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    1 前言

    近年來(lái)，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)深入發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，紡織技術(shù)不斷更新，使紡織服裝面料花色品種層出不窮，其中竹節(jié)紗面料以立體凹凸效應(yīng)，使布面呈現(xiàn)粗獷自然的特色，受到人們的青睞。通過(guò)在細(xì)紗機(jī)上加裝一套竹節(jié)紗裝置，便可生產(chǎn)出各種花式紗，生產(chǎn)出不同風(fēng)格的竹節(jié)布面料，為提高企業(yè)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力奠定了基礎(chǔ)。隨著社會(huì)的進(jìn)步，人民生活水平的提高，竹節(jié)紗設(shè)備的性能要求也越來(lái)越高，隨著時(shí)間的積累，竹節(jié)紗工藝配方參數(shù)會(huì)越來(lái)越多，有的紡織廠客戶甚至有成百上千種竹節(jié)紗配方，當(dāng)有某紗線訂單時(shí)，操作員需要將每臺(tái)竹節(jié)紗設(shè)備的配方參數(shù)逐步輸入觸摸屏，操作麻煩且容易錯(cuò)漏，有些竹節(jié)紗還要求在某段粗度范圍內(nèi)隨機(jī)抽樣紡，相應(yīng)的控制難度也越來(lái)越高，控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度要求也愈來(lái)愈高，根據(jù)設(shè)備不同會(huì)應(yīng)用到不同種類的工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品，客戶可以根據(jù)控制對(duì)象的不同選擇相應(yīng)的設(shè)備來(lái)進(jìn)行控制系統(tǒng)的構(gòu)建。
面對(duì)日益復(fù)雜的要求和相應(yīng)產(chǎn)生的生產(chǎn)效率問(wèn)題，本文基于臺(tái)達(dá)的DVP系列 PLC和HMI及伺服等自動(dòng)化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了一套先進(jìn)的竹節(jié)紗設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)，該方案采用具有高速脈沖輸出型PLC控制伺服系統(tǒng)，扭矩、超喂比恒定，具有高精準(zhǔn)定位功能，完全不同于一般的速度控制模式，可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，竹節(jié)不變化，設(shè)備穩(wěn)定可靠。

    2 工藝分析

    從當(dāng)前的業(yè)界通常情況來(lái)看，不同竹節(jié)紗裝置生產(chǎn)的竹節(jié)紗的風(fēng)格、類型是有區(qū)別的。隨著竹節(jié)紗裝置技術(shù)水平的不斷提高，竹節(jié)紗的花色類型也在不斷增多。從紡制竹節(jié)紗裝置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，從最早的離合器式、步進(jìn)電機(jī)，到現(xiàn)在的伺服電機(jī)；從紡制竹節(jié)裝置的變速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有變動(dòng)前羅拉速度紡出竹節(jié)的，也有變動(dòng)中后羅拉及前羅拉速度紡出竹節(jié)的，其花色種類越來(lái)越多。　

    竹節(jié)紗的關(guān)鍵控制點(diǎn)在于對(duì)節(jié)粗、節(jié)長(zhǎng)和節(jié)距的控制。

    竹節(jié)紗的節(jié)粗：一般設(shè)計(jì)為基紗的2倍～3倍，最大為6倍。竹節(jié)粗度愈大，生產(chǎn)難度愈大，對(duì)后加工影響也大。 

    竹節(jié)紗的節(jié)長(zhǎng)：一般設(shè)計(jì)≥2 cm，節(jié)長(zhǎng)愈長(zhǎng)愈好紡，愈短愈難紡，特別要考慮竹節(jié)紗裝置的特性，一般步進(jìn)電機(jī)紡制的竹節(jié)，就是設(shè)計(jì)節(jié)長(zhǎng)小于1cm，紡出的竹節(jié)也大于2 cm，由于纖維長(zhǎng)度一般在2 cm～3cm，因此竹節(jié)愈短，生產(chǎn)難度愈大。確需竹節(jié)長(zhǎng)度短，就要選用合適的紡制竹節(jié)紗裝置，所以竹節(jié)紗的節(jié)長(zhǎng)要考慮其裝置的特性、纖維長(zhǎng)度、竹節(jié)粗度和工藝車速慣性的影響。一般伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的竹節(jié)紗裝置其節(jié)長(zhǎng)可短；纖維長(zhǎng)度長(zhǎng)的節(jié)長(zhǎng)也長(zhǎng)；竹節(jié)粗度小時(shí)，節(jié)長(zhǎng)可短；工藝車速高，慣性大時(shí)，節(jié)長(zhǎng)也長(zhǎng)。

    竹節(jié)的節(jié)距：節(jié)距是一個(gè)很重要的參數(shù)，決定布面竹節(jié)排列效果、排列密度及規(guī)律。一般設(shè)計(jì)節(jié)距≥2 cm，節(jié)距愈短，生產(chǎn)難度愈大。 

    竹節(jié)節(jié)距對(duì)布面影響最大的是竹節(jié)在布面形成規(guī)律性條紋，即“規(guī)斑”疵布，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)前羅拉變速系統(tǒng)紡出的竹節(jié)紗裝置，其紡出竹節(jié)規(guī)律為五個(gè)竹節(jié)為一小循環(huán)，每次起頭時(shí)，遞次變更竹節(jié)位置，形成二十五個(gè)竹節(jié)為一大循環(huán)，這種形式在布面容易形成“規(guī)斑”，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要求小循環(huán)和大循環(huán)的周期長(zhǎng)都不能和布幅寬度成倍數(shù)或接近倍數(shù)關(guān)系，一個(gè)小循環(huán)內(nèi)五個(gè)竹節(jié)的節(jié)距也不能成倍數(shù)或接近倍數(shù)關(guān)系，而且竹節(jié)節(jié)距要長(zhǎng)短搭配、分散排列，盡量杜絕布面形成“規(guī)斑”。

    3 控制系統(tǒng)

    3.1 硬件組成

    系統(tǒng)硬件組成如表1所示：

                       

                                                                     表1 控制系統(tǒng)的硬件組成

    3.2 配方工藝管理系統(tǒng)

    竹節(jié)紗配方工藝歸檔，為工藝人員對(duì)竹節(jié)紗的生產(chǎn)管理帶來(lái)極大的方便，隨著近幾年電腦運(yùn)用的普及和電腦技術(shù)的高速發(fā)展，U盤成為了新一代超容量永久性存儲(chǔ)器，再也不用擔(dān)心掉電時(shí)間長(zhǎng)而丟失工藝的問(wèn)題。本系統(tǒng)結(jié)合U盤為用戶開(kāi)放了4000個(gè)竹節(jié)工藝品種貨架，每個(gè)工藝品種可以有最多200組竹節(jié)工藝參數(shù)組數(shù)，供用戶隨意調(diào)用、存貯或修改。

    在多機(jī)臺(tái)竹節(jié)紗間操作時(shí)，不需要每臺(tái)都執(zhí)行輸入操作，只用一只U盤就可互相復(fù)制竹節(jié)工藝，簡(jiǎn)化操作流程、便于統(tǒng)一管理、提高可靠性?？梢詫盤中竹節(jié)工藝定期保存到廠部電腦，以便歸檔留底。

    3.3 四種紡紗方式實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)格

    除提供市面上已有的1組參數(shù)、和多組參數(shù)循環(huán)紡紗方式外，另外為用戶提供了三種更為先進(jìn)的紡紗方式：

    模糊1：控制器從用戶設(shè)定的1-200組參數(shù)中隨機(jī)抽取其中一組紡，按組別進(jìn)行隨機(jī)抽取不重復(fù)紡紗。(M組節(jié)長(zhǎng)--M組節(jié)距--N組節(jié)長(zhǎng)--N組節(jié)距)。

    模糊2：控制器從用戶設(shè)定的1-200組參數(shù)中隨機(jī)抽取其中一組的節(jié)長(zhǎng)，與另外經(jīng)過(guò)隨機(jī)抽取的不同組的節(jié)距，重新組成新的一組竹節(jié)參數(shù)進(jìn)行紡紗，即將竹節(jié)隨機(jī)組合紡紗。(M組節(jié)長(zhǎng)—N組節(jié)距—X組節(jié)長(zhǎng)—Y組節(jié)距)。在模糊1的基礎(chǔ)上打破組別的限制，實(shí)現(xiàn)高等無(wú)序紡紗。

    模糊紡3：在模糊紡3竹節(jié)參數(shù)設(shè)置中，輸入基紗及竹節(jié)參數(shù)的上下限值(上限>=下限)，各紡紗參數(shù)在上下限設(shè)定范圍內(nèi)由控制器隨機(jī)抽取數(shù)值進(jìn)行紡紗?？蛻糁恍枰O(shè)定好參數(shù)的上下限數(shù)值即可實(shí)現(xiàn)的模糊式竹節(jié)紗。

    在這三種紡紗過(guò)程中，因控制器是執(zhí)行微機(jī)中的隨機(jī)數(shù)指令，經(jīng)過(guò)隨機(jī)抽樣后竹節(jié)規(guī)律是完全不會(huì)重復(fù)，就算在同品種不同臺(tái)之間，也不會(huì)出現(xiàn)重復(fù)的規(guī)律性，從實(shí)際應(yīng)用看，此些功能完全解決了布面上規(guī)律性條紋的產(chǎn)生，滿足用戶不同風(fēng)格布面要求。

    3.4 超精度位置控制的伺服系統(tǒng)

    本裝置采用高速脈沖輸出型PLC控制伺服系統(tǒng)，扭矩恒定，超喂比恒定；伺服長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，竹節(jié)不變化，穩(wěn)定性好。設(shè)計(jì)原理采用伺服電機(jī)高精度定位控制模式，以脈沖方式控制，一個(gè)脈沖運(yùn)行一個(gè)固定角度，在高精度數(shù)控加工中均采用此種控制方式，所以參數(shù)設(shè)定中可直接輸入粗長(zhǎng)、細(xì)長(zhǎng)，設(shè)備控制穩(wěn)定性得到可靠保證。

    相比于其它竹節(jié)紗裝置多是采用速度控制模式，通過(guò)直接設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速，再通過(guò)羅拉轉(zhuǎn)速計(jì)算出時(shí)間，用定時(shí)變速的方式控制粗長(zhǎng)、細(xì)長(zhǎng)。

    3.5 高質(zhì)量前羅拉采樣系統(tǒng)

    本裝置的控制系統(tǒng)是將前羅拉與中后羅拉完全獨(dú)立傳動(dòng)，它們間是通過(guò)無(wú)觸的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)電氣跟隨，而前羅拉測(cè)速編碼器的精度及分辨率都起決定作用?？刂破鞯母咚儆?jì)數(shù)功能可以從開(kāi)停車到紡紗中的所有細(xì)節(jié)都處于監(jiān)控之下，并提供校正及報(bào)警。

    3.6 完善的報(bào)警自診斷功能

    該功能是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)竹節(jié)紗的一個(gè)可靠保證，本系統(tǒng)提供了生產(chǎn)過(guò)程中所有故障或非正常參數(shù)設(shè)置等報(bào)警功能。做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)報(bào)警，及時(shí)處理。

    3.7 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

    本竹節(jié)紗裝置由伺服電機(jī)帶動(dòng)中后羅拉傳動(dòng)，機(jī)械部分自成單元，不與原主機(jī)沖突，安裝方便，電控箱外置。采用本裝置后，不易出機(jī)械故障，也降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)效率及成紗質(zhì)量。

    3.8 其它一些功能

    本裝置還提供了其它一些獨(dú)特的功能，如下：

    （1）節(jié)形的調(diào)整功能，也就是竹節(jié)曲線形狀的選擇功能，實(shí)現(xiàn)了飽滿竹節(jié)，解決了瘦紗現(xiàn)象。
    （2開(kāi)車補(bǔ)償功能，可解決雙速、變頻細(xì)紗機(jī)啟停時(shí)產(chǎn)生的細(xì)節(jié)現(xiàn)象。

    4 工藝數(shù)據(jù)

    4.1伺服電機(jī)到后羅拉的減速比

對(duì)應(yīng)FA506、FA502、FA1520及FA508的減速比如下：

                        

    紡制竹節(jié)紗除正常的各項(xiàng)指標(biāo)外，竹節(jié)指標(biāo)主要有竹節(jié)長(zhǎng)度、竹節(jié)距離、竹節(jié)粗細(xì)。影響這些指標(biāo)的因素主要有：前羅拉轉(zhuǎn)速、前羅拉直徑、錠子轉(zhuǎn)速、牽伸比、牽伸加壓系統(tǒng)、紡制的品種等。上述參數(shù)的確定，就確定了所紡竹節(jié)紗指標(biāo)。

    4.2 出廠紡紗工藝參數(shù)確定

    （1）先確定基紗的正常工藝數(shù)據(jù)，試紡定量是否正常；
    （2）按設(shè)定的基紗工藝參數(shù)，輸入正確的竹節(jié)工藝，參數(shù)包括：牽伸倍數(shù)、細(xì)長(zhǎng)、粗長(zhǎng)、細(xì)度、粗度；
    （3）試紡竹節(jié)工藝，檢測(cè)是否符合要求；
    （4）工藝確定，正式生產(chǎn)。

    竹節(jié)粗度：直接輸入所需倍數(shù)。若需多種粗度，也是按順序直接輸入即可。(無(wú)需計(jì)算)
    竹節(jié)長(zhǎng)度、竹節(jié)距離：整體調(diào)節(jié)可修改。
    粗長(zhǎng)系數(shù)：竹節(jié)長(zhǎng)度整體修正系數(shù)
    細(xì)長(zhǎng)系數(shù)：竹節(jié)距離整體修正系數(shù)，也可單節(jié)修改(逐段修改)
    定量偏差：可修改牽伸倍數(shù)。

    （5）正常紗與竹節(jié)紗切換可直接通過(guò)PLC控制，如長(zhǎng)時(shí)間不紡竹節(jié)則可摘掉鏈條即可，恢復(fù)正常紡紗狀態(tài)。
測(cè)速系統(tǒng)不須設(shè)置，自動(dòng)跟蹤。

    4.3伺服驅(qū)動(dòng)參數(shù)設(shè)置

    P0-02狀態(tài)顯示1 6
    P0-04狀態(tài)顯示2 11
    P0-05狀態(tài)顯示3 5
    P0-06狀態(tài)顯示4 13
    P0-07狀態(tài)顯示4 6
    P1-44電子齒輪比分子 10000
    P1-45電子齒輪比分母 1024
    P2-10伺服使能 1
    P2-15反向運(yùn)轉(zhuǎn)極限 122
    P2-16正向運(yùn)轉(zhuǎn)極限 123
    P2-17伺服緊急停止 121
    P3-00通訊站號(hào) U1=1；(長(zhǎng)車時(shí)U2=2)
    P3-02通訊協(xié)議 8
    P3-05通訊格式 2

    5 結(jié)語(yǔ)

    本文介紹了臺(tái)達(dá)自動(dòng)化產(chǎn)品在竹節(jié)紗設(shè)備上的整合應(yīng)用，整套方案提供了較高的精度及分辨率，同時(shí)其SC系列PLC的高速計(jì)數(shù)功能，可使紡紗過(guò)程中的所有細(xì)節(jié)都處于監(jiān)控之下，并提供校正及完善的報(bào)警自診斷功能。

    方案還結(jié)合U盤為客戶開(kāi)放了4000個(gè)竹節(jié)工藝品種貨架，每個(gè)工藝品種可最多設(shè)置200組竹節(jié)工藝參數(shù)，并可隨意調(diào)用、存貯或修改，大大簡(jiǎn)化了操作流程，便于統(tǒng)一管理，同時(shí)提高了可靠性。

    綜上，整個(gè)方案實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的技術(shù)升級(jí)與高效節(jié)能，體現(xiàn)出臺(tái)達(dá)自動(dòng)化產(chǎn)品較高的性價(jià)比，值得業(yè)界同行借鑒和推廣。