基于臺(tái)達(dá)機(jī)電技術(shù)的電子成型氨綸包覆絲機(jī)

　　中達(dá)電通股份有限公司 謝偉偉

　　摘 要：本文在簡(jiǎn)要介紹包覆絲機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研討伺服成型包覆絲機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)術(shù)：系統(tǒng)基于PLC控制平臺(tái)與HMI、變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)的集成控制結(jié)構(gòu)。

　　關(guān)鍵詞：氨綸 包覆絲機(jī) 紗錠成型 伺服

　　1 引言

　　隨著人類(lèi)文明的進(jìn)步，休閑、舒適、運(yùn)動(dòng)的生活方式越來(lái)越成為全球化流行趨勢(shì)，紡織品生產(chǎn)領(lǐng)域最能應(yīng)和這種現(xiàn)代生活方式的氨綸彈力織物迎來(lái)更大的發(fā)展空間。美國(guó)杜邦公司在1958年獨(dú)家發(fā)明的氨綸（萊卡）的學(xué)名叫做聚氨基甲酸酯纖維，是世界已知最富彈性的合成纖維。以氨綸為紗芯，外包錦、滌、棉、麻、毛、真絲等纖維，制成各種包芯紗、包覆紗、合捻紗等多樣化的復(fù)合功能性彈力紗線(xiàn)，氨綸自身的彈性?xún)?yōu)點(diǎn)與其它纖維的固有特性有機(jī)結(jié)合，應(yīng)用領(lǐng)域已從襪類(lèi)和內(nèi)衣等針織品擴(kuò)大到機(jī)織品，從功能性織物向服裝面料發(fā)展，從內(nèi)衣向外衣發(fā)展，從女性服飾向男裝延伸，并贏得“人類(lèi)第二皮膚”的美譽(yù)，氨綸織物已成為最流行的國(guó)際性時(shí)尚消費(fèi)品。

　　氨綸包覆紗的主體制造設(shè)備是包覆絲機(jī)。基于臺(tái)達(dá)機(jī)電技術(shù)的電子成型包覆紗機(jī)替代了油浴式齒輪箱，使卷繞成形良好，軟邊成型退繞更容易，現(xiàn)在的氨綸包覆絲紗錠卷繞成型效果已經(jīng)等同于國(guó)際著名某品牌的包覆絲機(jī)的成型效果。

　　2 氨綸包覆絲機(jī)分析

　　2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

　　機(jī)械成型包覆絲機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。機(jī)械包覆絲機(jī)由變頻器驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)異步電機(jī)傳動(dòng)主軸運(yùn)行,定子主軸通過(guò)機(jī)械齒輪變比帶動(dòng)錠子高速旋轉(zhuǎn)及卷繞,卷繞主軸通過(guò)機(jī)械油浴式齒輪箱帶動(dòng)橫動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)回運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)卷繞成型功能。一套速度監(jiān)測(cè)儀，隨時(shí)監(jiān)測(cè)錠子、卷繞等運(yùn)行轉(zhuǎn)速。機(jī)械成型包覆絲機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)參見(jiàn)表1所示。

　　表1 機(jī)械成型包覆絲機(jī)技術(shù)參數(shù)

圖1機(jī)械成型包覆絲機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)

　　2.2 問(wèn)題分析

　　（1）操作界面問(wèn)題：只能通過(guò)變頻器面板進(jìn)行調(diào)速，界面不友好。

　　（2）車(chē)速限制問(wèn)題：由于成型機(jī)構(gòu)是機(jī)械油浴式齒輪箱，導(dǎo)致整體車(chē)速只有不超過(guò)40米/分。

　　（3）紗錠成型問(wèn)題：由于紗錠卷繞成型機(jī)構(gòu)是機(jī)械油浴式齒輪箱，卷繞成型有疊繞和硬邊突起等電阻效應(yīng)難以克服，對(duì)下道退繞絡(luò)筒工序很不利，卷繞紗錠只能達(dá)到3公分厚。

　　（4）保全問(wèn)題：由于成型機(jī)構(gòu)是機(jī)械油浴式齒輪箱，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后機(jī)械磨損導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行根本性修復(fù)，維護(hù)、調(diào)整都很困難。

　　3 電子成型包覆絲機(jī)自動(dòng)化設(shè)計(jì)

　　3.1基于臺(tái)達(dá)伺服控制技術(shù)的包覆絲機(jī)

　　由于傳統(tǒng)機(jī)械在成型速度、成型效果、維護(hù)難上有很大局限性，所以很多紡機(jī)廠(chǎng)家及自動(dòng)化集成商都在全力研發(fā)電子成型包覆絲機(jī)，但因在成型控制精度、防疊繞算法、防電阻效應(yīng)、防掉線(xiàn)、機(jī)械精度、卷繞成型交叉角度算法、生產(chǎn)調(diào)試周期漫長(zhǎng)（生產(chǎn)一個(gè)錠需20—80小時(shí)）等困難，所以至今成效都不大。

　　通過(guò)近期努力，臺(tái)達(dá)子公司中達(dá)設(shè)計(jì)出以EH系列PLC為主控制單元，控制全機(jī)錠子速度（臺(tái)達(dá)變頻器控制），卷繞電機(jī)速度（臺(tái)達(dá)變頻器控制系列），橫動(dòng)移紗電子成型（臺(tái)達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)器），用臺(tái)達(dá)HMI設(shè)置和顯示工藝參數(shù)的控制方案，成功的替代了機(jī)械油浴式齒輪箱紗錠成型架構(gòu)。對(duì)主軸轉(zhuǎn)速信號(hào)采用高速計(jì)速，對(duì)卷繞輥進(jìn)行測(cè)速，通過(guò)在HMI上設(shè)置工藝參數(shù)如：錠子速度、橫動(dòng)速度、成型斜度、工作定時(shí)、捻度等，對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的故障信息均在HMI上顯示，為排除故障提供方便。基于臺(tái)達(dá)機(jī)電自動(dòng)化技術(shù)平臺(tái)的電子成型包覆絲機(jī)自動(dòng)化解決方案如圖2所示。電子成型包覆絲機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)參見(jiàn)表2所示。

　　主要元件清單如下：PLC：DVP-EH(高速脈沖輸出可達(dá)200KHz, 高速計(jì)數(shù)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(qū)動(dòng)器：VSD-B(0.75KW, 編碼器分辨率：10000, 位置定位時(shí)間：2ms)。

　　圖2臺(tái)達(dá)機(jī)電成型包覆絲機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)

　　表2 電子成型包覆絲機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)為

　　　3.2 技術(shù)特點(diǎn)

　　（1）可以通過(guò)觸摸屏隨意更改整機(jī)車(chē)速，橫動(dòng)速度，成型參數(shù)，等滿(mǎn)足不同生產(chǎn)需要，界面友好方便。

　　（2）由于成型橫動(dòng)機(jī)構(gòu)采用伺服傳動(dòng)，所以整體車(chē)速可以提高到100米/分，大大提高生產(chǎn)效率，是原機(jī)械成型機(jī)型2—3倍速度，產(chǎn)能翻番。

　　（3）由于成型橫動(dòng)機(jī)構(gòu)采用伺服傳動(dòng)，卷繞成型解決疊繞和硬邊突起電阻效應(yīng)等問(wèn)題，所以卷繞紗錠可以達(dá)到10公分厚，原機(jī)械成型機(jī)型3—4倍，節(jié)約了換錠時(shí)間提高了生產(chǎn)效率。

　　 （4）由于成型機(jī)構(gòu)采用伺服傳動(dòng)，所以機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，即使長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行維護(hù)，調(diào)整都很方便。

　　4 伺服電子成型紗錠的實(shí)現(xiàn)

　　（1）卷繞速度設(shè)定：卷繞速度即主車(chē)速，決定整機(jī)的生產(chǎn)速度，根據(jù)卷繞速度設(shè)定變頻器運(yùn)行頻率；卷繞速度決定卷繞線(xiàn)速度。

　　（2）橫走速度設(shè)定：橫走速度即橫向移絲速度，根據(jù)不同品種紗線(xiàn)的卷繞要求橫走速度與卷繞速度形成比例，來(lái)決定來(lái)回卷繞的交叉角度；且橫走速度不能過(guò)慢或過(guò)快，過(guò)慢會(huì)導(dǎo)致橫動(dòng)反向時(shí)錠邊累計(jì)過(guò)多導(dǎo)致硬變和掉線(xiàn)，過(guò)快也會(huì)導(dǎo)致伺服反向時(shí)過(guò)沖、抖動(dòng)而導(dǎo)致掉線(xiàn)。

　　（3）初始行程設(shè)定：初始行程即表示A-B間距離。

　　（4）初始輥徑設(shè)定：初始輥徑設(shè)定必須準(zhǔn)確，否則將影響成型效果。

　　（5）停車(chē)延時(shí)設(shè)定：停車(chē)延時(shí)即表示在按動(dòng)停車(chē)按鈕后由于轉(zhuǎn)盤(pán)慣性無(wú)法立即停止，所以必須延時(shí)橫動(dòng)機(jī)構(gòu)一段時(shí)間等待轉(zhuǎn)盤(pán)完全停止后再停止橫動(dòng)，否則紗線(xiàn)將會(huì)在橫動(dòng)停止位置大量卷繞。

　　（6）差動(dòng)距離：AC與DB為差繞長(zhǎng)度。在AB往復(fù)的過(guò)程中，并不是每次往復(fù)行程都是由A點(diǎn)至B點(diǎn)，或是由B點(diǎn)至A點(diǎn)實(shí)際往復(fù)行程為A點(diǎn)至D點(diǎn)，D點(diǎn)至C點(diǎn)，C點(diǎn)至B點(diǎn)，再由B點(diǎn)至A點(diǎn)依序循環(huán)，主要是解決在卷繞過(guò)程中兩邊會(huì)有凸起的現(xiàn)象（俗稱(chēng)電阻效應(yīng)）。

　　（7）成型角度調(diào)整參數(shù)：成型角度調(diào)整參數(shù)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(dòng)速度、紗線(xiàn)粗細(xì)不同所共同決定的，所以可以通過(guò)成型角度調(diào)整參數(shù)進(jìn)行修正，達(dá)到美觀的效果，此參數(shù)越大表示坡度越陡，越小表示坡度越平。

　　（8）軟邊調(diào)整參數(shù)設(shè)定：在卷繞成型中由于退繞的需要，要求錠邊相對(duì)松軟，避免錠邊太硬、太緊所導(dǎo)致退繞斷線(xiàn)現(xiàn)象，調(diào)整軟邊參數(shù)可以有效調(diào)整收邊的松軟度，軟邊調(diào)整參數(shù)越大邊越硬，參數(shù)越小邊越軟。

　　紗錠成型參數(shù)定義如3所示。紗錠成型調(diào)整人機(jī)界面如4所示。國(guó)際名牌紗錠成型效果對(duì)比如圖5、圖6所示。

圖3 紗錠成型參數(shù)

圖4 紗錠成型調(diào)整人機(jī)界面

圖6國(guó)際著名某品牌的成型效果

圖7 臺(tái)達(dá)伺服成型效果

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　通過(guò)使用不同紗線(xiàn)的卷繞測(cè)試（40D-200D規(guī)格），高品質(zhì)錠子在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的持久穩(wěn)定性，二級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使受力更合理，適用范圍更廣，取消了油浴式齒輪箱，維護(hù)更方便，使卷繞成形良好，軟邊成型退繞更容易，現(xiàn)在的卷繞成型效果已經(jīng)等同于國(guó)際著名某品牌的包覆絲機(jī)的成型效果。臺(tái)達(dá)也將致力推動(dòng)國(guó)內(nèi)氨綸紡機(jī)業(yè)走向高效優(yōu)質(zhì)的新時(shí)代。氨綸復(fù)合紡紗，一個(gè)處在成長(zhǎng)期的產(chǎn)業(yè)，它的魅力無(wú)窮無(wú)盡，它的發(fā)展無(wú)可限量。