嘉友產(chǎn)品四：嘉友（細(xì)紗機(jī)電子牽伸系統(tǒng)2.0）
隨著數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于紡紗領(lǐng)域以實(shí)現(xiàn)紡紗過程的智能控制已經(jīng)勢不可擋。使用數(shù)字牽伸傳動避免了傳統(tǒng)齒輪傳動維護(hù)工作量大、密封不好、易形成油污染，電子牽伸傳動相對齒輪牽伸傳動有本質(zhì)上的飛躍，不僅避免了齒輪傳動的劣勢，抗力強(qiáng)，而且工藝調(diào)整不需要更換一系列的交換齒輪，實(shí)現(xiàn)了羅拉轉(zhuǎn)速的精確控制，使?fàn)可飙h(huán)境穩(wěn)定可靠，提高了牽伸控制精度和成紗質(zhì)量。針對上述問題，嘉友提出了解決方案——細(xì)紗機(jī)電子牽伸系統(tǒng)。
一、牽伸的改進(jìn)
1、本公司目前改進(jìn)方案一：牽伸型式采用三羅拉雙皮圈搖架加壓，總牽伸倍數(shù)在10 ～ 40 倍，后區(qū)牽伸倍數(shù)控制在1.02 ～ 1.10，羅拉直徑為27mm，交流伺服電機(jī)M1、M2分別同步傳動牽伸羅拉和喂入羅拉，因喂入羅拉和中間羅拉轉(zhuǎn)速接近，可采用齒輪傳動降低成本，牽伸倍數(shù)則通過改變牽伸羅拉轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)，以避免傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)通過變換齒輪達(dá)到牽伸羅拉傳動和錠子轉(zhuǎn)動之間、牽伸羅拉和成形凸輪之間以及羅拉之間的牽伸變換。該牽伸系統(tǒng)具備兩大優(yōu)勢。
一是電子牽伸可以改變喂入羅拉轉(zhuǎn)速和速度變化時間間隔，生產(chǎn)不同種類的竹節(jié)紗。因?yàn)榱_拉轉(zhuǎn)速的變化決定粗節(jié)大小，速度變化頻率決定粗節(jié)出現(xiàn)的規(guī)律。
二是電子牽伸能夠更方便地調(diào)整牽伸系統(tǒng)的牽伸倍數(shù)和牽伸分配，不需要進(jìn)行齒輪調(diào)換，并實(shí)現(xiàn)了實(shí)時微調(diào)。
兩個電機(jī)的獨(dú)立傳動喂入羅拉和牽伸羅拉采集系統(tǒng)傳感器的輸入信號，并向伺服電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出信號，控制三個羅拉的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對牽伸倍數(shù)的改變。
2、本公司目前改進(jìn)方案二：電子牽伸傳動在超大牽伸細(xì)紗機(jī)上應(yīng)用更有利于細(xì)紗機(jī)形成穩(wěn)定可靠的牽伸環(huán)境，從而為實(shí)現(xiàn)超大牽伸紡紗技術(shù)提供了有力的條件。本公司運(yùn)用西門子S7-200系列PLC224XP通過通訊方式與觸摸屏連接，采集系統(tǒng)各種傳感器的輸入信號，并向變頻器、伺服驅(qū)動器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，伺服驅(qū)動器驅(qū)動伺服電機(jī)，控制3 個羅拉的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對細(xì)紗機(jī)牽伸機(jī)構(gòu)的控制。
超大牽伸細(xì)紗機(jī)電子牽伸傳動機(jī)構(gòu)簡介： 本公司涉及到的細(xì)紗機(jī)超大牽伸型式為四羅拉四皮圈搖架加壓，總牽伸倍數(shù)在50 ～ 300倍之間，前區(qū)牽伸倍數(shù)控制在10 ～ 50倍，中區(qū)牽伸倍數(shù)控制在 2 ～ 4倍，后區(qū)牽伸倍數(shù)控制在 2 倍以內(nèi)，羅拉直徑為27mm。交流伺服電機(jī)M1、M2、M3分別同步傳動前羅拉、第二羅拉和第三羅拉，由于后區(qū)牽伸倍數(shù)不大，第三羅拉和后羅拉轉(zhuǎn)速接近，它們之間采用齒輪傳動，以降低成本。三個電機(jī)獨(dú)立傳動三列羅拉，牽伸倍數(shù)的改變可通過對前羅拉轉(zhuǎn)速的改變來實(shí)現(xiàn)。
二、硬件設(shè)計及組成
1、觸摸屏
本系統(tǒng)采用威倫MT6056i觸摸屏，根據(jù)所紡紗線要求在觸摸屏上輸入相關(guān)的參數(shù)值，并對紡紗過程中的機(jī)器狀態(tài)實(shí)施在線檢測。主要紡紗工藝參數(shù)有：錠速、捻度、粗紗定量、細(xì)紗特數(shù)、前區(qū)牽伸倍數(shù)、中區(qū)牽伸倍數(shù)和后區(qū)牽伸倍數(shù)等。
2、PLC控制器
本系統(tǒng)采用的可編程控制器為西門子S 7 -200CPU224XP，最多可擴(kuò)展 7 個模塊，本身帶兩個通訊口、兩個PTO/PWM高速脈沖發(fā)生器，脈沖發(fā)生器頻率可達(dá)100kHz，最多支持 8 個PID控制回路。PLC接收觸摸屏傳送過來的消息，根據(jù)建立的牽伸傳動數(shù)學(xué)模型計算出發(fā)送給交流伺服電機(jī)的脈沖個數(shù)和周期。本系統(tǒng)PLC控制 3或4 臺伺服系統(tǒng)，而S7-200只有兩個高速脈沖發(fā)生器，所以需要添加位控模塊EM253，EM253提供單軸、開環(huán)運(yùn)動控制，此外，還需要添加I/O擴(kuò)展單元EM223。
3、交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)
伺服控制系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)，本系統(tǒng)采用松下伺服AE5，伺服驅(qū)動器的型號為MEDHT7364E，伺服電機(jī)的型號為MDME202GCG?？刂颇Ｊ椒譃槲恢每刂?、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制和全閉環(huán)控制等 4 種，牽伸傳動系統(tǒng)采用速度控制模式，速度頻率響應(yīng)1.6 kHz，轉(zhuǎn)速可達(dá)2 000 r/min。交流伺服驅(qū)動器接收由PLC發(fā)送過來的脈沖個數(shù)和周期控制交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對牽伸機(jī)構(gòu)的控制。
4、編碼器
本系統(tǒng)所采用的編碼器型號為OVW2-20-2MHT，編碼器解析度為2 000 p/r。利用編碼器測量主軸轉(zhuǎn)速，速度檢測方法采用M法測速，在固定的時間間隔Ts內(nèi)讀取速度信號的脈沖數(shù)從而計算出轉(zhuǎn)速的大小。
三、軟件設(shè)計
上電后用戶輸入?yún)?shù)，編碼器實(shí)測主軸轉(zhuǎn)速反饋給PLC控制器，算得錠子轉(zhuǎn)速，如果實(shí)際測得的錠子速度與設(shè)定的錠子速度偏差超過設(shè)定范圍，按照PID算法計算出修訂頻率，并將修訂后的頻率發(fā)給變頻器，從而調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)錠速的穩(wěn)定；如果實(shí)際測得的錠子速度與設(shè)定的錠子速度偏差在設(shè)定范圍內(nèi)，則計算 2或3 個伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，再根據(jù)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需要的脈沖數(shù)求得脈沖周期和個數(shù)，向伺服驅(qū)動器發(fā)送脈沖，控制三列羅拉運(yùn)轉(zhuǎn)。
1、觸摸屏
本系統(tǒng)采用威倫MT6056i觸摸屏，根據(jù)所紡紗線要求在觸摸屏上輸入相關(guān)的參數(shù)值，并對紡紗過程中的機(jī)器狀態(tài)實(shí)施在線檢測。主要紡紗工藝參數(shù)有：錠速、捻度、粗紗定量、細(xì)紗特數(shù)、前區(qū)牽伸倍數(shù)、中區(qū)牽伸倍數(shù)和后區(qū)牽伸倍數(shù)等。
2、PLC控制器
本系統(tǒng)采用的可編程控制器為西門子S 7 -200CPU224XP，最多可擴(kuò)展 7 個模塊，本身帶兩個通訊口、兩個PTO/PWM高速脈沖發(fā)生器，脈沖發(fā)生器頻率可達(dá)100kHz，最多支持 8 個PID控制回路。PLC接收觸摸屏傳送過來的消息，根據(jù)建立的牽伸傳動數(shù)學(xué)模型計算出發(fā)送給交流伺服電機(jī)的脈沖個數(shù)和周期。本系統(tǒng)PLC控制 3或4 臺伺服系統(tǒng)，而S7-200只有兩個高速脈沖發(fā)生器，所以需要添加位控模塊EM253，EM253提供單軸、開環(huán)運(yùn)動控制，此外，還需要添加I/O擴(kuò)展單元EM223。
3、交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)
伺服控制系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)，本系統(tǒng)采用松下伺服AE5，伺服驅(qū)動器的型號為MEDHT7364E，伺服電機(jī)的型號為MDME202GCG?？刂颇Ｊ椒譃槲恢每刂?、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制和全閉環(huán)控制等 4 種，牽伸傳動系統(tǒng)采用速度控制模式，速度頻率響應(yīng)1.6 kHz，轉(zhuǎn)速可達(dá)2 000 r/min。交流伺服驅(qū)動器接收由PLC發(fā)送過來的脈沖個數(shù)和周期控制交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對牽伸機(jī)構(gòu)的控制。
4、編碼器
本系統(tǒng)所采用的編碼器型號為OVW2-20-2MHT，編碼器解析度為2 000 p/r。利用編碼器測量主軸轉(zhuǎn)速，速度檢測方法采用M法測速，在固定的時間間隔Ts內(nèi)讀取速度信號的脈沖數(shù)從而計算出轉(zhuǎn)速的大小。
三、軟件設(shè)計
上電后用戶輸入?yún)?shù)，編碼器實(shí)測主軸轉(zhuǎn)速反饋給PLC控制器，算得錠子轉(zhuǎn)速，如果實(shí)際測得的錠子速度與設(shè)定的錠子速度偏差超過設(shè)定范圍，按照PID算法計算出修訂頻率，并將修訂后的頻率發(fā)給變頻器，從而調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)錠速的穩(wěn)定；如果實(shí)際測得的錠子速度與設(shè)定的錠子速度偏差在設(shè)定范圍內(nèi)，則計算 2或3 個伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，再根據(jù)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所需要的脈沖數(shù)求得脈沖周期和個數(shù)，向伺服驅(qū)動器發(fā)送脈沖，控制三列羅拉運(yùn)轉(zhuǎn)。
數(shù)字牽伸傳動相對傳統(tǒng)齒輪傳動有本質(zhì)上的飛躍，避免了傳統(tǒng)的齒輪傳動的劣勢，采用多電機(jī)獨(dú)立傳動，抗力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)羅拉轉(zhuǎn)速的精確控制，形成了穩(wěn)定可靠的牽伸環(huán)境，有利于牽伸倍數(shù)和成紗品質(zhì)的提高。利用可編程控制器控制伺服驅(qū)動器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，發(fā)揮了數(shù)控技術(shù)在紡紗領(lǐng)域的優(yōu)勢，對紡紗過程實(shí)施全程監(jiān)控，出現(xiàn)故障時可及時調(diào)整。
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