圖2　四電機粗紗機傳動方案原理圖

    在四電機傳動粗紗機的控制系統(tǒng)中，采用Unity Premium PLC(TSX P57 0244M)作為控制器, 進行粗紗機工藝數(shù)學模型的計算和速度閉環(huán)和張力閉環(huán)控制。四臺施耐德電氣公司的高性能、高精度ATV71變頻器分別控制羅拉電機、錠翼電機、筒管電機及龍筋電機，以實現(xiàn)粗紗機的牽伸、加捻、卷繞成形等工藝要求。同時配Magelis XBT-G 10.4” 彩色STN觸摸屏(XBT G5230)進行操作和系統(tǒng)監(jiān)控。整個系統(tǒng)通過Unity Premium PLC和ATV71組成通訊速率高達1M的CANopen現(xiàn)場總線。

Premium+ATV71+XBTG方案硬件配置

	Premium PLC部分
型號	說明	數(shù)量
TSXP570244M	Unity Premium 570x4 CPU，帶CAN Master通信擴展卡	1
TSXPSY2600M	電源，110/220 VAC 26W	1
TSXRKY8 Premium	機架，8 槽	1
TSXDEY16D2	開關量輸入，16 點，24 VDC，移動端子塊	2
TSXDSY16R5	開關量輸出，16 點，3A 24 VDC, 24-240 VAC 繼電器，移動端子塊	2
	ATV71變頻器部分
型號	說明	數(shù)量
ATV71HU15N4Z	3P 380VAC, 1.5KW,簡易面板,內(nèi)置EMC濾波器	1
ATV71HU30N4Z	3P 380VAC, 3KW,簡易面板,內(nèi)置EMC濾波器	1
ATV71HU55N4Z	3P 380VAC, 5.5KW,簡易面板,內(nèi)置EMC濾波器	1
ATV71HD11N4Z	3P 380VAC, 11KW,簡易面板,內(nèi)置EMC濾波器	1
VW3A3401	編碼器接口卡 5V RS 422	4
VW3A110	遠程圖形顯示終端	1
VW3CANTAP2	CANopen 適配器	2
	XBTG人機界面部分
型號	說明	數(shù)量
XBTG5230	10.4英寸, 64色,STN, 8M內(nèi)存, CPU主頻100M,以太網(wǎng)接口	1
XBTZ968	PLC連接電纜, Twido, Micro	1

控制特點

控制器：Premium PLC完成數(shù)學模型計算、邏輯控制、張力閉環(huán)及CANopen通訊，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，編程簡單。
為保證粗紗質(zhì)量，四臺電機的調(diào)速和同步控制要求數(shù)據(jù)刷新速度至少為50ms，通過Unity Premium PLC和ATV71組成CANopen現(xiàn)場總線，應用Unity Premium PLC的高效的數(shù)據(jù)處理能力和處理速度，以及CANopen總線高速傳輸和周期性、同步數(shù)據(jù)交換功能，可以很好地滿足四電機傳動粗紗機的實時調(diào)速及同步要求。

速度環(huán)：4臺ATV71（采用編碼器反饋的矢量控制模式），由ATV71自身完成。
ATV71系列變頻器是施耐德電氣公司推出的基于現(xiàn)代控制理論矢量控制技術的具有高性能和強大功能的全系列變頻器，功率范圍0.37～500KW，頻率范圍0～1000Hz(≤37KW)，0～500Hz (>37KW)；調(diào)速范圍1～100(開環(huán))，1～1000(閉環(huán))；調(diào)速精度為10%(開環(huán))， 0.01%(閉環(huán))；過力矩能力為170%60s或220%2s。具有開環(huán)/閉環(huán)切換、擺頻功能、給定值存儲、PID調(diào)節(jié)以及各種保護等先進功能；集成EMC A級濾波器；無傳感器電機控制；內(nèi)置可編程控制卡。在四電機傳動粗紗機控制系統(tǒng)中，ATV71采用電流矢量閉環(huán)控制模式，可以實現(xiàn)零速度下滿力矩，滿足了粗紗機對低頻傳動的特定要求。

張力環(huán)：通過CCD反饋，由Premium PLC完成。
通過CCD反饋檢測粗紗張力的變化，應用Premium PLC的PID函數(shù)功能，對四臺變頻器之間的速度比進行實時修正，能有效克服由于溫度、濕度及紗線品質(zhì)不一致引起的張力波動，達到恒張力紡紗的目的。

高速通信：速率高達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、高速、實時的優(yōu)點，另外CANopen應用PDO、SDO、NMT等通訊對象，方便了總線的管理和應用。CANopen應用于四電機的粗紗機，可確保四電機之間速度的同步。


緊密紡細紗機控制系統(tǒng)方案

系統(tǒng)概述
    細紗工序是成紗的最后一道工序，是將粗紗進一步牽伸30～50倍并加捻，紡成具有一定特數(shù)、符合相關質(zhì)量標準的細紗，供捻線、機織或針織使用。傳統(tǒng)細紗機的牽伸原理與粗紗機基本相同，而卷繞和加捻則是由鋼領和鋼絲圈來完成的。環(huán)錠細紗機和傳統(tǒng)粗紗機一樣由一臺電機傳動，通過齒輪箱變換各機構需要的速度。在環(huán)錠細紗機各組成部分中，牽伸系統(tǒng)是反映細紗機性能和影響紗線質(zhì)量的最關鍵因素，而新型的緊密紡紗技術通過對牽伸部分進行創(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纖維須條的氣動凝聚或集聚技術，增加了須條的緊密度，毛羽減少約20％，強力則提高約10％，同時，條干均勻度、機器效率等也有不同程度的提高，不僅可以降低加工成本，同時可以減少后加工工序。緊密紡的另一優(yōu)點是與原細紗機完全一致，只多出一對集聚羅拉，在原環(huán)錠細紗機上也可進行改裝，具有廣闊的市場前景。

    緊密紡細紗機的控制系統(tǒng)較環(huán)錠細紗機復雜許多，首先是前后羅拉的嚴格同步，實現(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板的傳動齒輪，采用先進的伺服控制技術實現(xiàn)卷裝的電子成形技術，從而實現(xiàn)了機械機構的簡化、生產(chǎn)速度的提高、以及紗線支數(shù)和管紗成形的自動調(diào)節(jié)。

方案原理圖

圖1　緊密紡細紗機傳動方案原理圖

    在緊密紡細紗機的控制系統(tǒng)，采用了三套施耐德電氣公司的Twin Line系列伺服驅(qū)動系統(tǒng)和無刷伺服電機，分別控制前、后羅拉以及鋼領板；采用1臺ATV71變頻器控制主傳動電機，采用1臺ATV31變頻器控制風機；整個系統(tǒng)采用Micro PLC控制，Micro PLC與變頻器及伺服間采用高速CANopen總線進行通訊，同時采用XBT-G 5.7”黑白觸摸屏進行系統(tǒng)操作和監(jiān)控。

Micro+ATV71+ATV31+TWLIN+XBTG方案硬件配置

	Micro PLC部分
型號	說明	數(shù)量
TSX3722101	TSX37-22本體，24V直流電源	1
TSXDMZ28DT	開關量混合，16 點輸入/12 點輸出，固態(tài)，螺絲端子塊	1
TSXDEZ12D2	開關量輸入，12 點，24 VDC，螺絲端子塊，半高	3
TSXDSZ08R5	開關量輸出，8 點，繼電器，螺絲端子塊，半高	1
TSXMFP032P	Flash EPROM卡，32K	1
TSXCPP110	CANopen Card	1
	ATV變頻器部分
型號	說明	數(shù)量
ATV71HD55N4	3P 380VAC, 55KW,中文面板,內(nèi)置EMC濾波器,內(nèi)置電抗器	1
ATV71HD15N4	3P 380VAC, 15KW,中文面板,內(nèi)置EMC濾波	1
ATV31HU75N4A	3P 380VAC, 7.5KW, 亞洲版	1
	伺服驅(qū)動部分
型號	說明	數(shù)量
TLC6382F322141	TLC6,CAN總線，RS422編碼器接入	1
TLC6382D312141	TLC6,CAN總線，RS422編碼器接入	1
SER3BD4L7SSOA48	SER伺服電機，帶8:1減速機	1
SER3BD4L5DSOA38	SER伺服電機，帶8:1減速機	1
	人機界面HMI部分
型號	說明	數(shù)量
XBTG2110	5.7英寸, 藍屏, 4M內(nèi)存, CPU主頻100M	1
XBTZ968	PLC連接電纜, Twido,Micro	1

控制特點

控制器：由Micro PLC實現(xiàn)整機的邏輯控制和參數(shù)計算，實現(xiàn)整機的最優(yōu)控制。
Micro系列PLC是施耐德電氣公司推出的具有強大處理能力和較大的存儲空間的中小型PLC(I/O點最多256點)。通過Micro PLC準確的運算和高精度的模擬量輸出，控制Twin Line系列伺服系統(tǒng)，可以實現(xiàn)緊密紡細紗機所要求的前、后羅拉精密同步、以及鋼領板電子成形；Micro PLC的內(nèi)存擴展功能也為緊密紡細紗機控制所需的大容量數(shù)據(jù)存儲區(qū)提供了有力的保障。

人機界面：由觸摸屏XBTG HMI實現(xiàn)紡紗參數(shù)的設定、顯示和故障監(jiān)控。

錠子和羅拉的變頻調(diào)速（ATV71）
    錠子利用變頻器的多段速功能很好地滿足了細紗的工藝要求,前后羅拉通過ATV71進行嚴格速度同步，實現(xiàn)對粗紗的精密牽伸。其主要優(yōu)勢在于能夠根據(jù)落紗大、中、小紗的張力變化，實現(xiàn)自動無級變速，優(yōu)化紡紗條件，以盡可能地保持紡紗各階段的張力穩(wěn)定，對進一步降低斷頭，減少毛羽，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，降低能耗和減輕值車工勞動強度都將起到積極作用。

    ATV71系列變頻器是施耐德電氣公司推出的基于現(xiàn)代控制理論矢量控制技術的具有高性能和強大功能的全系列變頻器。調(diào)速范圍1～100(開環(huán))，1～1000(閉環(huán))；調(diào)速精度為10%(開環(huán))， 0.01%(閉環(huán))；過力矩能力為170%60s或220%2s。集成EMC A級濾波器，集成了Modbus和CANopen兩種工業(yè)現(xiàn)場總線。
    風機的變頻調(diào)速（ATV31）: ATV31系列變頻器具有可靠性高、結構緊湊、便于使用等特點，內(nèi)置A級EMC濾波器，集成了Modbus和CANopen兩種工業(yè)現(xiàn)場總線。

圖2　緊密紡細紗機錠子的多段速

細紗的成形：由伺服控制鋼領板升降。
    應用伺服控制器的電子凸輪功能， 預先下載兩條曲線至伺服驅(qū)動器，在機器啟動后，伺服接受信號輸入啟動凸輪曲線后兩條曲線交替切換工作。用戶可從人機界面上輸入相關參數(shù)，然后通過通訊傳到伺服相關參數(shù)可以修正曲線以適應不同的產(chǎn)品需求。關于停電后恢復生產(chǎn)的功能，電子凸輪提供實時讀取當前主軸位置的功能，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，我們利用這些功能將斷電前瞬間的位置記住，在恢復電源之后重新進行生產(chǎn)過程。

圖3  鋼領板升降電子凸輪曲線

　
自動落紗:由位置型伺服實現(xiàn)細紗的高速、精準、全自動落紗。
    應用伺服控制器的(位置型) 點到點精確定位，同時應用伺服控制器的內(nèi)置編程功能實現(xiàn)停電時的位置記憶。

現(xiàn)場總線通訊：速率高達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、高速、實時的優(yōu)點，另外CANopen應用PDO、SDO、NMT等通訊對象，方便了總線的管理和應用。施耐德的ATV31、ATV71及伺服系統(tǒng)TWLIN均內(nèi)置了CANopen，因此，將CANopen應用于多電機傳動的緊密紡細紗機，不僅可獲得高性能的總線通訊，而且非常經(jīng)濟。