作者簡(jiǎn)介：陳宗雨，男，博士，現任美國邦納控制器和HMI產(chǎn)品經(jīng)理，擁有紡織領(lǐng)域豐富的項目經(jīng)驗。

    摘要：紡織機械種類(lèi)多，大量采用PLC等控制器類(lèi)產(chǎn)品。邦納SHP一體式控制器集成了PLC、HMI、網(wǎng)絡(luò )和I/O的功能，非常適合在紡織機械上使用。本文涉及的細紗機控制系統，就是SHP非常典型的應用。

    關(guān)鍵字： 邦納； SHP； 細紗機； 紡織

    隨著(zhù)經(jīng)濟和工業(yè)的快速發(fā)展，中國已經(jīng)成為全球的中心。小型PLC在制造業(yè)，尤其是OEM制造業(yè)中，成為大部分控制系統的核心，OEM廠(chǎng)商因此越來(lái)越關(guān)注PLC的性能和價(jià)格。美國邦納公司2009年成功發(fā)布了SHP系列小型PLC家族的新成員—SHP一體式控制器，憑借簡(jiǎn)單、經(jīng)濟和高效三大理念，吸引住眾多OEM制造商的目光，以下以紡織機械行業(yè)為例介紹邦納SHP一體式控制器在紡機上的應用。

    1 項目背景

    紡織生產(chǎn)是從紡織原料加工到生產(chǎn)出高質(zhì)量紡織產(chǎn)品的復雜過(guò)程，應用的紡織機械達2千多個(gè)品種、5萬(wàn)多種型號，歸納起來(lái)大體可分為三個(gè)主要加工過(guò)程和五大類(lèi)紡織機械。圖1為紡織機械的分類(lèi)圖。


                


                              圖1 紡織機械分類(lèi)圖

    2 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。

    3 控制系統結構

                

                             圖2　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臺變頻器控制主傳動(dòng)電機，采用1臺變頻器控制風(fēng)機；整個(gè)系統采用邦納SHP一體式控制器進(jìn)行控制和監控，SHP一體式控制器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SHP集成的觸摸屏進(jìn)行系統操作和監控。

    4 控制要點(diǎn)

    （1）可編程控制器：由邦納SHP一體式控制器實(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

    SHP控制器是與傳統的控制產(chǎn)品不同，新型的邦納SHP控制器可以同時(shí)完成PLC和觸摸屏的功能，集成I/O和網(wǎng)絡(luò )接口人機界面，成本大大低于同性能PLC與人機界面組合，此款設備包括控制器、人機界面、內置I/O、網(wǎng)絡(luò )和可移動(dòng)的大容量數據存儲器，成為一個(gè)一體化單元，畫(huà)面和控制程序用同一個(gè)工業(yè)級軟件BAPS完成。由SHP一體式集成的觸摸屏實(shí)現紡紗參數的設定、顯示和故障監控。

    （2）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，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4 鋼領(lǐng)板升降電子凸輪曲線(xiàn)

    （3）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。

    （4）SHP一體式集成觸摸屏清晰的操作屏幕：12” TFT， 800 x 600像素， 實(shí)現32768色彩色控制和監視。

    （5）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。邦納SHP一體式控制器具有強大通訊能力：內置10/100M以太網(wǎng)接口，支持3個(gè)串口，可用Modbus/RTU master 或slave, Modbus/TCP，ASCII讀寫(xiě)和調制解調器，除支持CANopen通迅之外還支持Profibus通訊。采用SHP一體式控制器不僅可獲得高性能的總線(xiàn)通訊，而且非常經(jīng)濟。

   摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第八期