1 前言

　　近十多年来，我国纺织机械行业的自动化水平有了明显的提高，在新型纺织机械上普遍采用了自动化技术。自动化技术是一门综合性技术，它和控制论、信息论、系统工程、计算机技术、电子学、液压气压技术、自动控制等都有着十分密切的关系，而其中又以控制理论和计算机技术对自动化技术的影响。随着科技的不断发展进步，各种食品加工品的出现，对包装技术和包装设备都提出了新的挑战，包装自动化技术在流通领域中发挥着越来越大的作用。目前包装机械竞争日趋激烈，未来的包装机械将配合产业自动化趋势，促进包装设备总体水平提高，发展多功能、高效率、低消耗的包装设备。机电一体化是未来包装机械发展的趋势。一个完整的机电一体化系统，一般包括微机、传感器、动力原、传动系统、执行机构等部分，它摒弃了常规包装机械中的繁琐和不合理部分，而将机械、微机、微电子、传感器等多种学科的先进技术融为一体，给包装机械在设计、制造和控制方面都带来了深刻的变化，从根本上改变了包装机械的现状。 目前包装机械厂家普遍使用PLC动力负载控制器，虽然PLC弹性很大，但仍未具有电脑（含软件）所拥有的强大功能。未来包装机械必须具备多功能化、调整操作简单等条件，基于电脑的智能型仪器将成为食品包装控制器的新趋势。

　　近几年来，重定量高效工艺的广泛应用，使得纺纱新技术推向了更高的发展水平，本文阐述整合DVP系列 PLC和变频器等台达自动化产品的某型粗纱机控制系统，设备应用高效纺纱工艺技术，不仅提高了设备的生产效率，而且完善了控制系统技术配置方案，提高了粗纱机设备工作稳定性和高效性，同时改善了纱锭产品的质量，也体现了控制系统较高的性价比，值得同行推广应用。

　　2　工艺分析

　　某型粗纱机运用了高效工艺以及配置技术参数合理选择，进行了精细剖析并经过实验优化出恰当的工艺技术参数，合理配置粗纱定量、粗纱后区牵伸倍数、罗拉隔距、上罗拉定位、粗纱捻系数、钳口隔距等高效工艺参数是改善粗纱条和提高成纱质量的保证。

　　其技术特性如下：

　　适纺线密度（tex）            200-1250

　　适纺纤维长度（mm）          22-65

　　牵伸倍数（倍）               4.2-12

　　机械锭速 （r.min-1）      1600

　　工艺锭速 （r.min-1）      1200

　　捻度范围     （捻/m）        18-80

　　卷装尺寸（mm）              ф150×400

　　锭距（mm）                     220

　　牵伸形式                     四罗拉双短皮圈

　　加压形式                    TexParts PK-1500或YJ4-190×4

　　下罗拉直径（mm）           ф28.5   ф28.5   ф28.5   ф28.5

　　皮辊直径（mm）             ф28    ф28    ф25    ф28

　　3　控制系统

　　3.1 控制系统配置

　　技术方案配置详见表1所示：

　　表1  技术方案配置表

　　上述表格仅列举出控制系统主要元器件，此外还包括低压电器（低压断路器、电磁接触器、电磁继电器、储能直流电容器、按钮、指示灯等）、检测传感器（接近开关、行程开关等），此处均不予赘述。

　　3.2 控制系统原理及框图

　　控制系统上位机采用台达10.4寸65536色真彩触摸屏，人机界面通过COM1通讯口以RS232C方式和下位控制器PLC进行实时通讯，实现粗纱机设备运行参数信息显示，运转参数指令输入，设备报警信息显示等功能；下位控制器PLC执行用户逻辑梯形图程序，根据设备工艺技术条件，采集输入点数字量信号，程序处理执行后，刷新输出点状态，执行相应输出动作，通过PLC自身集成的COM2通讯口以RS485方式向台7.5KW的变频器发送频率命令，PLC高速脉冲输入接口同时接收7.5KW变频器拖动主电机轴端的编码器脉冲信号，采集高速脉冲信号PLC程序进行运算处理；7.5KW主电机轴端编码器脉冲输出信号同时驱动第二台2.2KW卷绕变频器，2.2KW卷绕变频器集成速度闭环PG卡，自身构成闭环速度控制系统，PG反馈卡接收7.5KW主电机编码器的脉冲输入作为频率指令来源，PG卡分频输出自身编码器高速脉冲信号给第三台1.5KW升降变频器；1.5KW升降变频器集成速度闭环PG卡，自身构成速度闭环控制系统，PG反馈卡接收2.2KW卷绕电机编码器的脉冲输入为频率指令来源。

　　值得一提的是，编码器信号输出类型选择为差分信号线驱动型（Line Driver），台达DVP32EH00M型号PLC可以直接接收线驱动差分形式的高速脉冲信号，PG速度闭环反馈卡也选择接收差分形式脉冲信号，采用线驱动差分形式的高速脉冲信号有效地克服了工业现场各类杂讯干扰导致高速脉冲信号丢失或者失真的现象。控制系统原理框图如图1所示：

　　图1 控制系统原理框图

　　3.4变频PLC技术的运用

　　该型高速悬锭式粗纱机采用了PLC作为主控器，三轴联动的变频传动技术，三电机联动传动分别由两条H型同步带传送，其独特的传动技术特性使该机经过变频调速实现不同的锭子速度和罗拉速度，完成牵伸和加捻工艺；控制龙筋升降速度以及主轴恒速与相关的分速度合成的卷绕速度使其完成了成形和卷绕任务。PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程。也是公共有限公司、电源线车等的名称缩写。PLC可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的部分。 早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,plc自1966年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。

　　3.5自由换向技术的运用

　　该型粗纱机取百家之长自主开拓了自由换向PLC控制程序，使升降变频电机的转向实现了纺纱过程的自由换向，百毫秒的换向时间达到了快速自由换向的技术要求。

　　3.6 D型牵伸的运用

　　该型粗纱机采用了四罗拉双短皮圈的D型牵伸型式，在三罗拉双短皮圈的牵伸型式的基础上，在前方增加一对集束罗拉：即在前罗拉和二罗拉之间形成了一个整理集束区，该区加装了集合器这样就使二、三罗拉之间成为主牵伸区，三、四罗拉之间成为后区副牵伸区，因此使牵伸和集束整理用途区分开来。

　　3.7 设备意外断电停机处理

　　由于粗纱机使用现场电源可能会出现意外停电，如果设备没有后备电源，那么设备意外停机时，PLC、HMI和变频器瞬间掉电会使设备驱动电机以自由停车方式运行，此时控制系统无法记忆当前运行位置信息和运转参数信息，再次启动系统会出现参数混乱情况，所以粗纱机系统势必要加装电源储能装置，以备在电源意外断电情况下释放电能，保证PLC、HMI和变频器在设备正常停车之前电源稳定供应。考虑到经济成本，采用直流大电容作为储能元件要比选用大功率UPS节省成本，而且UPS的响应时间要比电容器长，综合考虑采用大容量直流电容器作为储能元器件，实践证明完全满足技术要求，电源停电后，通过大容量电容器释放电能供给PLC和变频器，PLC能够持续运行60S，变频器也能够持续运行50S，这些时间足够有效处理意外停电后设备正常停机工艺动作。需要注意的是，对于台达PLC直流供电，直流电源正极接到N端子，直流电源负极接到L端子；而对于三台变频器则要求共直流母线DC-BUS，也就是三台变频器直流母线并联在一起，统一连接在大容量储能电容器组件上面。

　　4 变频器调试后参数：

　　（1）主电机7.5KW变频器参数调整如表2所示：

　　表2  主电机7.5KW变频器参数调整

　　（2）卷绕电机2.2KW变频器参数调整如表3所示：

　　表3  卷绕电机2.2KW变频器参数调整

　　（3）升降电机1.5KW变频器调整参数如表4所示：

　　表4  升降电机1.5KW变频器调整参数

　　5 结语

　　为客户提供具有良好性价比完美整合方案是中达电通的营销策略，提供稳定可靠的系统集成解决方案是服务客户的保证，此次粗纱机自动化控制系统整合应用台达HMI、PLC、变频器等自动化产品，为客户开发了一套稳定可靠的系统，不但能够满足客户纺机设备工艺要求，而且更提高了纺纱产品质量和设备的工作效率，受到了客户和使用单位极大认可，客户称此次粗纱机技术改造成功后，经过工厂测试获得成功，后续还会采用这个成熟的技术方案进行批量生产设备，再次证明中达电通是客户值得信赖的合作伙伴。