系統(tǒng)概述
細(xì)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?cái)?shù)、符合相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)紗，供捻線、機(jī)織或針織使用。傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)的牽伸原理與粗紗機(jī)基本相同，而卷繞和加捻則是由鋼領(lǐng)和鋼絲圈來完成的。環(huán)錠細(xì)紗機(jī)和傳統(tǒng)粗紗機(jī)一樣由一臺電機(jī)傳動，通過齒輪箱變換各機(jī)構(gòu)需要的速度。在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)各組成部分中，牽伸系統(tǒng)是反映細(xì)紗機(jī)性能和影響紗線質(zhì)量的最關(guān)鍵因素，而新型的緊密紡紗技術(shù)通過對牽伸部分進(jìn)行創(chuàng)造性改造，將牽伸區(qū)和集合區(qū)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凝聚或集聚技術(shù)，增加了須條的緊密度，毛羽減少約20％，強(qiáng)力則提高約10％，同時(shí)，條干均勻度、機(jī)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(xì)紗機(jī)完全一致，只多出一對集聚羅拉，在原環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上也可進(jìn)行改裝，具有廣闊的市場前景。
緊密紡細(xì)紗機(jī)的控制系統(tǒng)較環(huán)錠細(xì)紗機(jī)復(fù)雜許多，首先是前后羅拉的嚴(yán)格同步，實(shí)現(xiàn)牽伸倍數(shù)和捻度的精密控制，保證高支數(shù)紗線的成紗質(zhì)量；其次是通過取消鋼領(lǐng)板的傳動齒輪，采用先進(jìn)的伺服控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)卷裝的電子成形技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)械機(jī)構(gòu)的簡化、生產(chǎn)速度的提高、以及紗線支數(shù)和管紗成形的自動調(diào)節(jié)。
方案原理圖
圖1 緊密紡細(xì)紗機(jī)傳動方案原理圖
在緊密紡細(xì)紗機(jī)的控制系統(tǒng)，采用了三套施耐德電氣公司的Twin Line系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)和無刷伺服電機(jī)，分別控制前、后羅拉以及鋼領(lǐng)板；采用1臺ATV71變頻器控制主傳動電機(jī)，采用1臺ATV31變頻器控制風(fēng)機(jī)；整個(gè)系統(tǒng)采用Micro PLC控制，Micro PLC與變頻器及伺服間采用高速CANopen總線進(jìn)行通訊，同時(shí)采用XBT-G 5.7”黑白觸摸屏進(jìn)行系統(tǒng)操作和監(jiān)控。
Micro+ATV71+ATV31+TWLIN+XBTG方案硬件配置
控制特點(diǎn)
控制器：由Micro PLC實(shí)現(xiàn)整機(jī)的邏輯控制和參數(shù)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的最優(yōu)控制。Micro系列PLC是施耐德電氣公司推出的具有強(qiáng)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Micro PLC準(zhǔn)確的運(yùn)算和高精度的模擬量輸出，控制Twin Line系列伺服系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)緊密紡細(xì)紗機(jī)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(nèi)存擴(kuò)展功能也為緊密紡細(xì)紗機(jī)控制所需的大容量數(shù)據(jù)存儲區(qū)提供了有力的保障。
人機(jī)界面：由觸摸屏XBTG HMI實(shí)現(xiàn)紡紗參數(shù)的設(shè)定、顯示和故障監(jiān)控。
錠子和羅拉的變頻調(diào)速（ATV71）錠子利用變頻器的多段速功能很好地滿足了細(xì)紗的工藝要求,前后羅拉通過ATV71進(jìn)行嚴(yán)格速度同步，實(shí)現(xiàn)對粗紗的精密牽伸。其主要優(yōu)勢在于能夠根據(jù)落紗大、中、小紗的張力變化，實(shí)現(xiàn)自動無級變速，優(yōu)化紡紗條件，以盡可能地保持紡紗各階段的張力穩(wěn)定，對進(jìn)一步降低斷頭，減少毛羽，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，降低能耗和減輕值車工勞動強(qiáng)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(xiàn)代控制理論矢量控制技術(shù)的具有高性能和強(qiáng)大功能的全系列變頻器。調(diào)速范圍1～100(開環(huán))，1～1000(閉環(huán))；調(diào)速精度為10%(開環(huán))， 0.01%(閉環(huán))；過力矩能力為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(xiàn)場總線。
風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速（ATV31）: ATV31系列變頻器具有可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、便于使用等特點(diǎn)，內(nèi)置A級EMC濾波器，集成了Modbus和CANopen兩種工業(yè)現(xiàn)場總線。
圖2 緊密紡細(xì)紗機(jī)錠子的多段速
細(xì)紗的成形：由伺服控制鋼領(lǐng)板升降。應(yīng)用伺服控制器的電子凸輪功能， 預(yù)先下載兩條曲線至伺服驅(qū)動器，在機(jī)器啟動后，伺服接受信號輸入啟動凸輪曲線后兩條曲線交替切換工作。用戶可從人機(jī)界面上輸入相關(guān)參數(shù)，然后通過通訊傳到伺服相關(guān)參數(shù)可以修正曲線以適應(yīng)不同的產(chǎn)品需求。關(guān)于停電后恢復(fù)生產(chǎn)的功能，電子凸輪提供實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前主軸位置的功能，TLC6的內(nèi)存區(qū)內(nèi)可以提供若干斷電記憶的變量區(qū)間，我們利用這些功能將斷電前瞬間的位置記住，在恢復(fù)電源之后重新進(jìn)行生產(chǎn)過程。
圖3 鋼領(lǐng)板升降電子凸輪曲線
自動落紗:由位置型伺服實(shí)現(xiàn)細(xì)紗的高速、精準(zhǔn)、全自動落紗。應(yīng)用伺服控制器的(位置型) 點(diǎn)到點(diǎn)精確定位，同時(shí)應(yīng)用伺服控制器的內(nèi)置編程功能實(shí)現(xiàn)停電時(shí)的位置記憶。
現(xiàn)場總線通訊：速率高達(dá)1M的CANopen總線。 CANopen總線是基于CAN BUS的高層協(xié)議，秉承了CAN總線的抗干擾性強(qiáng)、高速、實(shí)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，另外CANopen應(yīng)用PDO、SDO、NMT等通訊對象，方便了總線的管理和應(yīng)用。施耐德電氣的ATV31、ATV71及伺服系統(tǒng)TWLIN均內(nèi)置了CANopen，因此，將CANopen應(yīng)用于多電機(jī)傳動的緊密紡細(xì)紗機(jī)，不僅可獲得高性能的總線通訊，而且非常經(jīng)濟(jì)。
