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宋立彬 （1979-）

男，河北唐山人，畢業(yè)于河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院電氣自動化專業(yè)，現(xiàn)任河北太行機(jī)械工業(yè)有限公司紡機(jī)研發(fā)中心電氣工程師，從事紡織機(jī)械電氣控制及其相關(guān)領(lǐng)域的研究與開發(fā)工作。

1 引言

    近十多年來，我國紡織機(jī)械行業(yè)的自動化水平有了明顯的提高，在新型紡織機(jī)械上普遍采用了自動化技術(shù)。這項技術(shù)的內(nèi)容包含了先進(jìn)的信息處理和控制技術(shù)，即以計算機(jī)為核心，有PLC、工控機(jī)、單片機(jī)、人機(jī)界面、現(xiàn)場總線等組成的控制系統(tǒng)。先進(jìn)的驅(qū)動技術(shù)，有變頻調(diào)速、交流伺服、步進(jìn)電機(jī)等，檢測傳感技術(shù)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。棉紡織設(shè)備較有代表性的機(jī)電一體化產(chǎn)品，例如新型的粗紗機(jī)，應(yīng)用了自動化技術(shù)后機(jī)構(gòu)簡化，性能改善，質(zhì)量提高，操作方便，提升了設(shè)備的檔次和水平。采用觸摸屏人機(jī)界面，操作簡單方便。變頻調(diào)速降低了設(shè)備的噪音和功率，減少了機(jī)械損耗，并且隨著業(yè)內(nèi)人士對紡織工藝的更深入了解，粗紗機(jī)的功能更加的完善，使國產(chǎn)粗紗機(jī)比進(jìn)口粗紗機(jī)更加適合在國內(nèi)應(yīng)用。

2 臺達(dá)自動化產(chǎn)品的介紹

    隨著自動化產(chǎn)品的發(fā)展，臺達(dá)已由單一的變頻器生產(chǎn)研發(fā)廠家發(fā)展到現(xiàn)在能為客戶提供PLC、溫控器、計數(shù)器、人機(jī)界面、變頻驅(qū)動器、伺服驅(qū)動器、數(shù)控系統(tǒng)等多元化產(chǎn)品，在冶金、紡織、醫(yī)藥等幾十個行業(yè)都有更廣泛的應(yīng)用。尤其在紡織行業(yè)占據(jù)了很大的市場份額。河北太行紡機(jī)公司是生產(chǎn)紡織機(jī)械的專業(yè)企業(yè)，有多種機(jī)型采用了臺達(dá)成套解決方案——精梳機(jī)FA298A、并條機(jī)FA361A、粗紗機(jī)FA421A/THFA4421、細(xì)紗機(jī)FA561A等關(guān)鍵紡織設(shè)備，既為生產(chǎn)品質(zhì)提供了技術(shù)保證，也提升了企業(yè)的產(chǎn)品價值與綜合競爭力。

3 系統(tǒng)開發(fā)的簡介

3.1 硬件構(gòu)成

    （1）控制的核心部件是PLC，在整個控制系統(tǒng)起著舉足輕重的作用，選型的時候要考慮其存儲容量和處理速度。根據(jù)控制要求需要的輸入24點(diǎn)、輸出24點(diǎn)，并且需要兩個通訊端口，其一RS485通訊端口來控制時時給定頻率，來達(dá)到電機(jī)的時時速度控制，還要根據(jù)紡紗工藝要求寫入變頻器的參數(shù)；其二連接上位機(jī)觸摸屏（HMI），來實現(xiàn)人機(jī)對話。依據(jù)上述要求選型為主模塊DVP32E（數(shù)量1個）、擴(kuò)展模塊DVP08（數(shù)量2個）。

    （2）整合計算整機(jī)的實際功率為8~9kW（每臺設(shè)備安裝時的機(jī)械間隙不一樣，導(dǎo)致設(shè)備的實際功率也有所不同），選用10kW的電機(jī)，驅(qū)動變頻器選型為VFD150B43A，遵循適當(dāng)放大的原則。這樣可以有效的抑制新設(shè)備在最初運(yùn)行時由于機(jī)械沒有磨合好產(chǎn)生的誤報警。

    （3）人機(jī)界面的選擇很重要，它是人機(jī)交流的主要途徑，每天設(shè)備和人接觸最多的就是人機(jī)界面，它不僅要求外型美觀，而且還要耐用，在紡紗廠環(huán)境這樣比較惡劣的條件下24小時能夠保障無故障長時間運(yùn)行。

    （4）控制框圖

                                 圖1   控制結(jié)構(gòu)圖

3.2 功能介紹

    在80年代我國懸錠粗紗機(jī)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用了變頻調(diào)速技術(shù)，但當(dāng)時由于PLC在紡織領(lǐng)域沒有很廣泛的應(yīng)有，所以在粗紗機(jī)功能上也沒有深入的開發(fā)。隨著工控產(chǎn)品本身功能的增強(qiáng)和對紡織工藝更深入的了解，粗紗機(jī)的功能有了新的開發(fā)。

    （1）通訊參數(shù)寫入

    雖然現(xiàn)代變頻器被更廣泛的推廣，但由于有些紡紗廠的技術(shù)力量薄弱，對變頻器的參數(shù)設(shè)定有一定的難度，紡織工藝的變動，往往需要設(shè)備生產(chǎn)廠家的技術(shù)工程師來更改，這樣既耽誤生產(chǎn)，又增加了售后服務(wù)成本?；谶@點(diǎn)考慮開發(fā)的變頻器參數(shù)通訊寫入，只需在人機(jī)界面修改參數(shù)，點(diǎn)擊寫入即可。既方便又降低了操作難度。

    （2）定位停車

    在粗紗機(jī)生頭、斷紗接頭時，都需要把錠翼停到一個固定的角度，這樣擋車工才易于操作，在早期的粗紗機(jī)是沒有定位停車功能，需要擋車工手動扳動錠翼，這種錯誤操作往往對紗線的質(zhì)量產(chǎn)生破壞，容易產(chǎn)生細(xì)節(jié)。定位停車功能就能解決這個問題，當(dāng)粗紗斷紗報警停車停車時，錠翼停在一個易于接頭的角度，不用再手動扳動錠翼，降低了勞動強(qiáng)度，提高了紡紗質(zhì)量。

    （3）無級調(diào)速

    由于錠翼通道對速度的變化產(chǎn)生的摩擦力是不一樣，速度的大幅跳躍會對紗線的張力長生很大的影響，本功能是根據(jù)紡織工藝的要求，在小紗低速時逐漸的調(diào)高輸出頻率，中紗恒速，大紗逐漸的降低速度，每次根據(jù)換向次數(shù)跳動很小的頻率，是變化頻率不造成對紗線張力的負(fù)面影響。

4 軟件開發(fā)

4.1 人機(jī)程序的開發(fā)

    人機(jī)界面開發(fā)要遵循簡單明了，易于操作的原則。實現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)控，主要包括監(jiān)視畫面、CCD張力控制畫面、運(yùn)行控制畫面、參數(shù)設(shè)置畫面、班產(chǎn)數(shù)據(jù)畫面、輸入輸出點(diǎn)監(jiān)視畫面、幫助換面。

    （1）監(jiān)視畫面

    根據(jù)紡紗工藝要求，有些數(shù)據(jù)要隨時能查看，例如一落紗長、紡紗定長、紡紗速度、羅拉轉(zhuǎn)速、錠翼轉(zhuǎn)速等，把這些數(shù)據(jù)放在同一畫面方便查看。

                                      圖2   監(jiān)視畫面

    （2）運(yùn)行控制畫面

    粗紗機(jī)所有的控制操作都能在此畫面上實現(xiàn)，包含起動、點(diǎn)動、停止和落紗三自動的實現(xiàn)。

                                     圖3   運(yùn)行控制畫面

    （3）變頻器參數(shù)寫入畫面

    設(shè)置好的變頻器參數(shù)點(diǎn)擊后此按鈕就會顯示，等待大約10秒后，參數(shù)設(shè)置完畢，按鈕狀態(tài)恢復(fù)。

                                     圖4   變頻器參數(shù)寫入畫面

4.2 PLC程序的開發(fā)

    按照工藝要求和功能的構(gòu)思，規(guī)劃好每個輸入輸出點(diǎn)的含義后就是程序的編制，考慮到程序的容量和開發(fā)程序的簡潔易讀性，該程序大量應(yīng)用了子程序，程序分塊結(jié)構(gòu)，方便程序的修改和查找。P0：變頻器參數(shù)寫入，在執(zhí)行變頻器參數(shù)寫入時調(diào)用該子程序；P1：即時給定頻率，變頻器輸出頻率根據(jù)粗紗換向次數(shù)來給定，按照升速曲線來變換速度：P2：落紗三自動。程序收到滿紗信號后，調(diào)用落紗三自動子程序。給松皮帶信號 → 松緊皮帶電機(jī)正向起動 → 松皮帶到位接近開關(guān)亮 → 松皮帶電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn) → 步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)起動復(fù)位皮帶 → 皮帶復(fù)位行程開關(guān)打開 → 步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn) → 下龍筋升降電機(jī)正向起動 → 下龍筋超將到位 → 下龍筋升降電機(jī)停止。

    P4：密碼驗證程序。需要密碼進(jìn)入工藝參數(shù)設(shè)置畫面，設(shè)置參數(shù)時條用密碼驗證子程序，密碼驗證通過才能進(jìn)入。

5 結(jié)束語

    隨著工控產(chǎn)品的高效、成熟以及技術(shù)價值日益的提高，紡織機(jī)械自動化程度也越來越高，但設(shè)計的出發(fā)點(diǎn)還要以用戶簡單、好用為根本，廠商應(yīng)在不增加系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上盡量開發(fā)既結(jié)合工藝又實用的功能，使我國的紡織機(jī)械向更高水平發(fā)展。