变频器、交流伺服系统在细纱机中的应用

摘要:细纱机采用可编程序控制器（PLC）、变频器、交流伺服控制器及触摸屏控制，简化了机构．提高了精度。利于稳定纺纱张力．减少断头，减少毛羽。根据产品的要求，通过人机举面调节参数十分方便。
关键词: PLC；变频调速器；交流伺服控制器
　　细纱是纺纱过程中的最后一道工序。细纱机性能的好坏直接影响到纱的质量。传统的细纱机的锭子、罗拉及钢领板的升降都靠主电机传动．主电机多使用双速电机。慢速只用于启动．高速为正常工作且速度不变。这样使得锭子速度不变．在纺纱过程中断头率较高 由丁产品不同 在锭子及牵伸罗拉传动之问以及前后牵伸罗拉之间使用较多的变换齿轮以改变纱的捻度及牵伸倍数。而纱的成型与卷绕则依靠钢领板的升降与级升通过成型凸轮及棘轮机构实现。由于种种原因．造成了细纱机变换齿轮数量多．成型凸轮在桃尖有冲击、在桃底有停顿等现象。同时实现级升的蜗轮蜗杆机构容易磨损。因此纺纱的质量及卷绕的质量不容易 证 会造成后续工序高速退绕剥 可能产生脱圈等不良情况。
　　随着徽电于及计算机技术的不断发展，将可编程序控制器及交流伺服控制器和网络等技术应用于细纱机的控制之中。解决了传统细纱机的不足．简化了机构，提高了精度。凄加工的纱的质量有了很大的提高。
1 控制系统的组成
　　控制系统由人机界面（触摸屏）、PLC、交流伺服控制系统、减速器等组成。触摸屏与PLC间通过MPI方式适时传送。各种参数可方便地通过触摸屏设定、修改。PLC与各交流电机及交流伺服电机间经矢量型变频词速器及交流伺服调速器通过Profibus—DP进行通讯实时传递。锭子的转数由主电机传动，依纺纱的情况进行词速。根据工艺要求可以改变牵伸机构输出罗拉的转数，以满足不同产品的需要。钢领板的生降与级升根据要求可选择合适的数据。而变频器与伺服控制器之间的同步则利用SIMOLINK来进行。

　　下面重点介绍一下锭子的控制以及钢领板的控制。
2 纺纱张力与锭子的变速
　　细纱巩在纺纱卷绕中要形成气圈（见图1）．因此纱会产生张力。细纱的卷绕方式为小动程．有级升。因为在小纱、中纱及大纱时纱的张力不同，因而造成了不同的断头率。图2为细纱讥在一落纱情况下．纱断头分布的一般规律图。从图中可以清楚地看出在纺纱过程中小纱时断头率最大．大纱时断头率较大，而在中纱时断头率最小．且较稳定。

　　根据这个特点，再结合各种条件可以应用变频词速器对锭子进行调速。由于小纱时断头率最大．故选择其转速最低，而中纱时断头率最小．所以转速最高．当大纱时转速又变小。进行变预器调速时可以采用两种方法。一种是根据听纺纱的持数按满纱的总长可分为十个区间．每个区间按实际断头的多少设定相应的速度 此种方法称为定长法。可以以m为单位．通过前罗拉上的旋转编码器进行测量。另一种方法则根据实际纺纱中钢领通过级升在大、中、小纱的几个主要位置段来设置相应的速度。这种方法称为定位法。由于前者在产品参数改变时．需要重新设定，所以使用时不如后者方便。电机的变速曲线见图3。具体的数据可根据纺纱中实测来确定。

　　大纱、中纱、小纱及钢领板上下位置的转换可根据传感器输入的信号，经PLC运算、比较来确定。为了确保转速的精度，在主电机上使用旋转编码器进行负反馈。组成闭环控制系统。
3 钢领板升降的控制
　　为了满足后续工序快速退绕的要求．防止脱圈的发生。一般细纱的成形与卷绕都为小动程有级升。且钢领板上升时较慢，卷绕的纱的密度大，称为卷绕层。而钢领板下降时较快，卷绕的纱的密度小．称为束缚层。见图4。

　　r为锥角。R为卷绕大半径，r。为纱管外经即卷绕小半径。每一层纱必须等螺距排列。H。为一卷绕层纲领板动程。hn为卷绕层法向螺距。当各相应参数确定后，钢领板上升下降的位置与前罗拉转角成抛物线规律。传统的细纱机实现卷绕是通过成形凸轮来实现的。由于采用的是机械方式，所以避免不了成形凸轮在桃尖有冲击、在桃底有停顿的现象。现在使用电子凸轮较好地解决了这个问题。
　　为了实现电子凸轮的功能，可以采用以下几种形式。一种将成形凸轮一周分为360。，每一度对应一个数值，形成一个包络表，工作时分别取出数值用来控制驱动器，带动交流伺服电机，使得钢领板产生位移。电机上有一编码器进行负反馈。这种形式可使用西门子S7—200型PLC来实现。多适用于老机改造。
　　另一种的驱动装置采用了矢量型变频调速器．用来驱动交流电机带动钢领板生降。这砷形式的效果稍逊于伺服调速装置。
还有的通过驱动器直接带动步进电机去实现 这种方式在凸轮转速较低时，性能较差。
　　经过比较最终选用了利用PLC产生数据．使用软件来定义凸轮的方法。根据细纱卷绕成型的要求，成形凸轮转一圈360°．钢领饭生降一次。并有级升。通常取下降法向螺距是上升法向螺距的3倍。因此钢领板的升降与成形凸轮的转角可满足以下两式：

其中Z↑与Z↓代表钢领板上升或下降的位置．φ代表卷绕一圈纱所对应的成形凸轮的转角。
　　级升为

　　这里pm为卷装密度，Tx为棉纱线密度。
　　根据要求PLC 选用的是西门子CPU 317T一2DP型，这是一种用于工艺和运动控制任务的智能化PLC。除了控制变频器和罗拉交流伺服电机外．用它来控制电子凸轮。
　　首先利用其算术运算功能强的特点，用以上公式计算出凸轮转角及其位移值、级升值。再使用S7Tconfig组态工具软件创建凸轮盘。然后将凸轮数据输入到伺服控制器中，控制交流伺服电机驱动减速机通过丝杠带动钢领板的升降运动。采用了电子凸轮后，可以改变传统的纺纱成型工艺，可根据用户要求的品种，通过参数设置任意改变传统的纺纱成型，满足新产品开发的需要。
　　当电子凸轮工作后还可利用软件中曲线记录功能对钢领板的动作进行诊断，达到对成型机构进行监测的目的。
　　经实验证明电子凸轮可完全完成所要求的工作。并克服了机械成型凸轮的缺点。
4 结束语
　　（1）细纱机的控制采用了触摸屏、PLC、变频调速器以及交流伺服控制器、交流伺服电机等。简化了机构，提高了精度。整个控制系统的关键之一是传动锭子的主电机与军伸电机钢领板电机的同步问题。可采用SIMOLINK同步方式解决。 ．
　　（2）修改有关参数可通过人机界面进行，人机界面与PLC的数据传输采用了MPI方式。
　　（3）PLC与变频器和伺服控制器间采用Profibus-DP进行通讯，使得数据传输更迅速准确。
　　（4）细纱机再加上相应的装置和控制环节，可实现集体落纱。也可与自动络筒机相联．实现细络联。为提高自动化水平创造了条件。