數(shù)字化毛紡集聚紡集體落紗細(xì)紗機(jī)電氣控制系統(tǒng)淺析

李宏松，陳祖英，鄒太迎

數(shù)字化毛紡集聚紡集體落紗細(xì)紗機(jī)電氣控制系統(tǒng)淺析

李宏松，陳祖英，鄒太迎

（常州同和紡織機(jī)械制造有限公司， 江蘇常州 213025）

介紹了數(shù)字化電氣控制系統(tǒng)在毛紡集聚紡集體落紗細(xì)紗機(jī)上的運(yùn)用設(shè)計(jì)與應(yīng)用，該設(shè)計(jì)使用可編程計(jì)算機(jī)PCC（Programmable Computer Controller以下簡(jiǎn)稱：PCC）控制器控制，同時(shí)配置10.2英寸觸摸屏進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控、系統(tǒng)操作及數(shù)據(jù)監(jiān)控。全機(jī)采用CAN總線通訊和以太網(wǎng)集體監(jiān)控方式控制紡紗和落紗聯(lián)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)速度提高、用工量減少、生產(chǎn)成本降低。

數(shù)字化；集聚紡；毛紡細(xì)紗機(jī)；電子牽伸；電子升降；觸摸屏；集體落紗；效果

0 前言

毛紡紡紗工序中毛紡細(xì)紗機(jī)是最主要關(guān)鍵的設(shè)備，我國(guó)傳統(tǒng)的紡織行業(yè)是勞動(dòng)密集型行業(yè)，正面臨著招工困難，用工成本節(jié)節(jié)攀升的困境。提出了節(jié)能增效、降低用工成本、優(yōu)化設(shè)備性能；提高設(shè)備高端化、智能化、數(shù)控化、柔性化，從而實(shí)現(xiàn)高速、節(jié)能、環(huán)保的效果。因此，紡織機(jī)械的升級(jí)換代迫在眉睫。

當(dāng)今的紡織企業(yè)正處于由傳統(tǒng)的勞動(dòng)密集型向高效、自動(dòng)、連續(xù)、智能的現(xiàn)代化紡織企業(yè)轉(zhuǎn)變；紡織設(shè)備的工業(yè)化革命已經(jīng)到來(lái)；數(shù)字化總線通訊控制技術(shù)在毛紡細(xì)紗機(jī)上運(yùn)用將大幅度提高毛紡細(xì)紗機(jī)的自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化。控制系統(tǒng)使用可編程計(jì)算機(jī)PCC控制器控制，不但提高了控制精度，還解決了小型可編程序控制器（Programmable Logic Controller以下簡(jiǎn)稱：PLC）解決不了的技術(shù)難題，從而生產(chǎn)管理過(guò)程中提出的技術(shù)難題、技術(shù)缺陷都可以很好的解決。為我國(guó)紡機(jī)設(shè)備快速向智能化、數(shù)字化、機(jī)電一體化提供了方向，與國(guó)家工信部、中國(guó)工程院共同制定《數(shù)控一代設(shè)備創(chuàng)新工程行動(dòng)計(jì)劃》不謀而合。

1 數(shù)字毛紡細(xì)紗機(jī)控制系統(tǒng)概述

同和TH588JL系列毛紡細(xì)紗機(jī)整個(gè)控制系統(tǒng)選用可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC）控制整機(jī)的紡紗及自動(dòng)落紗過(guò)程。系統(tǒng)有電子凸輪協(xié)同升降，鋼領(lǐng)板位置停車斷電記憶、停車手動(dòng)改變鋼領(lǐng)板位置再次開車自動(dòng)尋找停車位置功能；高位始紡協(xié)同起紗降板（主機(jī)啟動(dòng)鋼領(lǐng)板延時(shí)下降，時(shí)間觸摸屏可調(diào)）功能；中途落紗、定長(zhǎng)落紗、定高落紗功能；集落啟動(dòng)前巡回清潔器安全位停車功能；落紗后集體落紗選擇自動(dòng)啟動(dòng)功能；集體落紗后選擇自動(dòng)開啟主機(jī)紡紗功能；集體落紗后選擇自動(dòng)走管功能；可以根據(jù)客戶需要隨時(shí)修改錠子的速度，十段速度曲線自動(dòng)運(yùn)行。

機(jī)器運(yùn)行數(shù)據(jù)（錠速、羅拉速度、捻度、牽伸倍數(shù)、機(jī)器效率等）實(shí)時(shí)顯示；配備自動(dòng)換班、手動(dòng)換班功能；系統(tǒng)各執(zhí)行元件獨(dú)立調(diào)試功能；系統(tǒng)報(bào)警提示及系統(tǒng)監(jiān)控功能；PCC系統(tǒng)模塊自診斷實(shí)時(shí)提示功能；集落位置數(shù)據(jù)設(shè)定及修改功能；用戶權(quán)限密碼設(shè)定及修改功能；

運(yùn)用數(shù)字化CAN總線提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠。

2 、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

2.1 控制框圖[1][2][3]

2.2 主機(jī)傳動(dòng)部分

主軸變頻驅(qū)動(dòng)及電機(jī)、主軸制動(dòng)器、前羅拉和中后羅拉伺服及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、吸毛風(fēng)機(jī)、集聚紡負(fù)壓變頻驅(qū)動(dòng)及電機(jī)、自動(dòng)清花電機(jī)、定時(shí)加油潤(rùn)滑總成、巡回清潔裝置、鋼領(lǐng)板升降伺服系統(tǒng)、低壓保護(hù)開關(guān)、繼電器及接觸器。

2.3 集體落紗部分

升降伺服驅(qū)動(dòng)及電機(jī)、擺動(dòng)氣缸、鋼帶輸送變頻驅(qū)動(dòng)及電機(jī)、導(dǎo)紗板翻轉(zhuǎn)氣缸、滿紗管輸送電機(jī)、自動(dòng)理管箱筒管提升電機(jī)、低壓保護(hù)開關(guān)、繼電器及接觸器。

2.4 信號(hào)檢測(cè)與保護(hù)部分

2.4.1 主軸、前羅拉、后羅拉測(cè)速傳感器

2.4.2 鋼領(lǐng)板最低位置、最高位置保護(hù)傳感器

2.4.3 集落升降電機(jī)最低位置、最高位置保護(hù)傳感器及零位檢測(cè)傳感器

2.4.4 拔紗檢測(cè)與保護(hù)光電開關(guān)

2.4.5 各氣缸位置檢測(cè)傳感器

2.4.6 送管計(jì)數(shù)與檢測(cè)光電開關(guān)

2.4.7 負(fù)壓檢測(cè)開關(guān)

2.4.8 清潔器安全位置檢測(cè)傳感器

2.5 可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC）[2]

該部分由CPU模塊、CAN通訊模塊、電源模塊、輸入輸出模塊組成，實(shí)現(xiàn)紡紗自動(dòng)化、全過(guò)程信號(hào)檢測(cè)與運(yùn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算、本機(jī)監(jiān)控、上位機(jī)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)傳輸機(jī)器狀態(tài)；實(shí)現(xiàn)所有機(jī)臺(tái)中央控制室、手機(jī)客戶終端：集中監(jiān)控、集中生產(chǎn)管理，智能化遠(yuǎn)程維護(hù)、監(jiān)控、診斷功能。

2.6 人機(jī)界面

人機(jī)界面與可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC）實(shí)現(xiàn)通訊可設(shè)定機(jī)器功能配置（圖1）、運(yùn)行參數(shù)、工藝參數(shù)（圖2、3）等。

圖1

圖2

圖3

2.7 通訊部分

整個(gè)通訊部分由PCC通訊接口、CAN通訊接口、伺服與變頻模塊接口、人機(jī)界面組成圖。CAN接口與集落伺服通訊通過(guò)人機(jī)界面設(shè)定集落伺服行走位置（圖4）控制精度高、調(diào)試調(diào)整方便；CAN接口與主機(jī)變頻通訊通過(guò)人機(jī)界面設(shè)定主機(jī)錠10段錠速曲線控制（圖5）；CAN接口與前、中后羅拉伺服通訊通過(guò)人機(jī)界面設(shè)定牽伸倍數(shù)等紡紗工藝參數(shù)在觸摸屏上設(shè)置，無(wú)需調(diào)換齒輪，方便快捷，變換工藝時(shí)只需設(shè)置粗紗定重（g/m）、牽伸倍數(shù)、捻度（t/ m）、紡紗支數(shù)（Nm）、紡紗速度（10段變頻調(diào)速L（m），r/min），其余在電腦中已進(jìn)行了最優(yōu)化設(shè)計(jì)，紡織工藝成為“一分鐘”工藝。

圖4

圖5

2.8 編程指令

整個(gè)系統(tǒng)使用貝加萊Autoumation studi軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)架配置、通訊配置和編程用高級(jí)匯編語(yǔ)言（C語(yǔ)言）編制（圖6）。

圖6

2.9 系統(tǒng)特點(diǎn)

2.9.1 控制系統(tǒng)由模塊化構(gòu)建如下圖可集分析運(yùn)算、驅(qū)動(dòng)控制、人機(jī)界面及總線于一體。[2]

圖7

2.9.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

由8V10…系列伺服驅(qū)動(dòng)器組成集成電子升降、電子牽伸、速度曲線、位置控制功能做到精準(zhǔn)定位。

2.9.3 直流共母線技術(shù)

由主機(jī)變頻穩(wěn)壓運(yùn)行提供直流800V電源，不隨輸入電壓變化而波動(dòng)；系統(tǒng)功率因素接近1，系統(tǒng)對(duì)外呈純阻性，無(wú)諧波干擾。制動(dòng)能量回饋電網(wǎng)技術(shù)，直流母線電壓閉環(huán)控制各電機(jī)制動(dòng)能量可以回饋電網(wǎng)，無(wú)需外接制動(dòng)電阻。

2.9.4 功能模塊

可在系統(tǒng)中匯編功能模塊集成電子凸輪、主軸與羅拉三軸同步、集落位置控制、本機(jī)IP地址等等；人機(jī)界面輸入?yún)?shù)即可。

2.9.5 總線技術(shù)

Powerlink 100M速率的以太網(wǎng)總線，各種同步功能在總線上實(shí)現(xiàn)節(jié)約大量連接線與同步卡，同時(shí)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)互傳實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。

2.9.6 穿墻式（分體式）安裝

主機(jī)變頻采用穿墻安裝較好的解決電氣控制柜散熱難題。

3 使用效果

全數(shù)字毛紡集聚紡集體落紗細(xì)紗機(jī)使用數(shù)字化通訊技術(shù)，使得系統(tǒng)具有極快的響應(yīng)速度、精確的同步、精密的控制保證了高品質(zhì)毛紗的質(zhì)量，系統(tǒng)抗干擾性、可靠性、節(jié)能性大幅提高。降低企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理成本，大大的提高了生產(chǎn)效率。毛紡細(xì)紗機(jī)的傳動(dòng)控制裝置獲國(guó)家發(fā)明專利（專利號(hào)：201210193368.5）。因而紡紗產(chǎn)量高，質(zhì)量好，與國(guó)內(nèi)同類細(xì)紗機(jī)同工藝紡紗對(duì)比，錠速可提高500-800r/min，紡紗產(chǎn)量、質(zhì)量均有提高，深受用戶歡迎。

經(jīng)多家毛紡用戶使用實(shí)踐證明數(shù)字化毛紡細(xì)紗機(jī)紡紗支數(shù)、捻度等工藝指標(biāo)均優(yōu)于機(jī)械式細(xì)紗機(jī)。由于單電機(jī)分別傳動(dòng)，傳動(dòng)效率、牽伸效率均高于機(jī)械式細(xì)紗機(jī)，牽伸比、捻度比恒定，牽伸、捻度可以實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)精細(xì)變換，機(jī)械式細(xì)紗機(jī)是無(wú)法達(dá)到的，因而也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。經(jīng)常州三毛同品種、同工藝紡紗對(duì)比試驗(yàn)測(cè)定:新機(jī)比B583、EJ519節(jié)能5-8%，噪音降低。

“數(shù)字化毛紡集聚紡集體落紗細(xì)紗機(jī)先后在常州三毛集團(tuán)、浙江中鼎紡織有限公司、蘭州三毛集團(tuán)等毛紡精紡用戶、半精紡用戶使用，并與用戶設(shè)備進(jìn)行了同工藝同品種對(duì)比試驗(yàn)與紗線測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)詳見表1-4，從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，新機(jī)TH588J在成紗CV%、細(xì)節(jié)、粗節(jié)、毛粒、毛羽、強(qiáng)力等技術(shù)指標(biāo)都有明顯提高。

表1.TH588J與EJ519對(duì)比試驗(yàn)報(bào)告（常州三毛）[4]

數(shù)字化毛紡集聚紡細(xì)紗機(jī)2012年6月參加上海國(guó)際紡機(jī)展覽會(huì)，受到國(guó)內(nèi)外毛紡織企業(yè)的高度關(guān)注。TH588JL毛紡集聚紡集體落紗細(xì)紗機(jī)國(guó)內(nèi)外主要知名客戶如下：

序號(hào)1 2 3 4 5 6單位名稱常州三毛紡織集團(tuán)公司浙江中鼎紡織有限公司機(jī)型TH588J毛紡集聚紡TH588BJ半精紡蘭州三毛集團(tuán)公司泰州金寶來(lái)集團(tuán)公司秘魯利馬紡織公司山東德信羊絨科技限公司TH588JL毛紡集聚紡TH588S精紡TH588JL精紡TH588JL精紡TH588BJ半精紡產(chǎn)品精紡機(jī)織紗半精紡羊毛羊絨針織紗精紡機(jī)織紗精紡賽絡(luò)紡氨綸包芯紗精紡針織紗（仿羊絨）精紡機(jī)織紗半精紡、羊絨針織紗

4 結(jié)束語(yǔ)

TH588JL數(shù)字化毛紡集聚紡細(xì)紗機(jī)的研制成功與全面成功推向市場(chǎng)，標(biāo)志著我國(guó)毛紡新一代高端、智能化、柔性化、數(shù)字化毛紡集聚紡集體落紗細(xì)紗機(jī)進(jìn)入了一個(gè)新的領(lǐng)域；數(shù)字化毛紡集聚紡集體落紗細(xì)紗機(jī)的研制成功，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。將為我國(guó)毛紡行業(yè)提高紗線及織物質(zhì)量，取得更好的經(jīng)濟(jì)效益作出新貢獻(xiàn)，為毛紡行業(yè)提供了新的智能、高速、節(jié)能、環(huán)保設(shè)備，減少用工人數(shù)，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，為我國(guó)毛紡機(jī)更新?lián)Q代和技術(shù)改造創(chuàng)造了條件，可以替代進(jìn)口，節(jié)約外匯，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]阮毅，陳伯時(shí).運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京：工業(yè)出版社，2010.

[2]貝加萊產(chǎn)品手冊(cè).2012.

[3]路斯特模塊使用手冊(cè).2012.

[4]陳祖英.“數(shù)控一代”毛紡集聚紡細(xì)紗機(jī)淺析.江蘇省紡織工程協(xié)會(huì)“牛牌杯”2014江蘇紡織學(xué)術(shù)論文集.

Analysis on Electrical Control System of Dividing Spinning Frame of Digital Woolen Polyester

LI Hong-song , CHEN Zu-ying , ZOU Tai-ying
(TONGHE TEXTILE MACHINERY MANUFACTURE CO., LTD.，Jiangsu Changzhou 213025,China)

Introducing the design and application of Digital electrical control system for wool compact auto doffing spinning frame, this adopts Programmable Computer controller hereinafter referred to as: PCC) to control, meanwhile, equip with a 10.2 -inch touch screen for system and data monitoring, and system operation. The whole machine adopts CAN bus communication and Ethernet collective monitoring way to control spinning and doffing linkage, so as to realize the increase of production speed, decrease of labor, lower production cost.

digitizing; gather spinning; wool spinning frame; electronic drawing; electronic lifting; touch screen; collective doffing; effect

TS103.229

B

投稿日期：2017-04-07

李宏松（1973-），男，助理工程師。研究方向?yàn)榧徔棛C(jī)械工程。

陳祖英（1947-），男，高級(jí)工程師。研究方向?yàn)榧徔棛C(jī)械工程。E-mail：zuying.chen@163.com。