施耐德PLC在紧密纺细纱机中应用方案

1、引言
细纱工序是成纱的最后一道工序，是将粗纱进一步牵伸30～50倍并加捻，纺成具有一定特数、符合相关质量标准的细纱，供捻线、机织或针织使用。纺织厂生产规模的大小是以细纱机总锭数表示的；细纱产量是决定各工序数量的依据；细纱的质量水平、原料物料耗电量等指标、劳动生产率等是技术和管理水平的体现，因此，细纱工序在纺织厂中占有重要的地位。
传统细纱机的牵伸原理与粗纱机基本相同，而卷绕和加捻则是由钢领和钢丝圈来完成的，所以称为环锭细纱机。环锭细纱机和传统粗纱机一样由一台电机传动，通过齿轮箱变换各机构需要的速度。在环锭细纱机各组成部分中，牵伸系统是反映细纱机性能和影响纱线质量的最关键因素，而新型的紧密纺纱技术通过对牵伸部分进行创造性改造，将牵伸区和集合区分离，在环锭纺罗拉牵伸与加捻之间叠加对纤维须条的气动凝聚或集聚技术，增加了须条的紧密度，毛羽减少约20％，强力则提高约10％，同时，条干均匀度、机器效率等也有不同程度的提高，不仅可以降低加工成本，同时可以减少后加工工序。紧密纺的另一优点是与原细纱机完全一致，只多出一对集聚罗拉，在原环锭细纱机上也可进行改装，具有广阔的市场前景。
紧密纺细纱机的控制系统较环锭细纱机复杂许多，首先是前后罗拉的严格同步，实现牵伸倍数和捻度的精密控制，保证高支数纱线的成纱质量；其次是通过取消钢领板的传动齿轮，采用先进的伺服控制技术实现卷装的电子成形技术，从而实现了机械机构的简化、生产速度的提高、以及纱线支数和管纱成形的自动调节。
2、控制系统方案
在紧密纺细纱机的控制系统，我们采用了三套施耐德电气公司的Twin Line系列伺服驱动系统和无刷伺服电机，分别控制前、后罗拉以及钢领板；采用两台ATV31系列变频器，分别控制主传动电机和风机；整个系统采用Micro PLC控制，同时采用XBT-G 5.7”黑白触摸屏进行系统操作和监控。

3、控制系统简介
Micro系列PLC是施耐德电气公司推出的具有强大处理能力和较大的存储空间的中小型PLC(I/O点最多256点)，采用灵活的模块化设计，结构紧凑，为要求精密功能(PID调节、高速计数、精确定位、人机对话等)的复杂机器提供经济型的解决方案。Micro PLC内置人机界面接口和多种通讯扩展接口，易于实现与其它设备的连接；高密度的应用(64点I/O模块等)使Micro PLC成为最紧凑的控制器。
Micro PLC编程软件与Premium PLC兼容，具有中型PLC同样的通讯语句、PID调节语句、各种运算语句等精心设计的功能函数，和在线修改等高性能的调试诊断工具，极大地丰富了Micro PLC的应用范围，减少了系统设计的时间。
Twin Line系列是施耐德电气公司推出的宽范围的伺服驱动器和无刷伺服电机产品，集成了先进和优化的无刷电机控制技术，并具备IEC 61131-3标准的编程功能和各种开放的接口，通过脉冲/方向、I/O或现场总线等方式控制，电机功率范围为0.3～13.8 Nm，速度范围为4500～12000 rpm，可以灵活满足各种实时应用要求，实现经济化、智能化的应用解决方案。
通过Micro PLC准确的运算和高精度的模拟量输出，控制Twin Line系列伺服系统，可以实现紧密纺细纱机所要求的前、后罗拉精密同步、以及钢领板电子成形；Micro PLC的内存扩展功能也为紧密纺细纱机控制所需的大容量数据存储区提供了有力的保障。
ATV31系列变频器是最新推出的、ATV28系列变频器的升级产品，功率范围从0.18～15 kW，有6个逻辑输入口、3个模拟输入口、1个逻辑/模拟输出口和2个继电器输出口。ATV31系列变频器具有可靠性高、结构紧凑、便于使用等特点，内置A级EMC滤波器，集成了Modbus和CANopen两种工业现场总线，提供电机和变频器保护、加/减速斜波、16段预置速度、双极(±10V)信号给定、PI调节器、制动顺序、以及横动控制(Traverse Function)等众多功能，可以很好地满足各种机械的应用要求。
4、细纱的电子成形控制
细纱的管纱如右图所示，分管顶、管身和管底三个部分，卷绕形式采用圆锥形交叉卷绕形式(又称短动程升降卷绕)，同一层纱各处的卷绕直径不同，以实现退绕时纱可从管顶抽出而管体不转动，适应高速退绕的目的。
卷绕成形运动由两个运动组合而成：
. 圆周运动：电动机通过锭带拖动筒管恒速转动
. 轴向移动：钢领板短动程升降运动引导纱在卷绕面上均匀分布
其中：
. 卷绕转速(nW)=锭子转速 - 钢丝圈转速 ? v/(pdx) (v：前罗拉线速度，dx：筒管的卷绕直径)
. 钢领板升降速度(vR)＝= D * nW (D：卷绕节距)
因此，在细纱的电子成形控制中，采用伺服系统控制钢领板短动程升降运动，根据前罗拉的出线速度和纱线的粗细度设定卷绕节距和成形高度，计算出纱线在管身和管底卷绕所须的钢领板升降速度；通过编码器检测钢领板的位置，由PLC输出相应的速度信号给伺服系统，实现细纱的电子成形。
5、结束语
本系统采用施耐德全套解决方案，具有以下几大优点：
(1) 人性化的编程软件，减少了客户工作量。
(2) 优化的闭环控制系统，降低成本，提高了质量。
(3) 由于成形时，要求纲领板的速度始终在变化，要求PLC具有快速运算能力及输出，Micro PLC运算指令丰富，支持浮点数运算，能够快速及时地控制纲领板的速度，以保证成形精度。
(4) Micro 高速计数可达500KHZ，能够满足高精度测速的要求。