【摘要】 傳統(tǒng)粗紗機，多采用錐輪（俗稱鐵炮）和差速箱裝置，機械結構上較復雜，依賴于更換齒輪等方式的調整紡紗參數方式，已不適應客戶對高速、高質、大卷裝、人機友好型粗紗機需求；同時現代紡織技術及工藝的差異化發(fā)展，要求紡紗過程中能快速有效的調整控制諸元．目前我公司開發(fā)的獨立四軸懸錠粗紗機，很好的適應這一要求。
【關鍵詞】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和捻度的粗紗，供細紗機紡制細紗的設備，適用普梳和精梳棉型纖維、60mm以下的化學纖維及其它混紡纖維。
我國粗紗機的技術進步，在過去幾十年中相對于傳統(tǒng)紡紗的其他設備發(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90年以來，隨著先進的粗紗機機械結構和控制理論的成熟，適應客戶要求的高速、高質、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電機軸數量又分： 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品，就變頻和伺服構成的四軸獨立式懸錠粗紗機闡述其技術要點．
二．機械結構及相關工藝
1.四軸獨立懸錠式粗紗機整體結構 如圖1
圖1 整機圖
2. 傳動結構和工藝
傳動結構 如圖2
圖2 傳動結構
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
根據紡紗工藝的要求，粗紗機將棉條熟條經羅拉牽伸后，由前羅拉出紗，錠翼恒速旋轉進行加捻；同時卷繞系統(tǒng)帶動筒管旋轉，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動作，配合卷繞裝置使紗線逐層纏繞在紗管上，直到到達預設層數或紗線長度．
事實上，完整的懸錠粗紗機還應包含清潔裝置：懸錠粗紗機普遍采用積極回轉式上下清潔器．由于其結構獨立，工作方式較為簡單，本文不再贅述．
三．基于臺達機電產品的電氣系統(tǒng)構架
1. 電氣系統(tǒng)的構架考量
四軸獨立懸錠式粗紗機，控制系統(tǒng)的關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變能力。
基于設備的以上技術特征和客戶高品質要求，結合臺達完整、全面的產品線，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)的整體構架
構建的電氣系統(tǒng) 如圖4；
圖4 電氣系統(tǒng)構架
3. 主要控制器件功能
A．觸摸屏： 四軸懸錠式粗紗機參數設定量大，本屏可直觀、便捷的設定和監(jiān)控各種參數；
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，可依據控制工藝擴展I/O點數；
C．羅拉伺服：提供羅拉軸動力，速度恒定，大小決定于錠翼轉速和捻度；
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：提供錠翼旋轉動力，速度恒定，由觸摸屏設定；變頻系統(tǒng)加裝速度回授PG卡，電機加裝臺達編碼器，實現閉環(huán)控制．考慮到粗紗機電控箱的配置離機頭較遠，應用現場電磁環(huán)境復雜，建議選用差動型編碼器．
4. 周邊控制線路
根據工藝要求，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、初繞位置檢測開關．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．
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 觸摸屏程序之參數設定界面
四．調試難點、要點及應對
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量，甚至超成斷頭，使整機停機，影響紡紗效率．
目前行業(yè)內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，但值得關注．
第二種： 在標準理論計算公式下，增加張力補償程序，進而微調紗管旋轉速度和龍筋升降速度，達到調整粗紗張力的目的．同時針對不同的紗線要求自動調用不同的補償系數．其普遍采用的是補償微調卷繞軸速度．
此種方式，成本小，效果明顯，不依賴于檢測外部器件，柔性好．但調試時要反復測試，不斷積累不同紗線在不同層數的修正系數值．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)斷電前位置和參數繼續(xù)紡紗．
由于市場大多伺服系統(tǒng)驅動器為增量式編碼器，斷電不能記憶軸當前位置；本案通過4N25光偶連接PLC與伺服驅動器編碼器輸出口，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，紗錠半徑對應較小或較大，此時若以屏設最高速度運轉，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，提高成紗質量．程序中必須設計各個紡紗階段的自動速度轉換程序．
圖7 紡紗成型中段
五．結論
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。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)技術的不斷進步，公司專門成立的紡織行業(yè)應用處，服務紡織行業(yè)。
參考文獻
1 周琪. 紡織機械基礎概論.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系列伺服驅動器應用技術手冊. 中達電通股份有限公司.2007
5 臺達DVP-PLC應用技術手冊(程序篇). 中達電通股份有限公司.2006
