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    作者簡介：陳宗雨，男，博士，現(xiàn)任美國邦納控制器和HMI產(chǎn)品經(jīng)理，擁有紡織領(lǐng)域豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。

    摘要：紡織機(jī)械種類多，大量采用PLC等控制器類產(chǎn)品。邦納SHP一體式控制器集成了PLC、HMI、網(wǎng)絡(luò)和I/O的功能，非常適合在紡織機(jī)械上使用。本文涉及的細(xì)紗機(jī)控制系統(tǒng)，就是SHP非常典型的應(yīng)用。

    關(guān)鍵字： 邦納； SHP； 細(xì)紗機(jī)； 紡織

    隨著經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的快速發(fā)展，中國已經(jīng)成為全球的中心。小型PLC在制造業(yè)，尤其是OEM制造業(yè)中，成為大部分控制系統(tǒng)的核心，OEM廠商因此越來越關(guān)注PLC的性能和價(jià)格。美國邦納公司2009年成功發(fā)布了SHP系列小型PLC家族的新成員—SHP一體式控制器，憑借簡單、經(jīng)濟(jì)和高效三大理念，吸引住眾多OEM制造商的目光，以下以紡織機(jī)械行業(yè)為例介紹邦納SHP一體式控制器在紡機(jī)上的應(yīng)用。

    1 項(xiàng)目背景

    紡織生產(chǎn)是從紡織原料加工到生產(chǎn)出高質(zhì)量紡織產(chǎn)品的復(fù)雜過程，應(yīng)用的紡織機(jī)械達(dá)2千多個(gè)品種、5萬多種型號(hào)，歸納起來大體可分為三個(gè)主要加工過程和五大類紡織機(jī)械。圖1為紡織機(jī)械的分類圖。


                


                              圖1 紡織機(jī)械分類圖

    2 系統(tǒng)概述

    細(xì)紗工序是成紗的最后一道工序，是將粗紗進(jìn)一步牽伸30～50倍并加捻，紡成具有一定特?cái)?shù)、符合相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)紗、供捻線、機(jī)織或針織使用。傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)的牽伸原理與粗紗機(jī)基本相同，而卷繞和加捻則是由鋼領(lǐng)和鋼絲圈來完成的。環(huán)錠細(xì)紗機(jī)和傳統(tǒng)粗紗機(jī)一樣由一臺(tái)電機(jī)傳動(dòng)，通過齒輪箱變換各機(jī)構(gòu)需要的速度。在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)各組成部分中，牽伸系統(tǒng)是反映細(xì)紗機(jī)性能和影響紗線質(zhì)量的最關(guān)鍵因素，而新型的緊密紡紗技術(shù)通過對(duì)牽伸部分進(jìn)行創(chuàng)造性改造，將牽伸區(qū)和集合區(qū)分離，在環(huán)錠紡羅拉牽伸與加捻之間疊加對(duì)纖維須條的氣動(dòng)凝聚或集聚技術(shù)，增加了須條的緊密度，毛羽減少約20％，強(qiáng)力則提高約10％，同時(shí)，條干均勻度、機(jī)器效率等也有不同程度的提高，不僅可以降低加工成本，同時(shí)可以減少后加工工序。緊密紡的另一優(yōu)點(diǎn)是與原細(xì)紗機(jī)完全一致，只多出一對(duì)集聚羅拉，在原環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上也可進(jìn)行改裝，具有廣闊的市場前景。

    緊密紡細(xì)紗機(jī)的控制系統(tǒng)較環(huán)錠細(xì)紗機(jī)復(fù)雜許多，首先是前后羅拉的嚴(yán)格同步，實(shí)現(xiàn)牽伸倍數(shù)和捻度的精密控制，保證高支數(shù)紗線的成紗質(zhì)量；其次是通過取消鋼領(lǐng)板的傳動(dòng)齒輪，采用先進(jìn)的伺服控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)卷裝的電子成形技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)械機(jī)構(gòu)的簡化、生產(chǎn)速度的提高、以及紗線支數(shù)和管紗成形的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

    3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

                

                             圖2　緊密紡細(xì)紗機(jī)傳動(dòng)方案原理圖

    在緊密紡細(xì)紗機(jī)的控制系統(tǒng)，采用了三套伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和無刷伺服電機(jī)，分別控制前、后羅拉以及鋼領(lǐng)板；采用1臺(tái)變頻器控制主傳動(dòng)電機(jī)，采用1臺(tái)變頻器控制風(fēng)機(jī)；整個(gè)系統(tǒng)采用邦納SHP一體式控制器進(jìn)行控制和監(jiān)控，SHP一體式控制器與變頻器及伺服間采用高速CANopen總線進(jìn)行通訊，同時(shí)采用SHP集成的觸摸屏進(jìn)行系統(tǒng)操作和監(jiān)控。

    4 控制要點(diǎn)

    （1）可編程控制器：由邦納SHP一體式控制器實(shí)現(xiàn)整機(jī)的邏輯控制和參數(shù)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的最優(yōu)控制

    SHP控制器是與傳統(tǒng)的控制產(chǎn)品不同，新型的邦納SHP控制器可以同時(shí)完成PLC和觸摸屏的功能，集成I/O和網(wǎng)絡(luò)接口人機(jī)界面，成本大大低于同性能PLC與人機(jī)界面組合，此款設(shè)備包括控制器、人機(jī)界面、內(nèi)置I/O、網(wǎng)絡(luò)和可移動(dòng)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，成為一個(gè)一體化單元，畫面和控制程序用同一個(gè)工業(yè)級(jí)軟件BAPS完成。由SHP一體式集成的觸摸屏實(shí)現(xiàn)紡紗參數(shù)的設(shè)定、顯示和故障監(jiān)控。

    （2）細(xì)紗的成形：由伺服控制鋼領(lǐng)板升降

    應(yīng)用伺服控制器的電子凸輪功能， 預(yù)先下載兩條曲線至伺服驅(qū)動(dòng)器，在機(jī)器啟動(dòng)后，伺服接受信號(hào)輸入啟動(dòng)凸輪曲線后兩條曲線交替切換工作。用戶可從人機(jī)界面上輸入相關(guān)參數(shù)，然后通過通訊傳到伺服相關(guān)參數(shù)可以修正曲線以適應(yīng)不同的產(chǎn)品需求。關(guān)于停電后恢復(fù)生產(chǎn)的功能，電子凸輪提供實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前主軸位置的功能，TLC6的內(nèi)存區(qū)內(nèi)可以提供若干斷電記憶的變量區(qū)間，利用這些功能將斷電前瞬間的位置記住，在恢復(fù)電源之后重新進(jìn)行生產(chǎn)過程。

                  

                             圖4 鋼領(lǐng)板升降電子凸輪曲線

    （3）自動(dòng)落紗:由位置型伺服實(shí)現(xiàn)細(xì)紗的高速、精準(zhǔn)、全自動(dòng)落紗

    應(yīng)用伺服控制器的(位置型) 點(diǎn)到點(diǎn)精確定位，同時(shí)應(yīng)用伺服控制器的內(nèi)置編程功能實(shí)現(xiàn)停電時(shí)的位置記憶。

    （4）SHP一體式集成觸摸屏清晰的操作屏幕：12” TFT， 800 x 600像素， 實(shí)現(xiàn)32768色彩色控制和監(jiān)視。

    （5）現(xiàn)場總線通訊：速率高達(dá)1M的CANopen總線

    CANopen總線是基于CAN BUS的高層協(xié)議，秉承了CAN總線的抗干擾性強(qiáng)、高速、實(shí)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，另外CANopen應(yīng)用PDO、SDO、NMT等通訊對(duì)象，方便了總線的管理和應(yīng)用。邦納SHP一體式控制器具有強(qiáng)大通訊能力：內(nèi)置10/100M以太網(wǎng)接口，支持3個(gè)串口，可用Modbus/RTU master 或slave, Modbus/TCP，ASCII讀寫和調(diào)制解調(diào)器，除支持CANopen通迅之外還支持Profibus通訊。采用SHP一體式控制器不僅可獲得高性能的總線通訊，而且非常經(jīng)濟(jì)。

   摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第八期