緊密紡細紗機控制系統

引言細紗工序是成紗的最后一道工序，是將粗紗進一步牽伸30～50倍并加捻，紡成具有一定特數、符合相關質量標準的細紗，供捻線、機織或針織使用。紡織廠生產規模的大小是以細紗機總錠數表示的；細紗產量是決定各工序數量的依據；細紗的質量水平、原料物料耗電量等指標、勞動生產率等是技術和管理水平的體現，因此，細紗工序在紡織廠中占有重要的地位。傳統細紗機的牽伸原理與粗紗機基本相同，而卷繞和加捻則是由鋼領和鋼絲圈來完成的，所以稱為環錠細紗機。環錠細紗機和傳統粗紗機一樣由一臺電機傳動，通過齒輪箱變換各機構需要的速度。在環錠細紗機各組成部分中，牽伸系統是反映細紗機性能和影響紗線質量的最關鍵因素，而新型的緊密紡紗技術通過對牽伸部分進行創造性改造，將牽伸區和集合區分離，在環錠紡羅拉牽伸與加捻之間疊加對纖維須條的氣動凝聚或集聚技術，增加了須條的緊密度，毛羽減少約20％，強力則提高約10％，同時，條干均勻度、機器效率等也有不同程度的提高，不僅可以降低加工成本，同時可以減少后加工工序。緊密紡的另一優點是與原細紗機完全一致，只多出一對集聚羅拉，在原環錠細紗機上也可進行改裝，具有廣闊的市場前景。緊密紡細紗機的控制系統較環錠細紗機復雜許多，首先是前后羅拉的嚴格同步，實現牽伸倍數和捻度的精密控制，保證高支數紗線的成紗質量；其次是通過取消鋼領和鋼絲圈的傳動齒輪，采用先進的伺服控制技術實現卷裝的電子成形技術，從而實現了機械機構的簡化、生產速度的提高、以及紗線支數和管紗成形的自動調整。控制系統方案在緊密紡細紗機的控制系統，我們采用了三套施耐德電氣公司的TwinLine系列伺服驅動系統和無刷伺服電機，分別控制前、后羅拉以及鋼領板；采用兩臺ATV31系列變頻器，分別控制主傳動電機和風機；整個系統采用MicroPLC控制，同時采用XBT-G5.7”黑白觸摸屏進行系統操作和監控。控制系統簡介TwinLine系列是施耐德電氣公司推出的寬范圍的伺服驅動器和無刷伺服電機產品，集成了先進和優化的無刷電機控制技術，并具備IEC61131-3標準的編程功能和各種開放的接口，通過脈沖/方向、I/O或現場總線等方式控制，電機功率范圍為0.3～13.8Nm，速度范圍為4500～12000rpm，可以靈活滿足各種實時應用要求，實現經濟化、智能化的應用解決方案。MicroPLC具有中型PLC的強大數據處理能力，通過準確的運算和高精度的模擬量輸出，可以實現緊密紡細紗機所要求的前、后羅拉精密同步、以及鋼領板電子成形；MicroPLC的內存擴展功能也為緊密紡細紗機控制所需的大容量數據存儲區提供了有力的保障。ATV31系列變頻器是最新推出的、ATV28系列變頻器的升級產品，功率范圍從0.18～15kW，有6個邏輯輸入口、3個模擬輸入口、1個邏輯/模擬輸出口和2個繼電器輸出口。ATV31系列變頻器具有可靠性高、結構緊湊、便于使用等特點，內置A級EMC濾波器，集成了Modbus和CANopen兩種工業現場總線，提供電機和變頻器保護、加/減速斜波、16段預置速度、雙極(±10V)信號給定、PI調節器、制動順序、以及橫動控制(TraverseFunction)等眾多功能，可以很好地滿足各種機械的應用要求。細紗的電子成形控制細紗的管紗如右圖所示，分管頂、管身和管底三個部分，卷繞形式采用圓錐形交叉卷繞形式(又稱短動程升降卷繞)，同一層紗各處的卷繞直徑不同，以實現退繞時紗可從管頂抽出而管體不轉動，適應高速退繞的目的。卷繞成形運動由兩個運動組合而成：圓周運動：電動機通過錠帶拖動筒管恒速轉動軸向移動：鋼領板短動程升降運動引導紗在卷繞面上均勻分布其中：卷繞轉速(nW)=錠子轉速-鋼絲圈轉速v/(pdx)(v：前羅拉線速度，dx：筒管的卷繞直徑)鋼領板升降速度(vR)＝=D*nW(D：卷繞節距)因此，在細紗的電子成形控制中，采用伺服系統控制鋼領板短動程升降運動，根據前羅拉的出線速度和紗線的粗細度設定卷繞節距和成形高度，計算出紗線在管身和管底卷繞所須的鋼領板升降速度；通過編碼器檢測鋼領板的位置，由PLC輸出相應的速度信號給伺服系統，實現細紗的電子成形。電子成形控制的另一個解決方案是采用TwinLineCoDeSys編程語言，根據細紗卷繞成形參數，在伺服驅動器內通過電子凸輪功能塊編寫電子成形程序直接輸出鋼領板短動程升降速度，從而避免PLC運算并輸出模擬量信號控制伺服器方案所帶來的實時速度跟隨滯后的問題；在這個方案中，PLC和TwinLine伺服驅動器之間可以采用經濟的Modbus總線連接，實現實時性要求不高的細紗卷繞成形參數傳輸。