1、引言
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。紡織廠生產(chǎn)規(guī)模的大小是以細(xì)紗機總錠數(shù)表示的；細(xì)紗產(chǎn)量是決定各工序數(shù)量的依據(jù)；細(xì)紗的質(zhì)量水平、原料物料耗電量等指標(biāo)、勞動生產(chǎn)率等是技術(shù)和管理水平的體現(xiàn)，因此，細(xì)紗工序在紡織廠中占有重要的地位。
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，所以稱為環(huán)錠細(xì)紗機。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)。
2、控制系統(tǒng)方案
在緊密紡細(xì)紗機的控制系統(tǒng)，我們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(lǐng)板；采用兩臺ATV31系列變頻器，分別控制主傳動電機和風(fēng)機；整個系統(tǒng)采用Micro PLC控制，同時采用XBT-G 5.7”黑白觸摸屏進行系統(tǒng)操作和監(jiān)控。
3、控制系統(tǒng)簡介
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)，采用靈活的模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，為要求精密功能(PID調(diào)節(jié)、高速計數(shù)、精確定位、人機對話等)的復(fù)雜機器提供經(jīng)濟型的解決方案。Micro PLC內(nèi)置人機界面接口和多種通訊擴展接口，易于實現(xiàn)與其它設(shè)備的連接；高密度的應(yīng)用(64點I/O模塊等)使Micro PLC成為最緊湊的控制器。
Micro PLC編程軟件與Premium PLC兼容，具有中型PLC同樣的通訊語句、PID調(diào)節(jié)語句、各種運算語句等精心設(shè)計的功能函數(shù)，和在線修改等高性能的調(diào)試診斷工具，極大地豐富了Micro PLC的應(yīng)用范圍，減少了系統(tǒng)設(shè)計的時間。
Twin Line系列是施耐德電氣公司推出的寬范圍的伺服驅(qū)動器和無刷伺服電機產(chǎn)品，集成了先進和優(yōu)化的無刷電機控制技術(shù)，并具備IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)的編程功能和各種開放的接口，通過脈沖/方向、I/O或現(xiàn)場總線等方式控制，電機功率范圍為0.3～13.8 Nm，速度范圍為4500～12000 rpm，可以靈活滿足各種實時應(yīng)用要求，實現(xiàn)經(jīng)濟化、智能化的應(yīng)用解決方案。
通過Micro PLC準(zhǔn)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(xì)紗機所要求的前、后羅拉精密同步、以及鋼領(lǐng)板電子成形；Micro PLC的內(nèi)存擴展功能也為緊密紡細(xì)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。
ATV31系列變頻器是最新推出的、ATV28系列變頻器的升級產(chǎn)品，功率范圍從0.18～15 kW，有6個邏輯輸入口、3個模擬輸入口、1個邏輯/模擬輸出口和2個繼電器輸出口。ATV31系列變頻器具有可靠性高、結(jié)構(gòu)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，提供電機和變頻器保護、加/減速斜波、16段預(yù)置速度、雙極(±10V)信號給定、PI調(diào)節(jié)器、制動順序、以及橫動控制(Traverse Function)等眾多功能，可以很好地滿足各種機械的應(yīng)用要求。
4、細(xì)紗的電子成形控制
細(xì)紗的管紗，分管頂、管身和管底三個部分，卷繞形式采用圓錐形交叉卷繞形式(又稱短動程升降卷繞)，同一層紗各處的卷繞直徑不同，以實現(xiàn)退繞時紗可從管頂抽出而管體不轉(zhuǎn)動，適應(yīng)高速退繞的目的。
卷繞成形運動由兩個運動組合而成：
*圓周運動：電動機通過錠帶拖動筒管恒速轉(zhuǎn)動
*軸向移動：鋼領(lǐng)板短動程升降運動引導(dǎo)紗在卷繞面上均勻分布
其中：
* 卷繞轉(zhuǎn)速(nW)=錠子轉(zhuǎn)速 - 鋼絲圈轉(zhuǎn)速 ? v/(pdx) (v：前羅拉線速度，dx：筒管的卷繞直徑)
* 鋼領(lǐng)板升降速度(vR)＝= D * nW (D：卷繞節(jié)距)
因此，在細(xì)紗的電子成形控制中，采用伺服系統(tǒng)控制鋼領(lǐng)板短動程升降運動，根據(jù)前羅拉的出線速度和紗線的粗細(xì)度設(shè)定卷繞節(jié)距和成形高度，計算出紗線在管身和管底卷繞所須的鋼領(lǐng)板升降速度；通過編碼器檢測鋼領(lǐng)板的位置，由PLC輸出相應(yīng)的速度信號給伺服系統(tǒng)，實現(xiàn)細(xì)紗的電子成形。
5、結(jié)束語
本系統(tǒng)采用施耐德全套解決方案，具有以下幾大優(yōu)點：
(1) 人性化的編程軟件，減少了客戶工作量。
(2) 優(yōu)化的閉環(huán)控制系統(tǒng)，降低成本，提高了質(zhì)量。
(3) 由于成形時，要求綱領(lǐng)板的速度始終在變化，要求PLC具有快速運算能力及輸出，Micro PLC運算指令豐富，支持浮點數(shù)運算，能夠快速及時地控制綱領(lǐng)板的速度，以保證成形精度。
(4) Micro 高速計數(shù)可達(dá)500KHZ，能夠滿足高精度測速的要求。