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)域豐富的項目經(jīng)驗。

    摘要：紡織機械種類多，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，非常適合在紡織機械上使用。本文涉及的細(xì)紗機控制系統(tǒng)，就是SHP非常典型的應(yīng)用。

    關(guān)鍵字： 邦納； SHP； 細(xì)紗機； 紡織

    隨著經(jīng)濟和工業(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，以下以紡織機械行業(yè)為例介紹邦納SHP一體式控制器在紡機上的應(yīng)用。

    1 項目背景

    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)用的紡織機械達2千多個品種、5萬多種型號，歸納起來大體可分為三個主要加工過程和五大類紡織機械。圖1為紡織機械的分類圖。


                


                              圖1 紡織機械分類圖

    2 系統(tǒng)概述

    細(xì)紗工序是成紗的最后一道工序，是將粗紗進一步牽伸30～50倍并加捻，紡成具有一定特數(shù)、符合相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)紗、供捻線、機織或針織使用。傳統(tǒng)細(xì)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(lǐng)和鋼絲圈來完成的。環(huán)錠細(xì)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(gòu)需要的速度。在環(huán)錠細(xì)紗機各組成部分中，牽伸系統(tǒng)是反映細(xì)紗機性能和影響紗線質(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(shù)，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(xì)紗機完全一致，只多出一對集聚羅拉，在原環(huán)錠細(xì)紗機上也可進行改裝，具有廣闊的市場前景。

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

    3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

                

                             圖2　緊密紡細(xì)紗機傳動方案原理圖

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

    4 控制要點

    （1）可編程控制器：由邦納SHP一體式控制器實現(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

    SHP控制器是與傳統(tǒng)的控制產(chǎn)品不同，新型的邦納SHP控制器可以同時完成PLC和觸摸屏的功能，集成I/O和網(wǎng)絡(luò)接口人機界面，成本大大低于同性能PLC與人機界面組合，此款設(shè)備包括控制器、人機界面、內(nèi)置I/O、網(wǎng)絡(luò)和可移動的大容量數(shù)據(jù)存儲器，成為一個一體化單元，畫面和控制程序用同一個工業(yè)級軟件BAPS完成。由SHP一體式集成的觸摸屏實現(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(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，電子凸輪提供實時讀取當(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)電源之后重新進行生產(chǎn)過程。

                  

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

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

    應(yīng)用伺服控制器的(位置型) 點到點精確定位，同時應(yīng)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。

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

    （5）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(yīng)用PDO、SDO、NMT等通訊對象，方便了總線的管理和應(yīng)用。邦納SHP一體式控制器具有強大通訊能力：內(nèi)置10/100M以太網(wǎng)接口，支持3個串口，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。

   摘自《自動化博覽》2010年第八期