一種自動穿經(jīng)機(jī)電控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

任保勝 孫連雨 侯兆沖

山東日發(fā)紡織機(jī)械有限公司(中國)

與織造相關(guān)的上下游工序中，穿經(jīng)工序占用人工較多。隨著勞動力成本的增加及穿經(jīng)工序要求的不斷提高，“機(jī)器換人”大勢所趨。采用自動穿經(jīng)機(jī)甚至智能機(jī)器替代人工，對降低勞動成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量，改善紡織工人勞動條件，適應(yīng)不斷增長的市場需求等方面具有重要意義[1-2]。

目前，市場上自動穿經(jīng)機(jī)的主要品牌為瑞士的史陶比爾，其次是日本的藤堂，不僅售價高，而且維護(hù)成本也高。開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、高性價比的、運行可靠的自動穿經(jīng)機(jī)勢在必行。功能強(qiáng)大的電控系統(tǒng)是自動穿經(jīng)機(jī)順利完成復(fù)雜穿經(jīng)工序的關(guān)鍵。本文設(shè)計開發(fā)的自動穿經(jīng)機(jī)電控系統(tǒng)具有可選功能配置，可系列化延續(xù)擴(kuò)展，實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用化及系列化。生產(chǎn)實踐表明，配備該電控系統(tǒng)的自動穿經(jīng)機(jī)的工作效率是人工穿經(jīng)效率的數(shù)倍。

1 自動穿經(jīng)機(jī)結(jié)構(gòu)

自動穿經(jīng)是種紗從紗筒上以一定的張力被拉出，通過一系列引紗、掛紗動作持續(xù)地被懸掛至紗架上。經(jīng)停片及綜絲在設(shè)備上有專用的儲存庫，通過氣缸機(jī)構(gòu)精巧地分離出單片的經(jīng)停片及綜絲，并輸送至待穿綜位置。插筘刀在鋼筘上依次被插入并撐開筘齒，穿經(jīng)鉤一次往復(fù)動作將種紗穿過經(jīng)停片、綜絲和鋼筘[3]。同時，經(jīng)停片及綜絲按照上機(jī)組織圖的要求推至相應(yīng)行列。當(dāng)所有的經(jīng)紗都穿好后，卸載穿經(jīng)綜框，經(jīng)停片及鋼筘等由穿經(jīng)活動小車轉(zhuǎn)移至下一工序。圖1所示為穿經(jīng)原理示意圖，穿經(jīng)過程中，種紗、經(jīng)停片孔、綜絲綜眼、鋼筘筘齒必須在同一條水平直線上，才能確保穿經(jīng)鉤順利穿經(jīng)。

圖1 穿經(jīng)原理示意圖

為順利完成上述工序，自動穿經(jīng)機(jī)需配備高精度定位傳動系統(tǒng)、光電檢測傳感器。自動穿經(jīng)機(jī)結(jié)構(gòu)主要由種紗部件、穿經(jīng)部件、經(jīng)停片部件、綜絲部件、鋼筘部件及控制器等組成，上述部件按照編訂的程序相互配合完成穿經(jīng)。圖2為穿經(jīng)機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)圖，穿經(jīng)機(jī)各部分結(jié)構(gòu)名稱如圖2所示。

圖2 穿經(jīng)機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2 自動穿經(jīng)機(jī)電控硬件架構(gòu)

本文設(shè)計的自動穿經(jīng)機(jī)電控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)包括邏輯控制器(PLC)、I/O驅(qū)動、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、傳感器、氣路系統(tǒng)、觸摸屏、相機(jī)系統(tǒng)等組成部分。PLC控制13個電機(jī)，電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，采用脈沖控制或通訊協(xié)議。PLC通過總線協(xié)議的方式控制多個伺服電機(jī)，且PLC內(nèi)置Ethernet端口，方便與計算機(jī)連接。

針對不同部件，采用了接近開關(guān)、磁性開關(guān)、光纖傳感器等多種不同類型的傳感器。相機(jī)系統(tǒng)主要用于筘刀穿筘時的位置檢測。穿經(jīng)指令通過人機(jī)交互觸摸屏輸入，整個穿經(jīng)過程的各工作階段都可在觸摸屏上同步顯示，操作界面采用上位機(jī)軟件編寫完成。

相機(jī)系統(tǒng)采用總線控制方式，提高了圖像處理速度，實現(xiàn)了鋼筘筘縫的精確測量，確保了穿經(jīng)通過鋼筘時重筘空筘等出錯率為0的控制目標(biāo)[4]。

伺服電機(jī)具有高速回轉(zhuǎn)或往復(fù)運動的能力，每分鐘往復(fù)次數(shù)大于200，支持Mechatrolink協(xié)議，具有高響應(yīng)速度與高精度的特點。自動穿經(jīng)機(jī)電控硬件示意圖如圖3所示。

圖3 自動穿經(jīng)機(jī)電控硬件示意圖

3 控制邏輯參數(shù)設(shè)計

本文設(shè)計的自動穿經(jīng)機(jī)采用筒紗引紗模式，主要設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 主要設(shè)計參數(shù)表

設(shè)備正常運行情況下，實測自制自動穿經(jīng)機(jī)的穿經(jīng)效率約為40 000根/(臺·8 h)，而人工穿經(jīng)效率為6 000～8 000根/(人·8 h)。自制自動穿經(jīng)機(jī)工作效率約為5～7名工人的總工作效率。針對復(fù)雜的穿經(jīng)工藝，如雙穿工藝(一根綜絲綜眼穿2根紗線)，自制自動穿經(jīng)機(jī)工作效率高，容錯率低，優(yōu)勢更加明顯。

圖4為自動穿經(jīng)機(jī)工作序列圖。筒紗通過種紗模組的供給電機(jī)上紗，由分絞機(jī)構(gòu)將紗線進(jìn)行分絞整理。經(jīng)停片模組將經(jīng)停片切出移送至經(jīng)停片轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)，而后移動至穿經(jīng)位置處。綜絲模組通過綜絲移送機(jī)構(gòu)將綜絲送至穿經(jīng)位置。鋼筘機(jī)構(gòu)將鋼筘移動至筘刀插入位置，筘刀驅(qū)動機(jī)構(gòu)將筘刀插入鋼筘對應(yīng)的筘縫中。完成上述動作后，劍帶機(jī)構(gòu)驅(qū)動穿經(jīng)鉤引導(dǎo)紗線依次穿過經(jīng)停片、綜絲、鋼筘，各部分完成穿經(jīng)后的收尾工作：經(jīng)停片排出、綜絲排出、鋼筘移動一筘等動作，恢復(fù)到下次引紗的準(zhǔn)備位置，一次引紗工作循環(huán)完成[5]。

圖4 自動穿經(jīng)機(jī)工作序列圖

自動穿經(jīng)機(jī)一次循環(huán)流程圖如圖5所示。在第一次開機(jī)時，需要進(jìn)行必要的參數(shù)設(shè)置，如穿經(jīng)工藝設(shè)定、班次設(shè)定等。開機(jī)運行前，設(shè)備自動檢測各部分動作是否在起始位置，只有在滿足開機(jī)條件下，才能進(jìn)行設(shè)備的進(jìn)一步操作。

圖5 自動穿經(jīng)機(jī)一次循環(huán)流程圖

4 結(jié)語

為滿足穿經(jīng)工藝需求，高效完成穿經(jīng)動作，本文設(shè)計開發(fā)了自動穿經(jīng)機(jī)電控系統(tǒng)，生產(chǎn)實踐表明其運行效果良好。該系統(tǒng)運行之初，存在包括上綜絲異常、上經(jīng)停片異常、斷紗等情況，但通過調(diào)整程序邏輯使各動作配合時序更合理、運用電機(jī)動作柔性控制技術(shù)、關(guān)鍵件選用耐磨材料及提高加工精度等措施，該自動穿經(jīng)機(jī)電控系統(tǒng)的可靠性及穩(wěn)定性得到了極大提升。