【摘要】 傳統(tǒng)粗紗機，多采用錐輪（俗稱鐵炮）和差速箱裝置，機械結(jié)構(gòu)上較復(fù)雜，依賴于更換齒輪等方式的調(diào)整紡紗參數(shù)方式，已不適應(yīng)客戶對高速、高質(zhì)、大卷裝、人機友好型粗紗機需求；同時現(xiàn)代紡織技術(shù)及工藝的差異化發(fā)展，要求紡紗過程中能快速有效的調(diào)整控制諸元．目前我公司開發(fā)的獨立四軸懸錠粗紗機，很好的適應(yīng)這一要求。
【關(guān)鍵詞】粗紗機 PLC 伺服 變頻器 HMI
一． 引言
粗紗機是將并條后的熟條加工成不同號數(shù)和捻度的粗紗，供細紗機紡制細紗的設(shè)備，適用普梳和精梳棉型纖維、60mm以下的化學(xué)纖維及其它混紡纖維。
我國粗紗機的技術(shù)進步，在過去幾十年中相對于傳統(tǒng)紡紗的其他設(shè)備發(fā)展較為滯后．這其中有多道粗紗機改單程粗紗機，并受細紗技術(shù)進步的影響和超大牽伸細紗機研制開發(fā)爭論的干擾。20世紀(jì)90年以來，隨著先進的粗紗機機械結(jié)構(gòu)和控制理論的成熟，適應(yīng)客戶要求的高速、高質(zhì)、大卷裝、人機友好型粗紗機得到快速發(fā)展．
粗紗機就落紗過程的不同，分托錠式和懸錠式；其中懸錠式粗紗機依據(jù)電機軸數(shù)量又分： 兩軸式、三軸式、四軸式和七軸式粗紗機；四軸懸錠式粗紗機為本輪技術(shù)發(fā)展的重點．四軸懸錠式粗紗機又分帶差速箱式和四軸獨立式；本文基于臺達機電產(chǎn)品，就變頻和伺服構(gòu)成的四軸獨立式懸錠粗紗機闡述其技術(shù)要點．
二．機械結(jié)構(gòu)及相關(guān)工藝
1.四軸獨立懸錠式粗紗機整體結(jié)構(gòu) 如圖1
圖1 整機圖
2. 傳動結(jié)構(gòu)和工藝
傳動結(jié)構(gòu) 如圖2
圖2 傳動結(jié)構(gòu)
圖中 1.卷繞伺服電機 2 .羅拉伺服電機 3. 錠翼變頻電機 4 .龍筋升降電機
5 .羅拉裝置（其牽伸原理如圖3） 6 .錠翼裝置 7 .卷繞裝置
8 .龍筋 9 .萬向節(jié)
圖3 羅拉牽伸原理
根據(jù)紡紗工藝的要求，粗紗機將棉條熟條經(jīng)羅拉牽伸后，由前羅拉出紗，錠翼恒速旋轉(zhuǎn)進行加捻；同時卷繞系統(tǒng)帶動筒管旋轉(zhuǎn)，按照卷裝成型的要求，將加捻后的紗卷繞在筒管上．由于前羅拉出紗速度是恒定的，卷繞速度隨著卷繞直徑的增大而降速．同時龍筋緩慢升降，托動其上紗管上下往復(fù)動作，配合卷繞裝置使紗線逐層纏繞在紗管上，直到到達預(yù)設(shè)層數(shù)或紗線長度．
事實上，完整的懸錠粗紗機還應(yīng)包含清潔裝置：懸錠粗紗機普遍采用積極回轉(zhuǎn)式上下清潔器．由于其結(jié)構(gòu)獨立，工作方式較為簡單，本文不再贅述．
三．基于臺達機電產(chǎn)品的電氣系統(tǒng)構(gòu)架
1. 電氣系統(tǒng)的構(gòu)架考量
四軸獨立懸錠式粗紗機，控制系統(tǒng)的關(guān)鍵在于四軸的同步比例聯(lián)動，來模擬兩軸粗紗機差速箱合成各軸速度的過程；四軸獨立懸錠式粗紗機系統(tǒng)動作過程中，各軸速度要求有高的響應(yīng)性和穩(wěn)定性。同時，電機對外部負載的合理變化要求有快速而有效的應(yīng)變能力。
基于設(shè)備的以上技術(shù)特征和客戶高品質(zhì)要求，結(jié)合臺達完整、全面的產(chǎn)品線，我們選用臺達EH2系列PLC作為主控，選用臺達VE系列高性能矢量變頻器控制錠翼軸；臺達A+系列大功率伺服系統(tǒng)控制卷繞軸；羅拉軸和龍筋軸分別選用臺達AB系列伺服系統(tǒng)控制；觸摸屏為臺達A系列真彩界面。
2. 電氣系統(tǒng)的整體構(gòu)架
構(gòu)建的電氣系統(tǒng) 如圖4；
圖4 電氣系統(tǒng)構(gòu)架
3. 主要控制器件功能
A．觸摸屏： 四軸懸錠式粗紗機參數(shù)設(shè)定量大，本屏可直觀、便捷的設(shè)定和監(jiān)控各種參數(shù)；
B．PLC： EH2系列型，運算速度快，支持4路高速脈沖輸出，穩(wěn)定可靠，可依據(jù)控制工藝擴展I/O點數(shù)；
C．羅拉伺服：提供羅拉軸動力，速度恒定，大小決定于錠翼轉(zhuǎn)速和捻度；
D．卷繞伺服：提供紗管卷繞動力，速度隨紗的卷繞直徑增大而降低；
E．龍筋伺服：提供龍筋升降動力，升降速度越小，紗線纏繞越密；
F．錠翼變頻：提供錠翼旋轉(zhuǎn)動力，速度恒定，由觸摸屏設(shè)定；變頻系統(tǒng)加裝速度回授PG卡，電機加裝臺達編碼器，實現(xiàn)閉環(huán)控制．考慮到粗紗機電控箱的配置離機頭較遠，應(yīng)用現(xiàn)場電磁環(huán)境復(fù)雜，建議選用差動型編碼器．
4. 周邊控制線路
根據(jù)工藝要求，粗紗機身上并聯(lián)安裝多組操作盒，每組操作盒上設(shè)啟動、停止、點動按鈕，均能啟停點動整臺機器，以方便檔車工操作；
紡紗過程中，斷紗斷條均要求自動停車，故加裝光電傳感器，已檢測紗條是否工作正常；紡紗成型完成，龍筋自動下降到落紗位置，方便擋車工快速取下紗錠；同時，紗錠取下完成一次紡粗紗后，再次安裝新的紗管，操作觸摸屏相關(guān)按鈕，要求龍筋自動上升到初繞位置停止，將新穿過錠翼的紗線手工纏繞在紗管初繞位置，操作啟動按鈕，新的紡紗過程開始．這就要求，在龍筋上下升降的行程中，加裝落紗位置檢測開關(guān)、初繞位置檢測開關(guān)．考慮到龍筋上下升降行程不能超過極限值，必須加裝龍筋上下極限檢測開關(guān)．
以上控制點，直接接入PLC輸入點，控制邏輯由PLC運算處理；°
圖5 觸摸屏程序之參數(shù)設(shè)定界面
四．調(diào)試難點、要點及應(yīng)對
1. 紗線張力控制
四軸懸錠式粗紗機，從羅拉牽伸出的紗線，需穿過錠翼形成捻度再纏繞在筒管上，整個過程是一個動態(tài)過程；由于捻度有限，紗線的極限張力較小，在整個紡紗過程，受傳動機械比例聯(lián)動同步性的波動、紗管時時直徑理論值和實際值的誤差，造成紗線出紗位置的上下波動（如圖3箭頭處所示），大的波動不僅影響紗錠成型質(zhì)量，甚至超成斷頭，使整機停機，影響紡紗效率．
目前行業(yè)內(nèi)主要分兩種途徑解決上述問題：
第一種： 由張力CCD傳感器在線檢測粗紗張力，反饋到PLC運算。
這種方式，減低了核心運算難度，簡化了纏繞和龍筋軸的控制計算量．但由于CCD檢測在實際使用過程中，對環(huán)境要求較高，必須保持鏡面清潔，且面對市場成本壓力，此種解決方式普及度并不高，但值得關(guān)注．
第二種： 在標(biāo)準(zhǔn)理論計算公式下，增加張力補償程序，進而微調(diào)紗管旋轉(zhuǎn)速度和龍筋升降速度，達到調(diào)整粗紗張力的目的．同時針對不同的紗線要求自動調(diào)用不同的補償系數(shù)．其普遍采用的是補償微調(diào)卷繞軸速度．
此種方式，成本小，效果明顯，不依賴于檢測外部器件，柔性好．但調(diào)試時要反復(fù)測試，不斷積累不同紗線在不同層數(shù)的修正系數(shù)值．本案采用此方式。
2．龍筋位置的斷電記憶
在紡紗時，紗錠纏繞未完成時系統(tǒng)外部斷電是經(jīng)常存在的，重新上電后，要求粗紗機能繼續(xù)斷電前位置和參數(shù)繼續(xù)紡紗．
由于市場大多伺服系統(tǒng)驅(qū)動器為增量式編碼器，斷電不能記憶軸當(dāng)前位置；本案通過4N25光偶連接PLC與伺服驅(qū)動器編碼器輸出口，通過PLC斷電記憶區(qū)來記憶斷電前位置值。其連接方式 如圖6
圖6 龍筋伺服編碼器通過4N25轉(zhuǎn)換后接入PLC
3． 整機啟停的控制
在粗紗機紡紗處于初始階段和將要完成時，紗錠半徑對應(yīng)較小或較大，此時若以屏設(shè)最高速度運轉(zhuǎn)，紗線在纏繞邊緣的離心力與紡紗中段差別較大，不利于形成高質(zhì)量紗錠．這就要求紡紗初始階段和將要完成時整機速度降低運行，減少斷頭率，提高成紗質(zhì)量．程序中必須設(shè)計各個紡紗階段的自動速度轉(zhuǎn)換程序．
圖7 紡紗成型中段
五．結(jié)論
以上述方案為依托研發(fā)的四軸獨立懸錠式粗紗機已在山東某紡織機械廠研發(fā)成功，錠翼速度最高可達1350r/min,紗錠成型勻稱，紗線排布一致性好，一次成型紗線長度可達3200m；捻度、紗錠成型角度、成型長度、紡紗長度等均可柔性設(shè)定。紡紗張力更為穩(wěn)定，在錠速1100r／min條件下斷頭在0.5根／臺•小時以內(nèi)。具備自動落紗和自動找初繞位置功能，有效降低擋車工勞動強度，提高了勞動效率，市場前景廣闊。
臺達擁有變頻器、PLC、伺服系統(tǒng)、人機界面、編碼器等完整工業(yè)控制器件產(chǎn)品線，為客戶提供先進全面的解決方案．針對粗紗機行業(yè)，臺達可提供兩軸式、三軸式、四軸式變頻或伺服系統(tǒng)整體解決方案，同時可滿足客戶個性化要求．基于紡織行業(yè)技術(shù)的不斷進步，公司專門成立的紡織行業(yè)應(yīng)用處，服務(wù)紡織行業(yè)。
參考文獻
1 周琪. 紡織機械基礎(chǔ)概論.北京：中國紡織出版社.2006.
2 周炳榮.紡紗機械 .北京：中國紡織出版社.1999.
3 臺達VFD-VE變頻器使用手冊 .中達電通股份有限公司.2007.
4 臺達ASDA AB系列伺服驅(qū)動器應(yīng)用技術(shù)手冊. 中達電通股份有限公司.2007
5 臺達DVP-PLC應(yīng)用技術(shù)手冊(程序篇). 中達電通股份有限公司.2006
