施耐德在轉杯紡紗機控制系統上的典型應用

1. 引言
轉杯紡紗是一種新型紡紗技術，是將并條加工的熟條開松成單纖維，由氣流輸送到高速旋轉的轉杯（高達15萬轉/分）內進行凝聚和加捻成紗，最后紗線繞在紡紗器外的紗筒上，制成圓柱形或圓錐形紗筒。

與傳統的環錠紡紗相比，轉杯紡紗具有工序短（省略了粗紗與絡筒工序）、產量高（3～8倍）、大卷裝等特點，同時使用原料范圍廣，紗線質量優于環錠紗、紡紗成本也可降低，總體趨勢是向著高速、大卷裝、智能化、高自動化和低捻（針織紗）等方面發展。目前，我國的轉杯紡只占環錠紡的2%，較世界水平（歐洲為25%）還有較大的差距；技術方面，局限于粗支紗的加工，無法紡較細的紗支，因此，轉杯紡在我國有較大的發展空間。
轉杯紡紗機的控制系統主要包括三個方面的控制：首先是每個轉杯的控制，需要實現斷紗檢測和半自動接頭功能；其次，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；第三，需要實現主控制器與分控制器之間的總線連接和通訊，以及用于操作和監控的人機界面。

2. 控制系統方案
轉杯紡紗機的控制系統采用了施耐德電氣公司根據客戶要求量身定作的轉杯專用控制器，實現每個紗錠的斷紗檢測和半自動接頭功能，傳動系統采用帶閉環磁通反饋功能的ATV58F或ATV58變頻器（加VW3A58202編碼器反饋卡），主控制器采用Twido PLC或Micro PLC，通過通訊擴展口實現與專用控制器的Modbus總線通訊，通過模擬量輸出ATV58F或ATV58變頻器實現調速和同步控制，同時配Magelis XBT-G 10.4” 彩色STN觸摸屏（XBT-G5230）或TSX08 HMI文本圖形顯示器進行操作和系統監控。

此外，通過將主軸喂紗電機使用Twin Line系列伺服系統，變換喂紗速度（速度在高速和低速間頻繁切換），實現紗線粗細的有規則變化或無規則的變化，可以紡制出竹節紗等特種紗線。

3. 控制系統簡介
Twido PLC是施耐德電氣公司推出的結構緊湊、配置靈活、功能豐富的小型PLC系列產品，有模塊化和一體化兩種CPU本體、以及多種離散量、模擬量I/O模塊供用戶選擇配置，最多可擴展7個I/O模塊，最大I/O點數可達264點；同時具有4路高速計數、2路脈沖輸出和2路RS485通訊口；程序容量可達3000步（通過存儲器擴展插件可擴展至6000步）。Twido PLC采用基于Windows的TwidoSoft編程軟件，提供包括浮點數運算、PID指令等豐富的指令集和方便系統調試的應用程序瀏覽器，可以實現硬件配置、可逆的梯形圖和指令列表編程，具有完全的符號化編程以及ASCII碼導入/導出等功能，為客戶提供簡單、靈活、可靠的解決方案。

轉杯專用控制器施耐德電氣公司根據客戶對轉杯紡紗機應用的各項功能要求，通過施耐德上海研發中心高水平的技術開發力量和施耐德無錫電子工廠可靠的制造加工能力，為客戶量身定作的專用控制器。轉杯專用控制器基于Twido PLC的軟、硬件平臺，不僅具有與Twido PLC相同的功能和編程軟件開發環境，而且根據客戶的實際需求，設計了恰當數量的I/O點（每個控制器控制16個或12個轉杯）和相應的輸入/輸出方式，并且內置了轉杯紡紗半自動接頭等特殊指令；同時，控制器的安裝方式、接線方式、通訊方式等也通過專門設計以符合轉杯紡紗機的實際應用和連接狀況，充分地滿足了客戶的對轉杯紡紗機控制的特定需求。

ATV58系列變頻器是施耐德電氣公司推出的磁通矢量控制通用變頻器，功率范圍 0.37～75kW，輸出頻率最大到500Hz，具有低速大轉矩特性、150%的高制動力矩，以及低電網電壓運行 （大于60%正常電壓可運行） 等功能；額定速度下，調速精度開環為1%，閉環為0.1%（配測速發電機反饋卡）或0.02%（配編碼器反饋卡）。ATV58變頻器內置了EMC濾波器、進線電抗器、制動單元等，有效地降低了系統集成成本，提高了系統可靠性。此外，ATV58變頻器除內置的Modbus通訊接口（即操作面板接口）外，通過通訊擴展卡，可以提供多種通訊網絡接口（包括工業以太網、FIPIO、Modbus Plus、CANopen、Interbus-S、Profibus-DP、DeviceNet、AS-i、Uni-telway等）和相應的通訊控制方式，極大地豐富了變頻器的應用范圍，為傳動系統中常見的多電機同步控制、變頻器遠程操作和監控、變頻器控制和狀態信息的雙向交換等復雜應用提供了簡單、可靠、便捷的解決方案。

TSX08 HMI系列產品是施耐德電氣公司面向中國市場推出的極具競爭力、功能豐富的中文文本圖形顯示器，有兩行文本圖形和四行文本圖形兩種型號，具有64K存儲容量，通過Modbus、JBus等通訊協議與PLC連接，通過面板上的8個功能鍵實現數據輸入等操作。采用TSX08 HMI Configurator開發軟件，可以配置多達60個應用、報警和幫助頁面，其中變量可以以字母、數字、位圖、棒圖、趨勢圖等豐富的形式表示，同時提供I/O交叉索引、HMI/PLC交互控制、以及模擬仿真運行等高級功能，可以很好地滿足客戶的需求。

在轉杯紡紗機的控制系統中，轉杯專用控制器安裝在各單元機臺內部，在實現每個轉杯的斷紗檢測及半自動接頭等功能的同時，作為Modbus從站與主控制器Twido PLC或Micro PLC交換信息：轉杯控制的相關參數由人機界面輸入，通過主控制器送達轉杯專用控制器；轉杯的狀態信息通過主控制器輪詢后，在人機界面上顯示。引紗電機與喂棉電機之間的同步控制，由主控制器根據工藝參數和編碼器反饋信息，經PID調節運算后，通過模擬量輸出控制。主控制器還執行轉杯、風機、橫動及落筒等工藝控制。