粗紗機(jī)高速、高效、高度機(jī)電一體化已是國內(nèi)外粗紗機(jī)發(fā)展的必然趨勢。代表當(dāng)今最高技術(shù)的新型粗紗機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1所示，整機(jī)采用四臺變頻控制的電機(jī)分別來實(shí)現(xiàn)粗紗的牽伸、加捻、卷繞、成型工序。

                                   圖1　四電機(jī)粗紗機(jī)傳動(dòng)原理圖
    方案原理圖

                                   圖2　四電機(jī)粗紗機(jī)傳動(dòng)方案原理圖

    在四電機(jī)傳動(dòng)粗紗機(jī)的控制系統(tǒng)中，采用Unity Premium PLC(TSX P57 0244M)作為控制器, 進(jìn)行粗紗機(jī)工藝數(shù)學(xué)模型的計(jì)算和速度閉環(huán)和張力閉環(huán)控制。四臺施耐德電氣公司的高性能、高精度ATV71變頻器分別控制羅拉電機(jī)、錠翼電機(jī)、筒管電機(jī)及龍筋電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)粗紗機(jī)的牽伸、加捻、卷繞成形等工藝要求。同時(shí)配Magelis XBT-G 10.4” 彩色STN觸摸屏(XBT G5230)進(jìn)行操作和系統(tǒng)監(jiān)控。整個(gè)系統(tǒng)通過Unity Premium PLC和ATV71組成通訊速率高達(dá)1M的CANopen現(xiàn)場總線。

Premium+ATV71+XBTG方案硬件配置 

                               Premium PLC部分    

 型號                          說明                                                        數(shù)量 

 TSXP570244M                   Unity Premium 570x4 CPU，帶CAN Master通信擴(kuò)展卡              1 

 TSXPSY2600M                   電源，110/220 VAC 26W                                        1 

 TSXRKY8 Premium               機(jī)架，8 槽                                                   1 

 TSXDEY16D2                    開關(guān)量輸入，16 點(diǎn)，24 VDC，移動(dòng)端子塊                        2 

 TSXDSY16R5                    開關(guān)量輸出，16 點(diǎn)，3A 24 VDC, 24-240 VAC 繼電器，移動(dòng)端子塊  2 

                               ATV71變頻器部分    

  型號                         說明                                                        數(shù)量 

 ATV71HU15N4Z                  3P 380VAC, 1.5KW,簡易面板,內(nèi)置EMC濾波器                     1 

 ATV71HU30N4Z                  3P 380VAC, 3KW,簡易面板,內(nèi)置EMC濾波器                       1 

 ATV71HU55N4Z                  3P 380VAC, 5.5KW,簡易面板,內(nèi)置EMC濾波器                     1 

 ATV71HD11N4Z                  3P 380VAC, 11KW,簡易面板,內(nèi)置EMC濾波器                      1 

 VW3A3401                      編碼器接口卡 5V RS 422                                      4 

 VW3A110                       遠(yuǎn)程圖形顯示終端                                            1 

 VW3CANTAP2                    CANopen 適配器                                              2 

                               XBTG人機(jī)界面部分   

 型號                          說明                                                        數(shù)量 

 XBTG5230                      10.4英寸, 64色,STN, 8M內(nèi)存, CPU主頻100M,以太網(wǎng)接口          1 

 XBTZ968                       PLC連接電纜, Twido, Micro                                   1 

    控制特點(diǎn)

    控制器：Premium PLC完成數(shù)學(xué)模型計(jì)算、邏輯控制、張力閉環(huán)及CANopen通訊，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，編程簡單。

    為保證粗紗質(zhì)量，四臺電機(jī)的調(diào)速和同步控制要求數(shù)據(jù)刷新速度至少為50ms，通過Unity Premium PLC和ATV71組成CANopen現(xiàn)場總線，應(yīng)用Unity Premium PLC的高效的數(shù)據(jù)處理能力和處理速度，以及CANopen總線高速傳輸和周期性、同步數(shù)據(jù)交換功能，可以很好地滿足四電機(jī)傳動(dòng)粗紗機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)速及同步要求。

    速度環(huán)：4臺ATV71（采用編碼器反饋的矢量控制模式），由ATV71自身完成。

    ATV71系列變頻器是施耐德電氣公司推出的基于現(xiàn)代控制理論矢量控制技術(shù)的具有高性能和強(qiáng)大功能的全系列變頻器，功率范圍0.37～500KW，頻率范圍0～1000Hz(≤37KW)，0～500Hz (>37KW)；調(diào)速范圍1～100(開環(huán))，1～1000(閉環(huán))；調(diào)速精度為10%(開環(huán))， 0.01%(閉環(huán))；過力矩能力為170%60s或220%2s。具有開環(huán)/閉環(huán)切換、擺頻功能、給定值存儲、PID調(diào)節(jié)以及各種保護(hù)等先進(jìn)功能；集成EMC A級濾波器；無傳感器電機(jī)控制；內(nèi)置可編程控制卡。在四電機(jī)傳動(dòng)粗紗機(jī)控制系統(tǒng)中，ATV71采用電流矢量閉環(huán)控制模式，可以實(shí)現(xiàn)零速度下滿力矩，滿足了粗紗機(jī)對低頻傳動(dòng)的特定要求。

    張力環(huán)：通過CCD反饋，由Premium PLC完成。

    通過CCD反饋檢測粗紗張力的變化，應(yīng)用Premium PLC的PID函數(shù)功能，對四臺變頻器之間的速度比進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，能有效克服由于溫度、濕度及紗線品質(zhì)不一致引起的張力波動(dòng)，達(dá)到恒張力紡紗的目的。

    高速通信：速率高達(dá)1M的CANopen總線。

    CANopen總線是基于CAN BUS的高層協(xié)議，秉承了CAN總線的抗干擾性強(qiáng)、高速、實(shí)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，另外CANopen應(yīng)用PDO、SDO、NMT等通訊對象，方便了總線的管理和應(yīng)用。CANopen應(yīng)用于四電機(jī)的粗紗機(jī)，可確保四電機(jī)之間速度的同步。

    緊密紡細(xì)紗機(jī)控制系統(tǒng)方案

    系統(tǒng)概述

    細(xì)紗工序是成紗的最后一道工序，是將粗紗進(jìn)一步牽伸30～50倍并加捻，紡成具有一定特?cái)?shù)、符合相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)紗，供捻線、機(jī)織或針織使用。傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)的牽伸原理與粗紗機(jī)基本相同，而卷繞和加捻則是由鋼領(lǐng)和鋼絲圈來完成的。環(huán)錠細(xì)紗機(jī)和傳統(tǒng)粗紗機(jī)一樣由一臺電機(jī)傳動(dòng)，通過齒輪箱變換各機(jī)構(gòu)需要的速度。在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)各組成部分中，牽伸系統(tǒng)是反映細(xì)紗機(jī)性能和影響紗線質(zhì)量的最關(guān)鍵因素，而新型的緊密紡紗技術(shù)通過對牽伸部分進(jìn)行創(chuàng)造性改造，將牽伸區(qū)和集合區(qū)分離，在環(huán)錠紡羅拉牽伸與加捻之間疊加對纖維須條的氣動(dòng)凝聚或集聚技術(shù)，增加了須條的緊密度，毛羽減少約20％，強(qiáng)力則提高約10％，同時(shí)，條干均勻度、機(jī)器效率等也有不同程度的提高，不僅可以降低加工成本，同時(shí)可以減少后加工工序。緊密紡的另一優(yōu)點(diǎn)是與原細(xì)紗機(jī)完全一致，只多出一對集聚羅拉，在原環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上也可進(jìn)行改裝，具有廣闊的市場前景。

    緊密紡細(xì)紗機(jī)的控制系統(tǒng)較環(huán)錠細(xì)紗機(jī)復(fù)雜許多，首先是前后羅拉的嚴(yán)格同步，實(shí)現(xiàn)牽伸倍數(shù)和捻度的精密控制，保證高支數(shù)紗線的成紗質(zhì)量；其次是通過取消鋼領(lǐng)板的傳動(dòng)齒輪，采用先進(jìn)的伺服控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)卷裝的電子成形技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)械機(jī)構(gòu)的簡化、生產(chǎn)速度的提高、以及紗線支數(shù)和管紗成形的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

    方案原理圖

                                      圖1　緊密紡細(xì)紗機(jī)傳動(dòng)方案原理圖

    在緊密紡細(xì)紗機(jī)的控制系統(tǒng)，采用了三套施耐德電氣公司的Twin Line系列伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和無刷伺服電機(jī)，分別控制前、后羅拉以及鋼領(lǐng)板；采用1臺ATV71變頻器控制主傳動(dòng)電機(jī)，采用1臺ATV31變頻器控制風(fēng)機(jī)；整個(gè)系統(tǒng)采用Micro PLC控制，Micro PLC與變頻器及伺服間采用高速CANopen總線進(jìn)行通訊，同時(shí)采用XBT-G 5.7”黑白觸摸屏進(jìn)行系統(tǒng)操作和監(jiān)控。

    Micro+ATV71+ATV31+TWLIN+XBTG方案硬件配置

            Micro PLC部分   

型號       說明                                                數(shù)量 

TSX3722101  TSX37-22本體，24V直流電源                           1 

TSXDMZ28DT  開關(guān)量混合，16 點(diǎn)輸入/12 點(diǎn)輸出，固態(tài)，螺絲端子塊   1 

TSXDEZ12D2  開關(guān)量輸入，12 點(diǎn)，24 VDC，螺絲端子塊，半高         3 

TSXDSZ08R5  開關(guān)量輸出，8 點(diǎn)，繼電器，螺絲端子塊，半高          1 

TSXMFP032P  Flash EPROM卡，32K                                  1 

TSXCPP110  CANopen Card                                         1 

            ATV變頻器部分   

型號          說明                                                數(shù)量 

ATV71HD55N4   3P 380VAC, 55KW,中文面板,內(nèi)置EMC濾波器,內(nèi)置電抗器   1 

ATV71HD15N4   3P 380VAC, 15KW,中文面板,內(nèi)置EMC濾波                1 

ATV31HU75N4A  3P 380VAC, 7.5KW, 亞洲版                            1 

              伺服驅(qū)動(dòng)部分   

型號              說明                                             數(shù)量 

TLC6382F322141    TLC6,CAN總線，RS422編碼器接入                    1 

TLC6382D312141    TLC6,CAN總線，RS422編碼器接入                    1 

SER3BD4L7SSOA48   SER伺服電機(jī)，帶8:1減速機(jī)                         1 

SER3BD4L5DSOA38   SER伺服電機(jī)，帶8:1減速機(jī)                         1 

                  人機(jī)界面HMI部分   

 型號             說明                                             數(shù)量 

 XBTG2110         5.7英寸, 藍(lán)屏, 4M內(nèi)存, CPU主頻100M               1 

 XBTZ968          PLC連接電纜, Twido,Micro                         1 

    控制特點(diǎn)

    控制器：由Micro PLC實(shí)現(xiàn)整機(jī)的邏輯控制和參數(shù)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的最優(yōu)控制。

    Micro系列PLC是施耐德電氣公司推出的具有強(qiáng)大處理能力和較大的存儲空間的中小型PLC(I/O點(diǎn)最多256點(diǎn))。通過Micro PLC準(zhǔn)確的運(yùn)算和高精度的模擬量輸出，控制Twin Line系列伺服系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)緊密紡細(xì)紗機(jī)所要求的前、后羅拉精密同步、以及鋼領(lǐng)板電子成形；Micro PLC的內(nèi)存擴(kuò)展功能也為緊密紡細(xì)紗機(jī)控制所需的大容量數(shù)據(jù)存儲區(qū)提供了有力的保障。

    人機(jī)界面：由觸摸屏XBTG HMI實(shí)現(xiàn)紡紗參數(shù)的設(shè)定、顯示和故障監(jiān)控。

    錠子和羅拉的變頻調(diào)速（ATV71）

    錠子利用變頻器的多段速功能很好地滿足了細(xì)紗的工藝要求,前后羅拉通過ATV71進(jìn)行嚴(yán)格速度同步，實(shí)現(xiàn)對粗紗的精密牽伸。其主要優(yōu)勢在于能夠根據(jù)落紗大、中、小紗的張力變化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無級變速，優(yōu)化紡紗條件，以盡可能地保持紡紗各階段的張力穩(wěn)定，對進(jìn)一步降低斷頭，減少毛羽，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，降低能耗和減輕值車工勞動(dòng)強(qiáng)度都將起到積極作用。

    ATV71系列變頻器是施耐德電氣公司推出的基于現(xiàn)代控制理論矢量控制技術(shù)的具有高性能和強(qiáng)大功能的全系列變頻器。調(diào)速范圍1～100(開環(huán))，1～1000(閉環(huán))；調(diào)速精度為10%(開環(huán))， 0.01%(閉環(huán))；過力矩能力為170%60s或220%2s。集成EMC A級濾波器，集成了Modbus和CANopen兩種工業(yè)現(xiàn)場總線。

    風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速（ATV31）: ATV31系列變頻器具有可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、便于使用等特點(diǎn)，內(nèi)置A級EMC濾波器，集成了Modbus和CANopen兩種工業(yè)現(xiàn)場總線。

                                     圖2　緊密紡細(xì)紗機(jī)錠子的多段速

    細(xì)紗的成形：由伺服控制鋼領(lǐng)板升降。

    應(yīng)用伺服控制器的電子凸輪功能， 預(yù)先下載兩條曲線至伺服驅(qū)動(dòng)器，在機(jī)器啟動(dòng)后，伺服接受信號輸入啟動(dòng)凸輪曲線后兩條曲線交替切換工作。用戶可從人機(jī)界面上輸入相關(guān)參數(shù)，然后通過通訊傳到伺服相關(guān)參數(shù)可以修正曲線以適應(yīng)不同的產(chǎn)品需求。關(guān)于停電后恢復(fù)生產(chǎn)的功能，電子凸輪提供實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前主軸位置的功能，TLC6的內(nèi)存區(qū)內(nèi)可以提供若干斷電記憶的變量區(qū)間，我們利用這些功能將斷電前瞬間的位置記住，在恢復(fù)電源之后重新進(jìn)行生產(chǎn)過程。

                                       圖3  鋼領(lǐng)板升降電子凸輪曲線　

    自動(dòng)落紗:由位置型伺服實(shí)現(xiàn)細(xì)紗的高速、精準(zhǔn)、全自動(dòng)落紗。

    應(yīng)用伺服控制器的(位置型) 點(diǎn)到點(diǎn)精確定位，同時(shí)應(yīng)用伺服控制器的內(nèi)置編程功能實(shí)現(xiàn)停電時(shí)的位置記憶。

    現(xiàn)場總線通訊：速率高達(dá)1M的CANopen總線。

    CANopen總線是基于CAN BUS的高層協(xié)議，秉承了CAN總線的抗干擾性強(qiáng)、高速、實(shí)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，另外CANopen應(yīng)用PDO、SDO、NMT等通訊對象，方便了總線的管理和應(yīng)用。施耐德的ATV31、ATV71及伺服系統(tǒng)TWLIN均內(nèi)置了CANopen，因此，將CANopen應(yīng)用于多電機(jī)傳動(dòng)的緊密紡細(xì)紗機(jī)，不僅可獲得高性能的總線通訊，而且非常經(jīng)濟(jì)。