主動壓輥精密卷繞在撥叉卷繞機上的應用

郭振興

北京中麗制機工程技術有限公司 北京101111

主動壓輥精密卷繞在撥叉卷繞機上的應用

郭振興

北京中麗制機工程技術有限公司 北京101111

本文主要概述了在撥叉卷繞機上主動壓輥精密卷繞控制系統的構成，主動壓輥對絲餅底層絲的優越性和絲餅卷繞時橫動撥叉的控制方式。

主動壓輥 精密卷繞 卷繞比

1 引言

隨著高速紡絲技術的發展，化纖機械日益向高速化、數字化、精密化方向發展。化纖生產廠家對絲餅的成型和退繞的要求越來越高，為跟上市場的需求，北京中麗制機工程技術有限公司推出了主動壓輥精密卷繞控制系統的撥叉型卷繞機。

此種機型改變了傳統的壓輥驅動方式，由原先的依靠卡頭轉動時卡頭和壓輥之間產生的摩擦力帶動，變為采用單獨電機主動控制。這種控制方式減少了由摩擦力間接帶動導致的壓輥轉速不穩及精度低的問題。在改進了壓輥轉動的驅動方式的基礎上，配合橫動撥叉上使用的卷繞比控制技術，解決了底層絲過尾率低和絲餅出現疊絲退繞困難的關鍵問題，提高了絲餅的優等品率。

2 卷繞機控制系統構成

（1）合信S7-200 CPU328 PLC：采集卷繞機上的各個傳感器信號，進行邏輯運算后輸出控制信號，控制卷繞機的邏輯動作，以及同變頻器和上位機的數據交換和實時數據通訊。

（2）明電舍的DSF2變頻器驅動：對壓輥和兩個卡頭采取閉環速度控制，通過高速傳感器對速度采集運算后，對電機進行轉速控制。由于橫動采用的同步電機，因此采用開環控制，根據設定的紡絲速度和卷繞角度，計算出對應卷繞比，進行對電機的轉速控制。

（3）上位機：對卷繞機運行狀態和相關參數的設定和監控。

2.1 PLC的選擇

S7-200 CPU328 PLC是集動作邏輯控制、變頻器驅動控制以及信號傳輸接口等所需功能為一體的小型可編程控制器。主體標準裝備DI32點，脈沖輸入2電路輸入端子與DO32點的輸出端子，一個模擬量輸出口，以及2條線路的RS-422/485通信端口和1條RS-485自由口。PLC通過執行用梯形圖與文本型語言編寫的程序，對目標設備進行總體控制。

2.2 變頻器的選擇

DSF2變頻器是對壓輥電機、卡頭電機、橫動電機速度控制的核心部分。有四個速度采集端口和一個與PLC通訊的端口。由高速傳感器對電機速度的反饋值和當前紡絲速度的設定值，在變頻器內部運算后，對壓輥和卡頭電機輸出正確的速度值。橫動控制采用卷繞比控制方式，通過卷繞角的設定，計算出卷繞比，卡頭和橫動在一定直徑范圍內，通過調整速度來保證卷繞比恒定。

3 卷繞機控制原理

3.1 卡頭工作原理

由圖1可知，當機器啟動卡盤BH1加速到初始卷繞速度后，疊加一個掛絲超喂（掛絲超喂為紡絲速度的百分比值），開始生頭掛絲。當絲束進入紙管的尾絲槽后，其速度降到卷繞速度，開始正常卷繞。當卷繞時間快到時，卡盤BH2加速到卷繞超喂速度。這時，BH1也在卷繞速度的基礎上疊加一個滿筒超喂，當二者的線速度相同時，兩卡盤進行換筒切換。切換到上面的BH2逐步恢復到紡絲速度，進入下一個卷繞周期，BH1開始減速停車[1]。

圖1 卡頭轉動控制曲線圖

3.2 橫動工作原理

上述方法對于絲餅的成型不是很理想，容易造成絲餅在后序退繞時出現斷頭，退繞不干凈等問題。而且在出現疊絲時還會引起機器震動，影響機器使用壽命。

通過對卷繞控制技術加以改進，采用精密的卷繞控制技術使橫動的速度隨著卡頭的轉速變化而變化，保證卷繞比WN（其計算公式為：WN=BH÷TR）值不變。其工作原理就是通過高速測速傳感器，測出卡頭的實時轉速，絲餅線速度值不變，變頻器計算出卡頭轉速的變化曲線。如圖2所示，橫動速度在一個卷繞比區間內，按相同的比例值降低速度，從而保證卷繞比WH保持不變，當橫動速度降到最低后跳到下一個卷繞比。使絲束在絲餅上有規律的排布，避免了疊絲、斷頭等問題。

圖2 橫動控制曲線圖

圖3 壓輥控制曲線圖

3.3 壓輥工作原理

底層絲質量是影響產品品質的重要因素。這是由于以前壓輥是靠卡頭的摩擦力傳動，而改變摩擦力大小的方法就是增加壓輥與卡頭的接觸壓力。壓輥和卡頭接觸壓力過大或過小，都會對絲束成型有影響。

主動摩擦輥就很好的解決了這一問題。通過對壓輥電機的閉環控制，使壓輥速度與卡頭速度相匹配，減少他們之間的摩擦力，使底層絲減少損傷，從而減少毛絲和斷頭的概率。

在卡頭切換且開始紡絲后，如果壓輥在紙管繞上絲之前接觸，壓輥和紙管有可能損傷，因此在接觸之前有一個短暫的延時，以保護壓輥和紙管。

4 主動壓輥精密卷繞技術特點

（1）操作簡單，用戶只需設定紡絲速度、生產時間、泵供量等直接工藝參數即可。

（2） 橫 動采用卷 繞 比[WN=BH(rpm)÷TR(rpm)=C]的 控 制 方式。并具有智能操作模式，在用戶給出諸如卷繞速度、動程、各直徑段卷徑角等工藝參數后，系統自動計算出各個階段卷繞比，以達到絲餅的良好成形及解舒性。

（3）由于使用精密卷繞，使絲束按照卷繞比的計算排布很均勻規范，減少疊絲的概率，從而減少機械振動的問題。

（4）壓輥的速度可調控，根據工藝要求可以滿足壓輥與卡頭的速度差。

（5）壓輥與卡頭之間不需要像被動壓輥一樣的很大接觸壓力，能更好的控制絲餅的成型。

5 社會效益

主動壓輥精密卷繞控制系統，適應了新型的全自動高速卷繞機的技術發展方向，其具有結構簡單、節能穩定的特點和較高的技術含量，降低客戶的升級改造成本，以及后續維護成本和生產成本，提高了生產效率和產品質量，保障了市場對產品品質的更高要求。在化纖市場從要求產量到要求質量的大背景下，保障了客戶產品在質量上的競爭力，得到了客戶的認可。

[1]魏建.化纖長絲緊密精密卷繞的控制技術[J].中國紡織大學學報,1998,24(1):30-33.