變頻器、交流伺服系統在細紗機中的應用

摘要:細紗機采用可編程序控制器（PLC）、變頻器、交流伺服控制器及觸摸屏控制，簡化了機構．提高了精度。利于穩定紡紗張力．減少斷頭，減少毛羽。根據產品的要求，通過人機舉面調節參數十分方便。
關鍵詞: PLC；變頻調速器；交流伺服控制器
　　細紗是紡紗過程中的最后一道工序。細紗機性能的好壞直接影響到紗的質量。傳統的細紗機的錠子、羅拉及鋼領板的升降都靠主電機傳動．主電機多使用雙速電機。慢速只用于啟動．高速為正常工作且速度不變。這樣使得錠子速度不變．在紡紗過程中斷頭率較高 由丁產品不同 在錠子及牽伸羅拉傳動之問以及前后牽伸羅拉之間使用較多的變換齒輪以改變紗的捻度及牽伸倍數。而紗的成型與卷繞則依靠鋼領板的升降與級升通過成型凸輪及棘輪機構實現。由于種種原因．造成了細紗機變換齒輪數量多．成型凸輪在桃尖有沖擊、在桃底有停頓等現象。同時實現級升的蝸輪蝸桿機構容易磨損。因此紡紗的質量及卷繞的質量不容易 證 會造成后續工序高速退繞剝 可能產生脫圈等不良情況。
　　隨著徽電于及計算機技術的不斷發展，將可編程序控制器及交流伺服控制器和網絡等技術應用于細紗機的控制之中。解決了傳統細紗機的不足．簡化了機構，提高了精度。凄加工的紗的質量有了很大的提高。
1 控制系統的組成
　　控制系統由人機界面（觸摸屏）、PLC、交流伺服控制系統、減速器等組成。觸摸屏與PLC間通過MPI方式適時傳送。各種參數可方便地通過觸摸屏設定、修改。PLC與各交流電機及交流伺服電機間經矢量型變頻詞速器及交流伺服調速器通過Profibus—DP進行通訊實時傳遞。錠子的轉數由主電機傳動，依紡紗的情況進行詞速。根據工藝要求可以改變牽伸機構輸出羅拉的轉數，以滿足不同產品的需要。鋼領板的生降與級升根據要求可選擇合適的數據。而變頻器與伺服控制器之間的同步則利用SIMOLINK來進行。

　　下面重點介紹一下錠子的控制以及鋼領板的控制。
2 紡紗張力與錠子的變速
　　細紗鞏在紡紗卷繞中要形成氣圈（見圖1）．因此紗會產生張力。細紗的卷繞方式為小動程．有級升。因為在小紗、中紗及大紗時紗的張力不同，因而造成了不同的斷頭率。圖2為細紗譏在一落紗情況下．紗斷頭分布的一般規律圖。從圖中可以清楚地看出在紡紗過程中小紗時斷頭率最大．大紗時斷頭率較大，而在中紗時斷頭率最小．且較穩定。

　　根據這個特點，再結合各種條件可以應用變頻詞速器對錠子進行調速。由于小紗時斷頭率最大．故選擇其轉速最低，而中紗時斷頭率最小．所以轉速最高．當大紗時轉速又變小。進行變預器調速時可以采用兩種方法。一種是根據聽紡紗的持數按滿紗的總長可分為十個區間．每個區間按實際斷頭的多少設定相應的速度 此種方法稱為定長法。可以以m為單位．通過前羅拉上的旋轉編碼器進行測量。另一種方法則根據實際紡紗中鋼領通過級升在大、中、小紗的幾個主要位置段來設置相應的速度。這種方法稱為定位法。由于前者在產品參數改變時．需要重新設定，所以使用時不如后者方便。電機的變速曲線見圖3。具體的數據可根據紡紗中實測來確定。

　　大紗、中紗、小紗及鋼領板上下位置的轉換可根據傳感器輸入的信號，經PLC運算、比較來確定。為了確保轉速的精度，在主電機上使用旋轉編碼器進行負反饋。組成閉環控制系統。
3 鋼領板升降的控制
　　為了滿足后續工序快速退繞的要求．防止脫圈的發生。一般細紗的成形與卷繞都為小動程有級升。且鋼領板上升時較慢，卷繞的紗的密度大，稱為卷繞層。而鋼領板下降時較快，卷繞的紗的密度小．稱為束縛層。見圖4。

　　r為錐角。R為卷繞大半徑，r。為紗管外經即卷繞小半徑。每一層紗必須等螺距排列。H。為一卷繞層綱領板動程。hn為卷繞層法向螺距。當各相應參數確定后，鋼領板上升下降的位置與前羅拉轉角成拋物線規律。傳統的細紗機實現卷繞是通過成形凸輪來實現的。由于采用的是機械方式，所以避免不了成形凸輪在桃尖有沖擊、在桃底有停頓的現象。現在使用電子凸輪較好地解決了這個問題。
　　為了實現電子凸輪的功能，可以采用以下幾種形式。一種將成形凸輪一周分為360。，每一度對應一個數值，形成一個包絡表，工作時分別取出數值用來控制驅動器，帶動交流伺服電機，使得鋼領板產生位移。電機上有一編碼器進行負反饋。這種形式可使用西門子S7—200型PLC來實現。多適用于老機改造。
　　另一種的驅動裝置采用了矢量型變頻調速器．用來驅動交流電機帶動鋼領板生降。這砷形式的效果稍遜于伺服調速裝置。
還有的通過驅動器直接帶動步進電機去實現 這種方式在凸輪轉速較低時，性能較差。
　　經過比較最終選用了利用PLC產生數據．使用軟件來定義凸輪的方法。根據細紗卷繞成型的要求，成形凸輪轉一圈360°．鋼領飯生降一次。并有級升。通常取下降法向螺距是上升法向螺距的3倍。因此鋼領板的升降與成形凸輪的轉角可滿足以下兩式：

其中Z↑與Z↓代表鋼領板上升或下降的位置．φ代表卷繞一圈紗所對應的成形凸輪的轉角。
　　級升為

　　這里pm為卷裝密度，Tx為棉紗線密度。
　　根據要求PLC 選用的是西門子CPU 317T一2DP型，這是一種用于工藝和運動控制任務的智能化PLC。除了控制變頻器和羅拉交流伺服電機外．用它來控制電子凸輪。
　　首先利用其算術運算功能強的特點，用以上公式計算出凸輪轉角及其位移值、級升值。再使用S7Tconfig組態工具軟件創建凸輪盤。然后將凸輪數據輸入到伺服控制器中，控制交流伺服電機驅動減速機通過絲杠帶動鋼領板的升降運動。采用了電子凸輪后，可以改變傳統的紡紗成型工藝，可根據用戶要求的品種，通過參數設置任意改變傳統的紡紗成型，滿足新產品開發的需要。
　　當電子凸輪工作后還可利用軟件中曲線記錄功能對鋼領板的動作進行診斷，達到對成型機構進行監測的目的。
　　經實驗證明電子凸輪可完全完成所要求的工作。并克服了機械成型凸輪的缺點。
4 結束語
　　（1）細紗機的控制采用了觸摸屏、PLC、變頻調速器以及交流伺服控制器、交流伺服電機等。簡化了機構，提高了精度。整個控制系統的關鍵之一是傳動錠子的主電機與軍伸電機鋼領板電機的同步問題。可采用SIMOLINK同步方式解決。 ．
　　（2）修改有關參數可通過人機界面進行，人機界面與PLC的數據傳輸采用了MPI方式。
　　（3）PLC與變頻器和伺服控制器間采用Profibus-DP進行通訊，使得數據傳輸更迅速準確。
　　（4）細紗機再加上相應的裝置和控制環節，可實現集體落紗。也可與自動絡筒機相聯．實現細絡聯。為提高自動化水平創造了條件。