四方電氣工控系統(tǒng)方案在紡織機械中的應(yīng)用

摘要：縫邊機是紡織機械中的一種設(shè)備，它通過將布料對折后，利用縫紉機將布料進行縫合。傳統(tǒng)縫邊機送料、對折部分依靠人工完成，不僅生產(chǎn)效率低，而且成本較高。本文以四方PLC和伺服系統(tǒng)及變頻器為平臺，設(shè)計了一整套自動對折縫邊機控制系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠自動完成送料、折邊、縫紉和收布等工序。

關(guān)鍵詞：縫邊機，PLC，伺服，HMI，變頻器

一、引言

近年來，紡織行業(yè)發(fā)展迅速，縫邊機作為紡織機械中的一種，它通過將布料運送對折后，利用縫紉機將布料進行縫合。為了提高生產(chǎn)效率，自動對折縫邊機應(yīng)運而生。然而許多自動對折縫邊機在快速運行過程中會出現(xiàn)斷針、跳針、頻繁斷線等一系列問題，因此如何設(shè)計出更加合理的自動對折縫邊機控制系統(tǒng)就很有必要了。以往的機械式的輥鍛機送料設(shè)備，往往存在機械成本高、通用性差、調(diào)整不靈活、人機交互差等一系列問題。這就需要開發(fā)出更合理的輥鍛機送料機械手控制系統(tǒng)，來提高機械效率、改善安全狀況、增強設(shè)備通用性。為此，我們設(shè)計了一套基于四方PLC、伺服驅(qū)系統(tǒng)和變頻器的自動對折縫邊機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)成功應(yīng)用于浙江某紡織機械廠，經(jīng)過數(shù)月的運行測試，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高，得到客戶的認(rèn)可和好評。

二、工藝分析

縫紉機原理如圖1所示，需要將針部分穿過織物。由于針眼就在尖頭的后面，而不是在針的尾端。針固定在針桿上，針桿由電機通過一系列的齒輪和凸輪牽引做上下運動。當(dāng)針的尖端穿過織物時，它在一面向另一面拉出一個小線圈。織物下面的一個裝置會抓住這個線圈，然后將其包住另一根線或者同一根線的另一個線圈。

圖1 縫紉原理圖

縫紉機的線跡是由面線、底線兩根縫紉線在縫料上、下面相互有規(guī)律交合在一起，縫紉線的交合點處于縫料中間，從線跡的橫斷面上看，好像有兩把鎖相互連接在一起鎖住一樣，因此稱為“雙線連鎖式線跡”。

當(dāng)機針從最低位置開始上升時，送布牙同步開始送布，機針向下接近縫料時，送布結(jié)束，如圖2所示。隨后機針引著面線繼續(xù)下降，穿過縫料降低到最低位時，面線受針孔向下的拉力和針桿與縫料的擠壓力而在針孔上方緊貼針桿繃緊。擺梭鉤著線環(huán)轉(zhuǎn)到梭心下面時，挑線桿停止輸送面線并迅速上升收回面線，使線環(huán)急速縮小上移套住底線。在夾線器、挑線桿和梭心套的共同的作用下，面線把底線拉到縫料中間并收緊。這樣完整的線跡形成了。

圖2 縫紉成型過程

自動對折縫邊機整體結(jié)構(gòu)如圖3所示，布料由送布輥運送至對折機構(gòu)處，將一整塊大的布料進行對折之后送至縫紉機處對需要縫補的邊緣處進行快速縫補。収布輥起到將縫紉的布料往前拉動的作用，布料經(jīng)過縫補后，經(jīng)由収布擺桿整齊地鋪疊擺放在最終収布平臺上。

圖3 工藝原理圖

三、系統(tǒng)架構(gòu)

本方案中的控制系統(tǒng)，采用EM1系列HMI實現(xiàn)人機交互，送料、縫紉機、收布電機的控制采用E550系列變頻器，而收布輥傳動機構(gòu)采用CA100伺服系統(tǒng)，EP1系列PLC對整個工藝過程進行集中控制。基本工作原理為：HMI完成運行參數(shù)的設(shè)置和顯示，PLC通過通訊讀寫CA100伺服系統(tǒng)的內(nèi)部位置參數(shù)，伺服系統(tǒng)根據(jù)外部縫紉機端的接近開關(guān)信號來控制電機實現(xiàn)內(nèi)部位置的反復(fù)行走，帶動拉布輥將布行走。

系統(tǒng)方案如圖4所示。

圖4 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案

四、系統(tǒng)調(diào)試

自動對折縫邊機控制系統(tǒng)調(diào)試主要分為伺服系統(tǒng)調(diào)試，PLC程序調(diào)試，整機調(diào)試這幾部分。

4.1 系統(tǒng)電氣圖

自動對折縫邊機的部分的電氣圖紙如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)電氣圖紙

4.2 伺服驅(qū)動器參數(shù)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試首先要進行的是伺服參數(shù)調(diào)試，使伺服的功能和性能達(dá)到系統(tǒng)的要求，伺服驅(qū)動器調(diào)試的主要參數(shù)如下表所示：

表1 伺服驅(qū)動器調(diào)試參數(shù)（部分）表

4.3 PLC程序調(diào)試

四方EP1系列PLC編程軟件具有在線監(jiān)控和修改功能，可以方便的監(jiān)控PLC程序運行狀態(tài)，便于使用者在調(diào)試過程中持續(xù)的優(yōu)化PLC程序，實現(xiàn)完美的工藝流程控制。EP1系列PLC提供了2路通訊接口，可以在線監(jiān)控PLC程序同時連接HMI，可以直觀的監(jiān)控HMI與PLC之間的通信，便于發(fā)現(xiàn)各類問題，減少了多機聯(lián)調(diào)時容易出現(xiàn)的兼容性問題。

圖6 EP1系列PLC在線監(jiān)控圖

4.4人機交互界面

HMI主界面如圖7所示，可進行伺服使能控制以及針距及伺服速度的設(shè)定，顯示設(shè)備的當(dāng)前工作狀態(tài)和報警狀態(tài)等信息。

圖7 HMI主界面

4.5 整機調(diào)試

整機調(diào)試需要注意以下問題：

（1）必須保證布料折疊后上下邊平齊后才啟動縫紉機。

（2）在調(diào)整縫紉機速度前，必須將送布機構(gòu)的速度調(diào)整到一個合適的范圍，保證送布和拉布之間布處于繃直狀態(tài)。

（3）収布機構(gòu)的變頻器頻率可適當(dāng)比送布的低些，保證是伺服控制的収布輥在拉布。

五、結(jié)束語

基于四方電氣機電產(chǎn)品所設(shè)計的自動對折縫邊機控制系統(tǒng)，較好的解決了傳統(tǒng)對折縫邊機人工送布的效率低、成本高、高速時跳針、斷線等問題。系統(tǒng)采用全套四方工控產(chǎn)品，包括HMI、PLC、伺服及變頻器，保證了各產(chǎn)品間良好的兼容型。經(jīng)過數(shù)月的現(xiàn)場使用測試，系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)效率顯著提高，滿足了用戶的實際生產(chǎn)需求。

參考文獻(xiàn)

1、 深圳市四方電氣EP1系列PLC編程手冊. 深圳：深圳市四方電氣技術(shù)有限公司. 2016

2、 深圳市四方電氣CA100系列伺服驅(qū)動器使用說明書. 深圳：深圳市四方電氣技術(shù)有限公司. 2016