台达机电一体化技术的高速并条机设计

1 引言
棉纺工程中的并条过程是现代纺纱技术提升纺纱质量的关键工艺。并条工艺输入的原料是来自前端梳棉工艺段的具有纱条初级形态的“生条”，并条工艺成品是经过并和、牵引、混合、成条四项工艺处理过的“熟条”。“熟条”通常经过盘条后由送交后端粗纱机。机电一体化并条机的关键技术是解决并条速度与并条质量的矛盾，又好又快的加工“生条”。
本项目研发的自动化高速并条机主要应用于76mm以下精梳、普梳棉、化纤和混纺工艺的并合牵伸，以提高棉条长片段均勻度及纤维的伸直平行，使不同品质的纤维在棉条中的混合更均勻。一般用于精梳机后一道工序，具有较好的熟条质量，尤其是表现在降低重量不匀率，改善条干cv（混合均匀度）值等方面均有明显效果，其质量指标达到或者优于相关国标要求，对后续粗纱机、细纱机与自动络筒机的成纱品质带来很大帮助。
2 工艺原理
并条工艺简要概括为并和、牵引、混合、成条4项功能。由于梳棉机生产的生条不匀率很大，纤维排列紊乱，直接纺成细纱质量很差，通过上述步骤有效改善条干均匀度即纤维状态。
(1)并合：将6～8根棉条并合喂入并条机制成一根棉条；
(2)牵伸：将棉条拉长拉细到原来程度同时改变纤维状态，可以有效地控制熟条定量；
(3)混合：用反复混合的方法进一步实现单纤维的混合，保证棉条的成分均匀，稳定成纱质量；
(4)成条：将制成棉条利用圈条盘有规则地放在棉条桶内，便于搬运，供下道工序使用。
3 项目设计
3.1设计概述
目前国产新型高速并条机设计速度一般在600～800m／min或以上，实际开車速度多在360～420m／min，国产新型高速并条机目前大多为双眼出条，少数采用单眼结构但是多用于配置瑞士乌斯特自调匀整系统的机型。新型高速并条机做了较大电气的变化，取消了原来一些机械结构，使用大量的电气控制，使机器性能大幅提高，新型高速并条机外观如图1所示。

图1 新型高速并条机
3.2设计项目
双眼输出；适纺纤维22～76mm；最高机械速度800m／min；采用开环控制的自调匀整系统，实现短片段的自调匀整，可改善棉条的不匀率和条干cv％值，加工出优质纱条；大量采用同步带传动，实现“无间隙”传动，噪声低，稳定牵伸，降低出条不匀；左右眼除自动换筒外其余均单独传动，可消除对牵伸传动的干扰；三上三下附导向皮辊压力棒双区曲线牵伸，上清洁采用回转绒布带或浮动金属棒、下清洁采用往复摆动式丁腈刮圈清洁装置；加压有气动加压和弹簧加压两种方式由用户选用，气体加压压力可调节；运用了可编程序控制器（PLC）、触摸屏显示、变频调速等技术，预留中央网络接口，可实现故障远程诊断；主电机变频调速，可实现平稳启动，加减速时间可调，自选最佳起动状态；液晶触摸屏显示实现人机对话，有中英文两种方式任选；加压摇架起落由气缸完成，按钮操作，圈条、前区、后区和导条四大张力牵伸均可实现多级调节，且无键连接，提高了适纺性能；吸风、上、下各由单独气管与吸棉箱联接，棉箱内自动拨落棉，保持吸风均匀，不会因落棉积聚过厚而影响吸风效果；具备自动剥棉、自动释压、自动换筒、自动润滑等功能 ，免去工艺变换轮，维护操作简单方便；自动换筒设有积极式断条机构，功能可靠；关键零件加工工艺先进，采用高精度是高质量熟条的保证；产品外型新颖美观。
4 基于台达机电一体化技术的高速并条机
新型高速并条机采用全系列台达机电一体化技术，实现单一自动化平台工艺控制过程。控制系统框图如图2所示。项目由dvp60es00r2型plc负责控制全机的运行，同时配备dopa57gstd或者dopas57bstd型号触摸屏，plc与触摸屏之间采用rs232方式通讯，运用中文与图形符号显示产量、条速、转速、定长、班次等参数，并对出现的故障进行实时显示，使控制更加人性化，即利于全机的操作，也方便了管理，而plc与伺服驱动器以及e系列变频器之间通过modbusrs485方式实现数据交换和通讯控制。

图2 控制系统框图
本机主传动即一罗拉采用台达vfd055e43a型变频器驱动变频电机，通过台达es3-06cg6941型光学编码器将转速信号送到后级台达asda1521ma型伺服驱动装置，由伺服电机驱动二三罗拉运行，其中伺服接受编码器脉冲信号由plc依据标准定量与检测定量的差值运算结果后通过modbus总线方式发出指令，改变伺服电子齿轮比，从而达到动态改变牵伸比的目的，直到检测定量符合国标工艺要求。
项目实现以前的机型基于单板机控制，数码管显示，系统操作界面麻烦，电控系统的稳定性导致经常更换电路板。现在把台达的人机界面、es系列可编程控制器、变频器与伺服驱动器、编码器等应用在并条机控制上大幅度提高了机器的可靠性，因为不再需要先前的轻重牙齿轮机械装置，只需动态改变伺服电子齿轮比即可实现总牵伸倍数的改变，从而使得机器系统简洁可靠，操作维护简便，在变更生条种类时牵伸倍数由机器自适应调整，体現了在oem设备上台达产品整合的优势，贮存和显示內容广泛，自调勻整，张力控制，轻松实现班产/总产量自动统计，数据掉电保存等系統功能。
5 结束语
该纺机厂该机型自从2007年5月份在江苏江阴宇华化纤有限公司试用成功以来，由于产品良好的性价比，在国内诸如福建金源纺织、四川天娇纺织、荆门纺织等多家纺织企业进行大量的推广应用，截至如今已有120多台机器投入商用，产品受到纱厂欢迎，市场反映良好，为纺机厂带来了显著的经济效益。
作者简介
魏新平 工程师 现任职于中达电通公司武汉机电处，负责产品应用项目的开发。