臺達10PM及伺服產品在化纖卷繞機上的應用

一、基本介紹

近年來，隨著我國紡織工業技術裝備的不斷進步和各種工藝流程的日臻成熟，化纖工業也隨之日新月異，步入了快速增長的軌道。目前，我國不僅是世界上最大的化纖消費市場， 也發展成為了全世界最大的化纖生產國。尤其是化纖長絲，已經成為目前世界上產、用量最大的纖維品種。

但是，化纖長絲生產的一些關鍵裝備，仍然對進口設備有著非常大的依賴。尤其是長絲生產設備中的高速卷繞頭，國內的高檔裝備中，七成以上的市場份額都被國外的生產商占據。不僅每年要耗費大量的外匯，而且進口設備普遍存在價格高、交貨周期長、維修成本高、服務不及時等問題，這些問題長期以來一直困擾和制約著我國化纖長絲的良性發展。國內的紡織機械生產廠家也在積極研究生產卷繞頭產品，但一些關鍵的控制技術，仍然都依賴進口。 眾所周知，卷繞系統的技術核心和難點在于成品絲的成形技術，在這一領域，國內技術仍遠落后于國外同行，這也是長期以來該設備的高端產品依賴于進口的根本原因之一。

本文主要從卷繞頭的電氣控制系統中的技術難點入手分析，采用臺達的控制器件完成卷繞頭的精密卷繞電氣控制。

二、設備介紹

基本工藝介紹：熔融釜溫度和油槽溫度由臺達DTC模塊進行控制，溫度達到后計量泵和循環泵開始旋轉，對紡絲箱給予壓力，化學纖維被擠壓出來經變頻電機帶動的滑輪后，進入后續卷繞部分。
此化纖卷繞設備通過兩種方式進行卷繞：
1、筒動絲不動方式
化學纖維進入卷繞部分后，1#伺服不動作，2#伺服進行定長旋轉，對纖維進行卷繞；3#伺服通過絲杠帶動2#伺服進行來回定長運動。當2#伺服卷繞到設定長度后，2#、3#伺服停止動作，6#伺服帶動轉盤旋轉，把2#、3#伺服切換到不工作位置，同時把4#、5#伺服切換到工作位置進行繼續卷繞。后續依此切換。
2、筒不動絲動
化學纖維進入卷繞部分后，1#伺服動作，帶動變頻電機來回定長運動，化學纖維絲會跟隨變頻電機的運動進行來回擺動；2#伺服進行定長旋轉，對纖維進行卷繞；3#伺服不動作。當2#伺服卷繞到設定長度后，1#、2#伺服停止動作，6#伺服帶動轉盤旋轉，把2#、3#伺服切換到不工作位置，同時把4#、5#伺服切換到工作位置進行繼續卷繞。后續依此切換。

三、工藝難點

紗線卷繞過程可以視為兩個運動的合成：紗線沿紗筒的切向運動及軸向運動。紗筒每回轉一圈, 繞上一個螺旋形紗線圈。當紗線運動到紗筒端部 時, 向相反的軸向按另一個螺旋方向卷繞, 同時產生一個折回點。如此循環往復, 周期運轉, 實現紗線連續卷繞。紗線從紗筒的一個端面卷繞到另一個端面后再回到該端面為一個卷繞周期, 一個卷繞周期形成一層紗線面( 含不同旋向的兩個單面)。

卷繞過程具有較強的周期性, 容易出現相鄰卷繞周期形成的紗線圈部分重疊或完全重疊, 并引發以下問題:
■ 增大紗線圈之間的間隙, 降低卷繞紗筒的卷繞密度,減少卷繞紗筒的容紗量;
■ 重疊的紗線圈經過一段時間后,將卷繞成繩狀或帶狀，紗筒表面出現凹凸不平，引發卷繞振動；
■ 重疊紗線圈易相互嵌入,在退繞時加劇紗線之間的摩擦, 增加紗線張力, 引起斷頭及混紗。

目前, 國內外防止紗線重疊的方法主要有兩類：一類是通過調控線鎖的運動頻率來防止紗線重疊，另一類是通過調控紗筒轉速來防止紗線重疊。 兩類方法均以預知疊紗點位置為前提，涉及復雜的信息采集、分析、處理及反饋執行過程, 不但會增加設備制造成本, 而且會降低運行可靠性。

研究發現，紗線重疊的形成與卷繞比密切相關,當卷繞比適宜時， 可防止紗線重疊，實現平穩的無重 疊卷繞, 獲得致密、易退繞紗錠。

紗線卷繞屬于等螺距周期性卷繞, 防止紗線重疊的關鍵在于控制紗筒端面折回點排布順序, 調節相鄰卷繞周期的紗線距離, 進而避免紗筒端面相同 旋向的紗線直接重疊。

卷繞比是指線鎖運動一個卷繞周期，卷繞機機 頭( 紗筒) 所轉過的圈數, 是描述紗線卷繞過程中線 鎖、紗筒運動的綜合性參數，反映線鎖帶動紗線來回運動節拍與紗筒回轉節拍相匹配性。調節卷繞比可以控制紗筒端面的折回點的排布順序及折回點間的相對偏移位置，使相鄰卷繞周期紗線以較大間距規律性錯開排布。恰當的卷繞比,可以使相鄰卷繞周期的紗線間距較大，處于紗筒同一徑向位置的折回點經過較多個卷繞周期后再進行第二次卷繞，兩次卷繞之間鋪墊上其他折回點的多圈異向紗線，且經過多個卷繞周期出現紗線最小間距，進而避免紗線直接重疊。

四、電氣控制原理

1、控制部分采用32EH2+10PM的控制方式
2、32EH2在此系統中的功能：
■ 負責簡單的邏輯控制
■ 通過RS-485硬件接線方式和modbus協議對變頻器進行頻率設定
■ 通過RS-485硬件接線方式和modbus協議對DTC進行溫度給定
■ 通過RS-232方式與上位機進行數據交換
3、10PM在此系統中的功能：
■ 韌體升級后的10PM能夠驅動6臺伺服進行工作，正好滿足本系統6臺伺服的需要。
■ 鑒于10PM運算速度快的特點，各軸之間速度匹配及運算均在10PM中進行。省去了兩臺PLC之間通過通訊傳送數據的時間，成型效果更好。

五、項目控制系統構成圖2

六、項目總結

紗線卷繞屬于等螺距周期性卷繞, 防止紗線重疊的關鍵在于控制紗筒端面折回點排布順序, 調節相鄰卷繞周期的紗線距離, 進而避免紗筒端面相同旋向的紗線直接重疊。10PM 專用運動控制器擁有PLC 的編程靈活性，帶載能力強，單臺即可連接6臺伺服；與臺達伺服的快速響應性結合，可方便解決化纖卷繞相關要求，精度高穩定性好，并可靈活擴展。