基于臺達機電技術的伺服成型包覆絲機自動化設計

摘 要：簡要介紹包覆絲機工作原理基礎上重點研討伺服成型包覆絲機自動化系統設計術。系統基于PLC控制平臺與觸摸屏、變頻器、伺服驅動集成控制結構。

關鍵詞：包覆絲機 伺服成型 伺服驅動器 PLC 變頻器 交叉角 防硬邊 防疊繞 防掉線 油浴式齒輪箱

1、 引言

包覆絲機可用于生產各種規格氨綸包覆絲，芯絲用氨綸外包錦綸、滌綸等化纖彈力絲、長絲、也可包真絲、棉紗、毛紗線，各種混紡紗，這些彈力包絲或包紗廣泛用于彈力襪、運動襪、絲襪、連褲襪，針織內衣衫褲，機織面料，彈性服裝、運動服、休閑服、羊毛衫、彈性帶等。

包覆絲機能生產單包絲、雙包絲，也能生產某些特種加捻絲、線，生產一些附加值很高產品。

目前傳統包覆絲機（以下簡稱機械成型包覆絲機）組成是：一臺18.5KW VFD-B變頻器驅動兩臺9KW異步電機傳動主軸運行,再機械齒輪變比帶動錠子高速旋轉,及卷繞,再機械油浴式齒輪箱帶動橫動機構來回運動,實現卷繞成型功能, 一套速度監測儀，隨時監測錠子、卷繞等運行轉速。

機械成型包覆絲機的主要技術參數為：

缺點：
1、只能通過變頻器面板進行調速，界面不友好。
2、由于成型機構是機械油浴式齒輪箱，導致整體車速只有不超過40米/分。
3、由于成型機構是機械油浴式齒輪箱，卷繞成型有疊繞和硬邊突起等電阻效應（對下一道工序退繞很不利，卷繞紗錠只能達到3公分厚）。
4、由于成型機構是機械油浴式齒輪箱，長時間運行后機械磨損導致無法進行根本性修復，維護，調整都很困難。
　　
2、電子成型包覆絲機自動化設計

由于傳統機械成型的速度、成型效果、維護難等局限性，已經嚴重制約了包覆絲機在市場上的發展，所以近年來很多的紡機廠家及自動化系統設計集成企業都在全力研發電子成型包覆絲機這一產品，但由于在成型控制精度、防疊繞算法、防電阻效應、防掉線、機械精度、卷繞成型交叉角度算法等、生產調試周期廠（生產一個錠需要20小時-80小時）等困難所以至今成效都不大。

通過近期一個多月的努力我們在國內設計出以臺達EH系列可編過程控制器為主控制單元，控制全機錠子速度（臺達變頻器控制），卷繞電機速度（臺達變頻器控制系列），橫動移紗電子成型（臺達伺服驅動器），用臺達人機界面設置和顯示工藝參數的控制方案。取消機械油浴式齒輪箱。對主軸轉速信號采用高速計速，對卷繞輥進行測速；通過在人機界面上設置工藝參數如：錠子速度、橫動速度、成型斜度、工作定時、捻度、等，對運轉過程中出現的故障信息均在人面界面上用來顯示，為排除故障提供方便。
　　
主要元件清單如下:
　　
PLC:DVP-EH（高速脈衝輸出可達200KHz, 高速計數通道200KHz/通道、共四通道）
HMI:DOP-AS（5.7寸）
變頻器:VFD-B（18.5KW）
伺服驅動器:VSD-B（0.75KW, 編碼器分辨率:10000, 位置定位時間:2ms）

優點：

1、可以通過觸摸屏隨意更改整機車速，橫動速度，成型參數，等滿足不同生產需要，界面友好、方便。
2、由于成型橫動機構采用伺服傳動，所以整體車速可以提高到100米/分，大大提高生產效率，是原機械成型機型200%-300%倍速度。
3、由于成型橫動機構采用伺服傳動，卷繞成型解決疊繞和硬邊突起電阻效應等問題，所以卷繞紗錠可以達到10公分厚，原機械成型機型300%-400%倍，節約了換錠時間提高了生產效率。
4、由于成型機構采用伺服傳動，所以機械結構簡單，即使長時間運行維護，調整都很方便。
電子成型包覆絲機的主要技術參數為：

3、 伺服電子成型的實現介紹
　　
1）、卷繞速度設定
卷繞速度即主車速，決定整機的生產速度，根據卷繞速度設定變頻器運行頻率；卷繞速度決定卷繞線速度。
2）、橫走速度設定
橫走速度即橫向移絲速度，根據不同品種紗線的卷繞要求橫走速度與卷繞速度形成比例，來決定來回卷繞的交叉角度；且橫走速度不能過慢或過快，過慢會導致橫動反向時錠邊累計過多導致硬變和掉線，過快也會導致伺服反向時過沖、抖動而導致掉線。
3）、初始行程設定

初始行程即表示A-B間距離。
4）、初始輥徑設定
初始輥徑設定必須準確，否則將影響成型效果。
5）、停車延時設定
停車延時即表示在按動停車按鈕后由于轉盤慣性無法立即停止，所以必須延時橫動機構一段時間等待轉盤完全停止后再停止橫動，否則紗線將會在橫動停止位置大量卷繞。
6）、差動距離
AC與DB為差繞長度。
在AB往復的過程中，并不是每次往復行程都是由A點至B點，或是由B點至A點實際往復行程為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，主要是解決在卷繞過程中兩邊會有凸起的現象（俗稱電阻效應）
7）、成型角度調整參數
成型角度調整參數將決定紗錠在卷繞成型的收邊角度的坡度，由于成型角度是由卷繞速度、橫動速度、紗線粗細不同所共同決定的，所以可以通過成型角度調整參數進行修正，達到美觀的效果，此參數越大表示坡度越陡，越小表示坡度越平。
8）、軟邊調整參數設定
在卷繞成型中由于退繞的需要，要求錠邊相對松軟，避免錠邊太硬、太緊所導致退繞斷線現象，調整軟邊參數可以有效調整收邊的松軟度，軟邊調整參數越大邊越硬，參數越小邊越軟。


4、結束語
通過8月9月兩個月的時間，我們已經使用不同紗線進行卷繞測試（40D-200D規格），現在的卷繞成型效果已經非常接近國際領先包覆絲機生產商曼尼加圖的成型效果。
隨著伺服成型的高效、成熟、性價比的提高，應用伺服成型的自動化包覆絲機將逐漸取代紡織行業上所有機械式傳統包覆絲機，效率比傳統包覆絲機成倍提高，卷裝容量增大，質量大幅度提高，高品質錠子在高速運轉下的持久穩定性，二級傳動機構，使受力更合理，適用范圍更廣，取消油浴式齒輪箱，維護更方便，使卷繞成形良好，軟邊成型退繞更容易。
伺服成型技術的成熟將完全取代傳統機械成型技術，目前所有機械成型的卷繞紡機都將得到革命性突破（包括包覆絲機、倍捻機、絡筒機等），推動國內紡機行業從低效、底端市場走向高效、高質的新時代。