拉絲機(jī)速度模型的建立及在PLC中的實(shí)現(xiàn)

丁旭東

摘要：介紹玻纖紗拉絲機(jī)機(jī)頭速度，排線橫移速度模型的建立，以及在PLC程序中的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)建詞：速度模型;PLC;拉絲機(jī)

1? 概述

玻纖拉絲是將池窯里的液態(tài)原料通過白金漏板拉出成不同號(hào)數(shù)的玻璃纖維，為了保證拉出的紗號(hào)數(shù)均勻，在控制中需盡量保證拉絲線速度的恒定。按照拉絲工藝的要求，拉絲的成形基本都為一定高度的圓柱形（或接近于圓柱形），這就必須要求我們拉絲時(shí)的卷繞轉(zhuǎn)速隨著直徑的增加而減小，以實(shí)現(xiàn)恒線速度的卷繞;同理在卷繞過程中，靠著機(jī)頭的排線機(jī)構(gòu)為了保持壓輥與紗團(tuán)的距離，也需要隨著直徑的增加還減小后退速度。在實(shí)際PLC程序的控制中，對(duì)于卷繞速度和橫移后退速度必面建立合理的數(shù)學(xué)模型才能進(jìn)行精確計(jì)算，下面將詳細(xì)介紹這兩個(gè)速度模型的建立。

2? 玻纖拉絲的特點(diǎn)

玻纖拉絲是將池窯中的玻璃液通過漏板拉出成玻璃纖維，他與傳統(tǒng)的紡織化纖拉絲有本質(zhì)上的區(qū)別，他在成絲之前是液態(tài)的原料，在生產(chǎn)開始后，不管拉絲機(jī)有沒有運(yùn)行，液態(tài)的原料都會(huì)從漏板中漏出，我們稱之為漏板流量，這個(gè)流量在漏板溫度調(diào)節(jié)下基本恒定，是玻纖拉絲中的一個(gè)最大特點(diǎn)，同時(shí)也是速度模型建立中的重要參數(shù)。

3? 拉絲機(jī)頭速度模型的建立

如下圖1-1所示，這是一臺(tái)自動(dòng)換筒拉絲機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中的機(jī)頭系統(tǒng)部分是兩個(gè)圓柱形主軸，最后拉出的紗團(tuán)也是一定高度的圓柱形，按照拉絲的工藝要求，機(jī)頭在拉絲時(shí)應(yīng)保持線速度的恒定，由于生產(chǎn)中漏板流量是相同的，通過分析我們可以了解保持拉絲的線速度恒定其實(shí)就是為了保證拉出的紗線粗細(xì)相同，專業(yè)術(shù)語就是TEX號(hào)數(shù)保持相同。這就可以給我們提供解決建立機(jī)頭轉(zhuǎn)速數(shù)學(xué)模型的思路，即單位時(shí)間里漏板流出的重量等于拉絲機(jī)拉出紗的重量，通過計(jì)算機(jī)頭上的紗團(tuán)重量來計(jì)算出實(shí)時(shí)的紗團(tuán)直徑，從而確定實(shí)時(shí)的機(jī)頭轉(zhuǎn)速。

3.1紗團(tuán)結(jié)構(gòu)分析及機(jī)頭轉(zhuǎn)速計(jì)算方程的建立

根據(jù)上面提供的思路，我們只要計(jì)算出每個(gè)時(shí)間點(diǎn)t紗團(tuán)的直徑，就可以換算出這個(gè)時(shí)間點(diǎn)的機(jī)頭轉(zhuǎn)速。如下圖1-2所示，卷繞機(jī)頭的直徑為d，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)t時(shí)的紗團(tuán)外徑為D，此時(shí)可以計(jì)算出：

我們知道W1與W2是相等的，所以有等式：

我們可以求得任何拉絲時(shí)間t時(shí)紗團(tuán)的實(shí)際直徑為：

有了紗團(tuán)的直徑就可以算出此時(shí)的機(jī)頭轉(zhuǎn)速，為了增加精度，計(jì)算時(shí)我們?nèi)時(shí)間的下一秒作為計(jì)算對(duì)象，這時(shí)紗團(tuán)直徑增加量非常小，在計(jì)算中忽略不計(jì)，我們可以得到以下等式：

上面方程2等式的左邊是紗團(tuán)1秒鐘繞起的紗的長度，右邊為漏板1秒種漏下號(hào)數(shù)為Tex大小的紗的長度。再結(jié)合上面的方程1，我們可以求得機(jī)頭轉(zhuǎn)速n與拉絲時(shí)間t的方程式，這個(gè)就是拉絲機(jī)頭轉(zhuǎn)速的數(shù)學(xué)模型：

3.2排線橫移分析及后退速度計(jì)算方程的建立

排線橫移機(jī)構(gòu)是為了保證排線器與紗團(tuán)外層的距離不變，位置結(jié)構(gòu)見圖1-1，它的后退速度實(shí)際就是紗團(tuán)半徑的增加速度。通過分析我們可以發(fā)現(xiàn)，其實(shí)半徑增加速度與轉(zhuǎn)速存在線性關(guān)系，為了簡單在分析時(shí)我們可以假定紗團(tuán)高度即為一根紗的厚度。那么機(jī)頭每轉(zhuǎn)一周紗團(tuán)半徑就增加一根紗的厚度，機(jī)頭速度的快慢完全決定了橫移后退的速度，這樣我們只要計(jì)算出橫移在拉絲開始時(shí)的速度V0就可以按機(jī)頭轉(zhuǎn)速下降曲線計(jì)算出實(shí)時(shí)的橫移后退速度V，同樣在計(jì)算中我們還是假定在開始拉絲的第一秒內(nèi)紗團(tuán)半徑的增加即為橫移啟始速度V0，可以推導(dǎo)出以下方程式3

通過解方程3可以得：V0=由于速度不可能為負(fù)，所以可得橫移的啟始速度應(yīng)為。由此可得橫移速度：

4、速度數(shù)據(jù)模型在PLC中的實(shí)現(xiàn)

由于PLC編程中數(shù)學(xué)公式的限制，我們在進(jìn)行計(jì)算時(shí)可以將公式分解成最小單位的加減乘除，平方開方等進(jìn)行一步步疊加運(yùn)算，將各個(gè)速度的模型用一個(gè)子程序保存，使用時(shí)直接調(diào)用即可，為了更接近實(shí)際工藝，還可以對(duì)速度模型添加調(diào)整系數(shù)。在速度輸出的執(zhí)行機(jī)構(gòu)方面，全部采用PLC直接與伺服通信的方式完成，保證高的精度與可靠性。