基于臺達機電產品的轉杯紡控制方案

摘　要: 轉杯紡紗新技術作為新型紡紗技術已較為成熟，但傳統的轉杯紡控制技術采用單 片機通訊控制各單錠紡紗器完成動作，設備故障率高、通訊易受干擾。同時傳統轉杯紡設備 采用機械凸輪模式控制紗錠防疊，成本和故障率居高不下。本文應用臺達完成的機電控制產品鏈，基于PLC和變頻的轉杯紡控制提供了一套可靠的轉杯紡控制方案，運行穩定，性價比高，得到客戶的認可。

關鍵詞：轉杯紡 PLC 電子凸輪 防疊紗 變頻

隨著現代化科技的發展，紡織生產工藝的改進提高，轉杯紡紗在紡織工藝過程中的應用越來越廣泛。紡織企業對轉杯紡紗機的可靠性和易操作性提出了更高的要求。傳統的控制方式是采用開環控制，電機的運行頻率通過變頻器面板手工設置，這種方式存在控制精度差，人機交互性差等一系列問題，這就需要開發出更合理的控制系統來提高機器的運行精度和改善人機交互性。PLC可編程控制器可靠性高、抗干擾能力強、使用方便等優點，所以越來越被廣泛的應用于對轉杯紡紗機的現場控制系統。

臺達目前可為客戶提供PLC控制器、人機界面、變頻驅動器、伺服驅動器、數控系統等系列自動化產品，可以向客戶提供完善可靠的機電一體化解決方案。本文以臺達DVP系列PLC為核心改進設計了一套控制系統，實現紡紗控制性能的提高。

轉杯紡紗以前也稱氣流紡紗，屬于自由端紡紗方法。它是目前各種新型紡紗中較為成熟、并己大量推廣應用的一種紡紗新技術。

自由端紡紗方法與傳統的紡紗方法不同之處在于：在紡紗過程中輸送的纖維不再是連續 的而是形成“斷裂”。因此，這就需要供應的纖維在很高的速度下產生非常細的纖維流，并 在輸送纖維的過程中形成“斷裂”，纖維各自穿過“斷裂”而凝聚，粘附于紗條的自由端紗 尾加捻成紗。成紗過程一般包括喂給、開松、凝聚、加捻和卷繞。

圖1和圖2分別為轉杯紡整機實物圖和單錠轉杯紡紡紗過程示意圖

轉杯紡紗機的電氣控制系統主要包括四個方面的控制：

A. 單錠的控制，需要實現斷紗檢測和標示報警；

B. 為保證起動和停機時不斷紗，紡杯速度、引紗電機與喂棉電機之間的動作必須協調同步，同時要求較高的速度精度和動態響應；

C. 保證單錠控制與主控的數據通訊可靠便捷；

D. 省去機械凸輪機構，實現紡紗過程中防疊和防硬邊的電子化；（選配）

轉杯紡設備中，單錠紡紗器中喂棉羅拉采用步進電機驅動；分梳棍和轉杯采用變頻驅動，龍帶將動力分配各錠；引紗羅拉同樣采用變頻控制，利于引紗張力的同步控制；單節點控制中，采用臺達 DVP12SC 型 PLC，單臺PLC發送4路脈沖，可獨立控制4錠紡紗器的4臺喂棉步進電機；整體構架如圖3所示：

在整個系統構架圖中,導紗桿的控制分機械凸輪或電子伺服控制，需根據客戶設備而定。機械凸輪在實際使用中具有易磨損、調整不便，設備成本高等缺點；利用現代伺服控制技術取代機械凸輪實現導紗的防疊和防硬邊成為其發展趨勢。

本構架基于Devicenet總線控制模式，具有抗干擾能力強、通訊數據量大、響應性好等特點；同時我們也提供基于R485 通訊控制模式的轉杯紡織控制方案

根據客戶的設備小巧緊湊的特點，我們給客戶配置了以下產品，

要實現凸輪運動的精確控制，就需建立機械凸輪運動數學曲線，通過對防疊繞運動分析， 防紗線疊繞實際就是改變每層紗線的導紗角不一致，一般認為在10層以上就不會再發生疊 繞，通俗的講第一層的導紗角和第十一層導紗角相同也不會發生疊繞。導紗角的計算方法如 下圖 4 所示。

tg(α/2)=h/πD ①

式中：h——紗卷卷繞一周導紗器行程（mm）

D ——紗卷直徑（mm）

h=V×t×1000 ②

式中：V——導紗速度（m/min）

t ——紗卷卷繞一周所需時間（min）

t= πD/（1000×V1） ③

式中：V1——引紗速度（m/min） 將②、③式代入①式得：

tg(α/2)=V/V1 ④

從式④中可看出，要改變導紗角只需改變引紗速度或導紗速度，紡紗品種確定后引紗速度是恒定不變的，因此要改變導紗角就必須變化導紗速度。為簡化控制程序，設定在每一個 往返動程（為一個小周期）內導紗速度不變，相鄰的5個小周期導紗速度不相同，導紗速度 在標準導紗速度的±10%變化，連續5個小周期構成一個大周期，大周期進行循環，就可以達到防疊繞功能（見圖6）。

防硬邊功能的實現，機械凸輪是依靠導程整體軸向移動來改變紗線換向點的位置，以此 來消除硬邊的形成；電子凸輪實現方案為：改變小周期內動程的距離從而改變換向點的位置， 達到消除硬邊的目的（見圖5）。

機械上需取消原復雜的傳動結構，增加伺服電機安裝位置，通過同步帶輪，直接驅動導 紗桿來回運動。如圖6所示。

需要考慮的是，導桿往復運動中，對機械的沖擊較大，在伺服選型時，在滿足功率和 轉速情況下，盡量選用低慣量伺服電機。

在系統控制上，伺服在位置模式下接受主機PLC脈沖，在帶加減速的脈沖輸出控制指令PLSR下，改變一個周期來回行程的最高脈沖頻率設定值，即可實現，間隔周期行程內的擺桿速度不同，即改變tg(α/2)=V/V1導紗速度 V,在引紗速度V1不變的情況下，導紗角α即改變，從而達到防疊紗功能。

在人機中設定紗錠行程 L=AB 距離，如圖 7

在實際卷繞中，若一直按照AB往復運動，紗線會在兩邊形成凸起的現象（俗稱電阻效應），不利于紗線在下一工藝中退繞。為防止紗錠的電阻效應，需要擺桿換向點每層不同。換向區寬度設計時，筒紗上如換向區過寬，不僅容易形成硬邊，而且易造成端面掛紗，導致壞筒紗。換向區一般占導程的8%，在換向區內導紗速度從正常速度降至零，假設換向區內按勻減速運動，那么在換向區內同樣導紗距離，所用時間是正常的兩倍。當導紗速度為250m/min 、導紗角 36°、導紗動程 150mm 時，換向時間 t 計算如下：

導紗速度：V= V1×tg(α/2)=250 ×tg18°=81 m/min；

換向區長度：n=150×8%×2=24mm ；

換向時間：t=2×n/V=2 ×24/1.35=35.6ms

實際擺桿運動過程實際是：行程為 A 點至D 點，D 點至C點，C點至B點，再由B點至A點依序循環。這就是說，擺桿伺服每個周期的脈沖總數是不同的，五個周期性循環一次，每個周期擺桿行程變化 l= n×20%=150×8%×20%×2=4.8mm.。

1、點動運行狀態——人機界面提供各個電機的點動運行、停止功能并顯示各電機狀態。

2、整機運行狀態——PLC 按要求依次啟動或停止各電機并在人機界面顯示主機狀態，其中輸送帶電機為單獨動作。啟動或停止的各個步驟之間均有延時時間，延時時間要求可以在一定范圍內自由設定。

1）、整機啟動——PLC 按要求依次啟動各個電機，使設備進入紡紗狀態。動作順序如下： 點擊整機啟動按鈕→左轉杯電機運轉→右轉杯電機運轉→工藝風機運轉→左分梳電機運轉→ 右分梳電機運轉→引紗電機運轉→排雜輸送帶電機運轉；

2）、整機停止——PLC 按要求依次停止各個電機。動作順序如下：

點擊整機停止按鈕→所有步進電機停止運轉→引紗電機停止→其他電機停止。

通過采用以上控制方案，較好的解決了傳統單片機控制中可靠性和操作便利性不足的問題，同時本文探討了轉杯紡最新控制技術及基于臺達機電產品的實現過程。應用臺達完成的機電控制產品鏈，可提供可靠的轉杯紡控制方案，同時為客戶提供定制的程序服務，完成客戶對轉杯紡設備的特殊控制要求。運行實踐證明：本系統采用臺達產品，性能穩定可靠，性價比高，得到最終客戶的認可和稱許。

[1] 孫衛國.紡紗技術 .北京：中國紡織出版社.2005

[2] 臺達 DVP 系列 PLC 編程手冊.上海：中達電通股份有限公司.2007

[3] 臺達 VFD B-P 變頻器使用手冊.上海：中達電通股份有限公司.2008