李宏松，陳祖英，鄒太迎

數(shù)字化毛紡集聚紡集體落紗細紗機電氣控制系統(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紗機上的運用設計與應用，該設計使用可編程計算機PCC（Programmable Computer Controller以下簡稱：PCC）控制器控制，同時配置10.2英寸觸摸屏進行系統(tǒng)監(jiān)控、系統(tǒng)操作及數(shù)據(jù)監(jiān)控。全機采用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，從而實現(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；毛紡細紗機；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紗機是最主要關鍵的設備，我國傳統(tǒng)的紡織行業(yè)是勞動密集型行業(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)化設備性能；提高設備高端化、智能化、數(shù)控化、柔性化，從而實現(xiàn)高速、節(jié)能、環(huán)保的效果。因此，紡織機械的升級換代迫在眉睫。

當今的紡織企業(yè)正處于由傳統(tǒng)的勞動密集型向高效、自動、連續(xù)、智能的現(xiàn)代化紡織企業(yè)轉變；紡織設備的工業(yè)化革命已經(jīng)到來；數(shù)字化總線通訊控制技術在毛紡細紗機上運用將大幅度提高毛紡細紗機的自動化、數(shù)字化、智能化。控制系統(tǒng)使用可編程計算機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以下簡稱：PLC）解決不了的技術難題，從而生產(chǎn)管理過程中提出的技術難題、技術缺陷都可以很好的解決。為我國紡機設備快速向智能化、數(shù)字化、機電一體化提供了方向，與國家工信部、中國工程院共同制定《數(shù)控一代設備創(chuàng)新工程行動計劃》不謀而合。

1 數(shù)字毛紡細紗機控制系統(tǒng)概述

同和TH588JL系列毛紡細紗機整個控制系統(tǒng)選用可編程計算機控制器（PCC）控制整機的紡紗及自動落紗過程。系統(tǒng)有電子凸輪協(xié)同升降，鋼領板位置停車斷電記憶、停車手動改變鋼領板位置再次開車自動尋找停車位置功能；高位始紡協(xié)同起紗降板（主機啟動鋼領板延時下降，時間觸摸屏可調(diào)）功能；中途落紗、定長落紗、定高落紗功能；集落啟動前巡回清潔器安全位停車功能；落紗后集體落紗選擇自動啟動功能；集體落紗后選擇自動開啟主機紡紗功能；集體落紗后選擇自動走管功能；可以根據(jù)客戶需要隨時修改錠子的速度，十段速度曲線自動運行。

機器運行數(shù)據(jù)（錠速、羅拉速度、捻度、牽伸倍數(shù)、機器效率等）實時顯示；配備自動換班、手動換班功能；系統(tǒng)各執(zhí)行元件獨立調(diào)試功能；系統(tǒng)報警提示及系統(tǒng)監(jiān)控功能；PCC系統(tǒng)模塊自診斷實時提示功能；集落位置數(shù)據(jù)設定及修改功能；用戶權限密碼設定及修改功能；

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

2 、電氣控制系統(tǒng)設計簡介

2.1 控制框圖[1][2][3]

2.2 主機傳動部分

主軸變頻驅動及電機、主軸制動器、前羅拉和中后羅拉伺服及驅動系統(tǒng)、吸毛風機、集聚紡負壓變頻驅動及電機、自動清花電機、定時加油潤滑總成、巡回清潔裝置、鋼領板升降伺服系統(tǒng)、低壓保護開關、繼電器及接觸器。

2.3 集體落紗部分

升降伺服驅動及電機、擺動氣缸、鋼帶輸送變頻驅動及電機、導紗板翻轉氣缸、滿紗管輸送電機、自動理管箱筒管提升電機、低壓保護開關、繼電器及接觸器。

2.4 信號檢測與保護部分

2.4.1 主軸、前羅拉、后羅拉測速傳感器

2.4.2 鋼領板最低位置、最高位置保護傳感器

2.4.3 集落升降電機最低位置、最高位置保護傳感器及零位檢測傳感器

2.4.4 拔紗檢測與保護光電開關

2.4.5 各氣缸位置檢測傳感器

2.4.6 送管計數(shù)與檢測光電開關

2.4.7 負壓檢測開關

2.4.8 清潔器安全位置檢測傳感器

2.5 可編程計算機控制器（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，實現(xiàn)紡紗自動化、全過程信號檢測與運行協(xié)調(diào)控制，實時數(shù)據(jù)處理、運算、本機監(jiān)控、上位機現(xiàn)場總線網(wǎng)絡傳輸機器狀態(tài)；實現(xiàn)所有機臺中央控制室、手機客戶終端：集中監(jiān)控、集中生產(chǎn)管理，智能化遠程維護、監(jiān)控、診斷功能。

2.6 人機界面

人機界面與可編程計算機控制器（PCC）實現(xiàn)通訊可設定機器功能配置（圖1）、運行參數(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、人機界面組成圖。CAN接口與集落伺服通訊通過人機界面設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接口與主機變頻通訊通過人機界面設定主機錠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人機界面設定牽伸倍數(shù)等紡紗工藝參數(shù)在觸摸屏上設置，無需調(diào)換齒輪，方便快捷，變換工藝時只需設置粗紗定重（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），其余在電腦中已進行了最優(yōu)化設計，紡織工藝成為“一分鐘”工藝。

圖4

圖5

2.8 編程指令

整個系統(tǒng)使用貝加萊Autoumation studi軟件對系統(tǒng)進行機架配置、通訊配置和編程用高級匯編語言（C語言）編制（圖6）。

圖6

2.9 系統(tǒng)特點

2.9.1 控制系統(tǒng)由模塊化構建如下圖可集分析運算、驅動控制、人機界面及總線于一體。[2]

圖7

2.9.2 驅動系統(tǒng)

由8V10…系列伺服驅動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定位。

2.9.3 直流共母線技術

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

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IP地址等等；人機界面輸入?yún)?shù)即可。

2.9.5 總線技術

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

2.9.6 穿墻式（分體式）安裝

主機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紗機使用數(shù)字化通訊技術，使得系統(tǒng)具有極快的響應速度、精確的同步、精密的控制保證了高品質毛紗的質量，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)運營管理成本，大大的提高了生產(chǎn)效率。毛紡細紗機的傳動控制裝置獲國家發(fā)明專利（專利號：201210193368.5）。因而紡紗產(chǎn)量高，質量好，與國內(nèi)同類細紗機同工藝紡紗對比，錠速可提高500-800r/min，紡紗產(chǎn)量、質量均有提高，深受用戶歡迎。

經(jīng)多家毛紡用戶使用實踐證明數(shù)字化毛紡細紗機紡紗支數(shù)、捻度等工藝指標均優(yōu)于機械式細紗機。由于單電機分別傳動，傳動效率、牽伸效率均高于機械式細紗機，牽伸比、捻度比恒定，牽伸、捻度可以實現(xiàn)大范圍的無級精細變換，機械式細紗機是無法達到的，因而也實現(xiàn)了節(jié)能降耗。經(jīng)常州三毛同品種、同工藝紡紗對比試驗測定:新機比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紗機先后在常州三毛集團、浙江中鼎紡織有限公司、蘭州三毛集團等毛紡精紡用戶、半精紡用戶使用，并與用戶設備進行了同工藝同品種對比試驗與紗線測試，測試數(shù)據(jù)詳見表1-4，從測試數(shù)據(jù)可以看出，新機TH588J在成紗CV%、細節(jié)、粗節(jié)、毛粒、毛羽、強力等技術指標都有明顯提高。

表1.TH588J與EJ519對比試驗報告（常州三毛）[4]

數(shù)字化毛紡集聚紡細紗機2012年6月參加上海國際紡機展覽會，受到國內(nèi)外毛紡織企業(yè)的高度關注。TH588JL毛紡集聚紡集體落紗細紗機國內(nèi)外主要知名客戶如下：

序號1 2 3 4 5 6單位名稱常州三毛紡織集團公司浙江中鼎紡織有限公司機型TH588J毛紡集聚紡TH588BJ半精紡蘭州三毛集團公司泰州金寶來集團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)品精紡機織紗半精紡羊毛羊絨針織紗精紡機織紗精紡賽絡紡氨綸包芯紗精紡針織紗（仿羊絨）精紡機織紗半精紡、羊絨針織紗

4 結束語

TH588JL數(shù)字化毛紡集聚紡細紗機的研制成功與全面成功推向市場，標志著我國毛紡新一代高端、智能化、柔性化、數(shù)字化毛紡集聚紡集體落紗細紗機進入了一個新的領域；數(shù)字化毛紡集聚紡集體落紗細紗機的研制成功，填補了國內(nèi)空白，達到國際先進水平。將為我國毛紡行業(yè)提高紗線及織物質量，取得更好的經(jīng)濟效益作出新貢獻，為毛紡行業(yè)提供了新的智能、高速、節(jié)能、環(huán)保設備，減少用工人數(shù)，減輕工人勞動強度，為我國毛紡機更新?lián)Q代和技術改造創(chuàng)造了條件，可以替代進口，節(jié)約外匯，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1]阮毅，陳伯時.運動控制系統(tǒng)[M].北京：工業(yè)出版社，2010.

[2]貝加萊產(chǎn)品手冊.2012.

[3]路斯特模塊使用手冊.2012.

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

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。研究方向為紡織機械工程。

陳祖英（1947-），男，高級工程師。研究方向為紡織機械工程。E-mail：zuying.chen@163.com。