變頻器、交流伺服系統(tǒng)在細(xì)紗機(jī)中的應(yīng)用

摘要:細(xì)紗機(jī)采用可編程序控制器（PLC）、變頻器、交流伺服控制器及觸摸屏控制，簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)．提高了精度。利于穩(wěn)定紡紗張力．減少斷頭，減少毛羽。根據(jù)產(chǎn)品的要求，通過人機(jī)舉面調(diào)節(jié)參數(shù)十分方便。
關(guān)鍵詞: PLC；變頻調(diào)速器；交流伺服控制器
　　細(xì)紗是紡紗過程中的最后一道工序。細(xì)紗機(jī)性能的好壞直接影響到紗的質(zhì)量。傳統(tǒng)的細(xì)紗機(jī)的錠子、羅拉及鋼領(lǐng)板的升降都靠主電機(jī)傳動(dòng)．主電機(jī)多使用雙速電機(jī)。慢速只用于啟動(dòng)．高速為正常工作且速度不變。這樣使得錠子速度不變．在紡紗過程中斷頭率較高 由丁產(chǎn)品不同 在錠子及牽伸羅拉傳動(dòng)之問以及前后牽伸羅拉之間使用較多的變換齒輪以改變紗的捻度及牽伸倍數(shù)。而紗的成型與卷繞則依靠鋼領(lǐng)板的升降與級(jí)升通過成型凸輪及棘輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。由于種種原因．造成了細(xì)紗機(jī)變換齒輪數(shù)量多．成型凸輪在桃尖有沖擊、在桃底有停頓等現(xiàn)象。同時(shí)實(shí)現(xiàn)級(jí)升的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)容易磨損。因此紡紗的質(zhì)量及卷繞的質(zhì)量不容易 證 會(huì)造成后續(xù)工序高速退繞剝 可能產(chǎn)生脫圈等不良情況。
　　隨著徽電于及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，將可編程序控制器及交流伺服控制器和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)應(yīng)用于細(xì)紗機(jī)的控制之中。解決了傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)的不足．簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)，提高了精度。凄加工的紗的質(zhì)量有了很大的提高。
1 控制系統(tǒng)的組成
　　控制系統(tǒng)由人機(jī)界面（觸摸屏）、PLC、交流伺服控制系統(tǒng)、減速器等組成。觸摸屏與PLC間通過MPI方式適時(shí)傳送。各種參數(shù)可方便地通過觸摸屏設(shè)定、修改。PLC與各交流電機(jī)及交流伺服電機(jī)間經(jīng)矢量型變頻詞速器及交流伺服調(diào)速器通過Profibus—DP進(jìn)行通訊實(shí)時(shí)傳遞。錠子的轉(zhuǎn)數(shù)由主電機(jī)傳動(dòng)，依紡紗的情況進(jìn)行詞速。根據(jù)工藝要求可以改變牽伸機(jī)構(gòu)輸出羅拉的轉(zhuǎn)數(shù)，以滿足不同產(chǎn)品的需要。鋼領(lǐng)板的生降與級(jí)升根據(jù)要求可選擇合適的數(shù)據(jù)。而變頻器與伺服控制器之間的同步則利用SIMOLINK來進(jìn)行。

　　下面重點(diǎn)介紹一下錠子的控制以及鋼領(lǐng)板的控制。
2 紡紗張力與錠子的變速
　　細(xì)紗鞏在紡紗卷繞中要形成氣圈（見圖1）．因此紗會(huì)產(chǎn)生張力。細(xì)紗的卷繞方式為小動(dòng)程．有級(jí)升。因?yàn)樵谛〖啞⒅屑喖按蠹啎r(shí)紗的張力不同，因而造成了不同的斷頭率。圖2為細(xì)紗譏在一落紗情況下．紗斷頭分布的一般規(guī)律圖。從圖中可以清楚地看出在紡紗過程中小紗時(shí)斷頭率最大．大紗時(shí)斷頭率較大，而在中紗時(shí)斷頭率最小．且較穩(wěn)定。

　　根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，再結(jié)合各種條件可以應(yīng)用變頻詞速器對(duì)錠子進(jìn)行調(diào)速。由于小紗時(shí)斷頭率最大．故選擇其轉(zhuǎn)速最低，而中紗時(shí)斷頭率最小．所以轉(zhuǎn)速最高．當(dāng)大紗時(shí)轉(zhuǎn)速又變小。進(jìn)行變預(yù)器調(diào)速時(shí)可以采用兩種方法。一種是根據(jù)聽紡紗的持?jǐn)?shù)按滿紗的總長(zhǎng)可分為十個(gè)區(qū)間．每個(gè)區(qū)間按實(shí)際斷頭的多少設(shè)定相應(yīng)的速度 此種方法稱為定長(zhǎng)法。可以以m為單位．通過前羅拉上的旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行測(cè)量。另一種方法則根據(jù)實(shí)際紡紗中鋼領(lǐng)通過級(jí)升在大、中、小紗的幾個(gè)主要位置段來設(shè)置相應(yīng)的速度。這種方法稱為定位法。由于前者在產(chǎn)品參數(shù)改變時(shí)．需要重新設(shè)定，所以使用時(shí)不如后者方便。電機(jī)的變速曲線見圖3。具體的數(shù)據(jù)可根據(jù)紡紗中實(shí)測(cè)來確定。

　　大紗、中紗、小紗及鋼領(lǐng)板上下位置的轉(zhuǎn)換可根據(jù)傳感器輸入的信號(hào)，經(jīng)PLC運(yùn)算、比較來確定。為了確保轉(zhuǎn)速的精度，在主電機(jī)上使用旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行負(fù)反饋。組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。
3 鋼領(lǐng)板升降的控制
　　為了滿足后續(xù)工序快速退繞的要求．防止脫圈的發(fā)生。一般細(xì)紗的成形與卷繞都為小動(dòng)程有級(jí)升。且鋼領(lǐng)板上升時(shí)較慢，卷繞的紗的密度大，稱為卷繞層。而鋼領(lǐng)板下降時(shí)較快，卷繞的紗的密度小．稱為束縛層。見圖4。

　　r為錐角。R為卷繞大半徑，r。為紗管外經(jīng)即卷繞小半徑。每一層紗必須等螺距排列。H。為一卷繞層綱領(lǐng)板動(dòng)程。hn為卷繞層法向螺距。當(dāng)各相應(yīng)參數(shù)確定后，鋼領(lǐng)板上升下降的位置與前羅拉轉(zhuǎn)角成拋物線規(guī)律。傳統(tǒng)的細(xì)紗機(jī)實(shí)現(xiàn)卷繞是通過成形凸輪來實(shí)現(xiàn)的。由于采用的是機(jī)械方式，所以避免不了成形凸輪在桃尖有沖擊、在桃底有停頓的現(xiàn)象。現(xiàn)在使用電子凸輪較好地解決了這個(gè)問題。
　　為了實(shí)現(xiàn)電子凸輪的功能，可以采用以下幾種形式。一種將成形凸輪一周分為360。，每一度對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)值，形成一個(gè)包絡(luò)表，工作時(shí)分別取出數(shù)值用來控制驅(qū)動(dòng)器，帶動(dòng)交流伺服電機(jī)，使得鋼領(lǐng)板產(chǎn)生位移。電機(jī)上有一編碼器進(jìn)行負(fù)反饋。這種形式可使用西門子S7—200型PLC來實(shí)現(xiàn)。多適用于老機(jī)改造。
　　另一種的驅(qū)動(dòng)裝置采用了矢量型變頻調(diào)速器．用來驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)帶動(dòng)鋼領(lǐng)板生降。這砷形式的效果稍遜于伺服調(diào)速裝置。
還有的通過驅(qū)動(dòng)器直接帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)去實(shí)現(xiàn) 這種方式在凸輪轉(zhuǎn)速較低時(shí)，性能較差。
　　經(jīng)過比較最終選用了利用PLC產(chǎn)生數(shù)據(jù)．使用軟件來定義凸輪的方法。根據(jù)細(xì)紗卷繞成型的要求，成形凸輪轉(zhuǎn)一圈360°．鋼領(lǐng)飯生降一次。并有級(jí)升。通常取下降法向螺距是上升法向螺距的3倍。因此鋼領(lǐng)板的升降與成形凸輪的轉(zhuǎn)角可滿足以下兩式：

其中Z↑與Z↓代表鋼領(lǐng)板上升或下降的位置．φ代表卷繞一圈紗所對(duì)應(yīng)的成形凸輪的轉(zhuǎn)角。
　　級(jí)升為

　　這里pm為卷裝密度，Tx為棉紗線密度。
　　根據(jù)要求PLC 選用的是西門子CPU 317T一2DP型，這是一種用于工藝和運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)的智能化PLC。除了控制變頻器和羅拉交流伺服電機(jī)外．用它來控制電子凸輪。
　　首先利用其算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)的特點(diǎn)，用以上公式計(jì)算出凸輪轉(zhuǎn)角及其位移值、級(jí)升值。再使用S7Tconfig組態(tài)工具軟件創(chuàng)建凸輪盤。然后將凸輪數(shù)據(jù)輸入到伺服控制器中，控制交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)通過絲杠帶動(dòng)鋼領(lǐng)板的升降運(yùn)動(dòng)。采用了電子凸輪后，可以改變傳統(tǒng)的紡紗成型工藝，可根據(jù)用戶要求的品種，通過參數(shù)設(shè)置任意改變傳統(tǒng)的紡紗成型，滿足新產(chǎn)品開發(fā)的需要。
　　當(dāng)電子凸輪工作后還可利用軟件中曲線記錄功能對(duì)鋼領(lǐng)板的動(dòng)作進(jìn)行診斷，達(dá)到對(duì)成型機(jī)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的目的。
　　經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明電子凸輪可完全完成所要求的工作。并克服了機(jī)械成型凸輪的缺點(diǎn)。
4 結(jié)束語
　　（1）細(xì)紗機(jī)的控制采用了觸摸屏、PLC、變頻調(diào)速器以及交流伺服控制器、交流伺服電機(jī)等。簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)，提高了精度。整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵之一是傳動(dòng)錠子的主電機(jī)與軍伸電機(jī)鋼領(lǐng)板電機(jī)的同步問題。可采用SIMOLINK同步方式解決。 ．
　　（2）修改有關(guān)參數(shù)可通過人機(jī)界面進(jìn)行，人機(jī)界面與PLC的數(shù)據(jù)傳輸采用了MPI方式。
　　（3）PLC與變頻器和伺服控制器間采用Profibus-DP進(jìn)行通訊，使得數(shù)據(jù)傳輸更迅速準(zhǔn)確。
　　（4）細(xì)紗機(jī)再加上相應(yīng)的裝置和控制環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)集體落紗。也可與自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)相聯(lián)．實(shí)現(xiàn)細(xì)絡(luò)聯(lián)。為提高自動(dòng)化水平創(chuàng)造了條件。