系統概述

    粗紗工序是紡制細紗前的準備工序，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，分擔細紗機的牽伸比。

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

    (3).卷繞（筒管）:將加捻后的粗紗卷繞在筒管上，便于貯存、搬運。

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

    近年來(lái)，隨著(zhù)電力電子與自動(dòng)化技術(shù)在各行業(yè)的廣泛應用與深入普及，為滿(mǎn)足進(jìn)一步提高紡機競爭力的內在要求，實(shí)現粗紗機高速、高效、高度機電一體化已是國內外粗紗機發(fā)展的必然趨勢。代表當今最高技術(shù)的新型粗紗機的傳動(dòng)系統結構見(jiàn)圖1所示，整機采用四臺變頻控制的電機分別來(lái)實(shí)現粗紗的牽伸、加捻、卷繞、成型工序。

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

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

    在四電機傳動(dòng)粗紗機的控制系統中，采用Unity Premium PLC(TSX P57 0244M)作為控制器, 進(jìn)行粗紗機工藝數學(xué)模型的計算和速度閉環(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、錠翼電機、筒管電機及龍筋電機，以實(shí)現粗紗機的牽伸、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)行操作和系統監控。整個(gè)系統通過(guò)Unity Premium PLC和ATV71組成通訊速率高達1M的CANopen現場(chǎng)總線(xiàn)。

Premium+ATV71+XBTG方案硬件配置 

                               Premium PLC部分    

 型號                          說(shuō)明                                                        數量 

 TSXP570244M                   Unity Premium 570x4 CPU，帶CAN Master通信擴展卡              1 

 TSXPSY2600M                   電源，110/220 VAC 26W                                        1 

 TSXRKY8 Premium               機架，8 槽                                                   1 

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

 TSXDSY16R5                    開(kāi)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(shuō)明                                                        數量 

 ATV71HU15N4Z                  3P 380VAC, 1.5KW,簡(jiǎn)易面板,內置EMC濾波器                     1 

 ATV71HU30N4Z                  3P 380VAC, 3KW,簡(jiǎn)易面板,內置EMC濾波器                       1 

 ATV71HU55N4Z                  3P 380VAC, 5.5KW,簡(jiǎn)易面板,內置EMC濾波器                     1 

 ATV71HD11N4Z                  3P 380VAC, 11KW,簡(jiǎn)易面板,內置EMC濾波器                      1 

 VW3A3401                      編碼器接口卡 5V RS 422                                      4 

 VW3A110                       遠程圖形顯示終端                                            1 

 VW3CANTAP2                    CANopen 適配器                                              2 

                               XBTG人機界面部分   

 型號                          說(shuō)明                                                        數量 

 XBTG5230                      10.4英寸, 64色,STN, 8M內存, 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完成數學(xué)模型計算、邏輯控制、張力閉環(huán)及CANopen通訊，系統穩定可靠，編程簡(jiǎn)單。

    為保證粗紗質(zhì)量，四臺電機的調速和同步控制要求數據刷新速度至少為50ms，通過(guò)Unity Premium PLC和ATV71組成CANopen現場(chǎng)總線(xiàn)，應用Unity Premium PLC的高效的數據處理能力和處理速度，以及CANopen總線(xiàn)高速傳輸和周期性、同步數據交換功能，可以很好地滿(mǎn)足四電機傳動(dòng)粗紗機的實(shí)時(shí)調速及同步要求。

    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代控制理論矢量控制技術(shù)的具有高性能和強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)；調速范圍1～100(開(kāi)環(huán))，1～1000(閉環(huán))；調速精度為10%(開(kāi)環(huán))， 0.01%(閉環(huán))；過(guò)力矩能力為170%60s或220%2s。具有開(kāi)環(huán)/閉環(huán)切換、擺頻功能、給定值存儲、PID調節以及各種保護等先進(jìn)功能；集成EMC A級濾波器；無(wú)傳感器電機控制；內置可編程控制卡。在四電機傳動(dòng)粗紗機控制系統中，ATV71采用電流矢量閉環(huán)控制模式，可以實(shí)現零速度下滿(mǎn)力矩，滿(mǎn)足了粗紗機對低頻傳動(dòng)的特定要求。

    張力環(huán)：通過(guò)CCD反饋，由Premium PLC完成。

    通過(guò)CCD反饋檢測粗紗張力的變化，應用Premium PLC的PID函數功能，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(xiàn)品質(zhì)不一致引起的張力波動(dòng)，達到恒張力紡紗的目的。

    高速通信：速率高達1M的CANopen總線(xiàn)。

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

    緊密紡細紗機控制系統方案

    系統概述

    細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，紡成具有一定特數、符合相關(guān)質(zhì)量標準的細紗，供捻線(xiàn)、機織或針織使用。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(lǐng)和鋼絲圈來(lái)完成的。環(huán)錠細紗機和傳統粗紗機一樣由一臺電機傳動(dòng)，通過(guò)齒輪箱變換各機構需要的速度。在環(huán)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(xiàn)質(zhì)量的最關(guān)鍵因素，而新型的緊密紡紗技術(shù)通過(guò)對牽伸部分進(jìn)行創(chuàng )造性改造，將牽伸區和集合區分離，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％，強力則提高約10％，同時(shí)，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(shí)可以減少后加工工序。緊密紡的另一優(yōu)點(diǎn)是與原細紗機完全一致，只多出一對集聚羅拉，在原環(huán)錠細紗機上也可進(jìn)行改裝，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

    緊密紡細紗機的控制系統較環(huán)錠細紗機復雜許多，首先是前后羅拉的嚴格同步，實(shí)現牽伸倍數和捻度的精密控制，保證高支數紗線(xiàn)的成紗質(zhì)量；其次是通過(guò)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)現卷裝的電子成形技術(shù)，從而實(shí)現了機械機構的簡(jiǎn)化、生產(chǎn)速度的提高、以及紗線(xiàn)支數和管紗成形的自動(dòng)調節。

    方案原理圖

                                      圖1　緊密紡細紗機傳動(dòng)方案原理圖

    在緊密紡細紗機的控制系統，采用了三套施耐德電氣公司的Twin Line系列伺服驅動(dòng)系統和無(wú)刷伺服電機，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，采用1臺ATV31變頻器控制風(fēng)機；整個(gè)系統采用Micro PLC控制，Micro PLC與變頻器及伺服間采用高速CANopen總線(xiàn)進(jìn)行通訊，同時(shí)采用XBT-G 5.7”黑白觸摸屏進(jìn)行系統操作和監控。

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

            Micro PLC部分   

型號       說(shuō)明                                                數量 

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

TSXDMZ28DT  開(kāi)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(kāi)關(guān)量輸入，12 點(diǎn)，24 VDC，螺絲端子塊，半高         3 

TSXDSZ08R5  開(kāi)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(shuō)明                                                數量 

ATV71HD55N4   3P 380VAC, 55KW,中文面板,內置EMC濾波器,內置電抗器   1 

ATV71HD15N4   3P 380VAC, 15KW,中文面板,內置EMC濾波                1 

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

              伺服驅動(dòng)部分   

型號              說(shuō)明                                             數量 

TLC6382F322141    TLC6,CAN總線(xiàn)，RS422編碼器接入                    1 

TLC6382D312141    TLC6,CAN總線(xiàn)，RS422編碼器接入                    1 

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

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

                  人機界面HMI部分   

 型號             說(shuō)明                                             數量 

 XBTG2110         5.7英寸, 藍屏, 4M內存, 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)現整機的邏輯控制和參數計算，實(shí)現整機的最優(yōu)控制。

    Micro系列PLC是施耐德電氣公司推出的具有強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(guò)Micro PLC準確的運算和高精度的模擬量輸出，控制Twin Line系列伺服系統，可以實(shí)現緊密紡細紗機所要求的前、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。

    人機界面：由觸摸屏XBTG HMI實(shí)現紡紗參數的設定、顯示和故障監控。

    錠子和羅拉的變頻調速（ATV71）

    錠子利用變頻器的多段速功能很好地滿(mǎn)足了細紗的工藝要求,前后羅拉通過(guò)ATV71進(jìn)行嚴格速度同步，實(shí)現對粗紗的精密牽伸。其主要優(yōu)勢在于能夠根據落紗大、中、小紗的張力變化，實(shí)現自動(dòng)無(wú)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定，對進(jìn)一步降低斷頭，減少毛羽，實(shí)現優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，降低能耗和減輕值車(chē)工勞動(dòng)強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代控制理論矢量控制技術(shù)的具有高性能和強大功能的全系列變頻器。調速范圍1～100(開(kāi)環(huán))，1～1000(閉環(huán))；調速精度為10%(開(kāi)環(huán))， 0.01%(閉環(huán))；過(guò)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)現場(chǎng)總線(xiàn)。

    風(fēng)機的變頻調速（ATV31）: ATV31系列變頻器具有可靠性高、結構緊湊、便于使用等特點(diǎn)，內置A級EMC濾波器，集成了Modbus和CANopen兩種工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)。

                                     圖2　緊密紡細紗機錠子的多段速

    細紗的成形：由伺服控制鋼領(lǐng)板升降。

    應用伺服控制器的電子凸輪功能， 預先下載兩條曲線(xiàn)至伺服驅動(dòng)器，在機器啟動(dòng)后，伺服接受信號輸入啟動(dòng)凸輪曲線(xiàn)后兩條曲線(xiàn)交替切換工作。用戶(hù)可從人機界面上輸入相關(guān)參數，然后通過(guò)通訊傳到伺服相關(guān)參數可以修正曲線(xiàn)以適應不同的產(chǎn)品需求。關(guān)于停電后恢復生產(chǎn)的功能，電子凸輪提供實(shí)時(shí)讀取當前主軸位置的功能，TLC6的內存區內可以提供若干斷電記憶的變量區間，我們利用這些功能將斷電前瞬間的位置記住，在恢復電源之后重新進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程。

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

    自動(dòng)落紗:由位置型伺服實(shí)現細紗的高速、精準、全自動(dòng)落紗。

    應用伺服控制器的(位置型) 點(diǎn)到點(diǎn)精確定位，同時(shí)應用伺服控制器的內置編程功能實(shí)現停電時(shí)的位置記憶。

    現場(chǎng)總線(xiàn)通訊：速率高達1M的CANopen總線(xiàn)。

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