台达工控产品在粗纱机上的应用

1  引言
    近十多年来，我国纺织机械行业的自动化水平有了明显提高，在新型纺织机械上普遍采用了自动化技术。这项技术的内容包含了先进的信息处理和控制技术，即以计算机为核心，由PLC、工控机、单片机、人机界面、现场总线等组成的控制系统；先进的驱动技术，有变频调速、交流伺服、步进电机等；检测传感技术和执行机构等。采用触摸屏人机界面，操作简单方便；变频调速降低了设备的噪音和功率，减少了机械损耗，并且随着业内人士对纺织工艺的更深入了解，粗纱机的功能更加完善，使国产粗纱机比进口粗纱机更加适合在国内应用。棉纺织设备较有代表性的机电一体化产品，例如新型的粗纱机，应用了自动化技术后机构简化、性能改善、质量提高、操作方便，提升了设备的档次和水平。
2  台达自动化产品的介绍
    随着自动化产品的发展，台达已由单一的变频器生产研发厂家发展到现在能为客户提供plc、温控器、计数器、人机界面、变频驱动器、伺服驱动器、数控系统等多元化产品，在冶金、纺织、医药等几十个行业都有更广泛的应用。尤其在纺织行业占据了很大的市场份额。
    河北太行纺机公司是生产纺织机械的专业企业，有多种机型采用了台达成套解决方案，包括精梳机fa298a、并条机fa361a、粗纱机fa421a/thfa4421、细纱机fa561a等关键纺织设备。台达产品和成套解决方案既为该公司生产品质提供了技术保证，也提升了企业的产品价值与综合竞争力。
3  系统开发的简介
3.1 硬件构成
    (1) 控制的核心部件是plc，在整个控制系统起着举足轻重的作用，选型的时候要考虑其存储容量和处理速度。根据控制要求需要的输入24点、输出24点，并且需要两个通讯端口，其一为rs485通讯端口，用来控制时时给定频率，以达到电机的时时速度控制的目的，还要根据纺纱工艺要求写入变频器的参数；其二连接上位机触摸屏(hmi)，实现人机对话。依据上述要求选型，主模块为dvp32e(数量1个)，扩展模块为dvp08(数量2个)。
    (2) 整合计算整机的实际功率为8-9kw(每台设备安装时的机械间隙不一样，导致设备的实际功率也有所不同)，选用10kw的电机，驱动变频器选型为vfd150b43a，遵循适当放大的原则。这样可以有效地抑制新设备在最初运行时由于机械没有磨合好产生的误报警。
    (3)人机界面的选择很重要，它是人机交流的主要途径。每天设备和人接触最多的就是人机界面，它不仅要求外型美观，而且还要耐用，在纺纱厂这样环境比较恶劣的条件下能够保障24小时无故障长时间运行。台达dop57std界面为蓝白双色，色调柔和，性价比高，是个很不错的选择。
    (4) 控制框图如图1所示。

图1  控制结构图
3.2 功能介绍
    在80年代我国悬锭粗纱机已经广泛地使用了变频调速技术，但当时由于plc在纺织领域没有很广泛的应有，所以在粗纱机功能上也没有深入的开发。随着工控产品本身功能的增强和对纺织工艺更深入的了解，粗纱机的功能有了新的开发。
    (1) 通讯参数写入
    虽然现代变频器被更广泛地推广，但由于有些纺纱厂的技术力量薄弱，对变频器的参数设定有一定的难度，纺织工艺的变动，往往需要设备生产厂家的技术工程师来更改，这样既耽误生产，又增加了售后服务成本。基于这点考虑开发的变频器参数通讯写入，只需在人机界面修改参数，点击写入即可，既方便又降低了操作难度。
    (2) 定位停车
    在粗纱机生头、断纱接头时，都需要把锭翼停到一个固定的角度，这样挡车工才易于操作，在早期的粗纱机是没有定位停车功能时，需要挡车工手动扳动锭翼，这种错误操作往往对纱线的质量产生破坏。定位停车功能就能解决这个问题，当粗纱断纱报警停车时，锭翼停在一个易于接头的角度，不用再手动扳动锭翼，降低了劳动强度，提高了纺纱质量。
    (3) 无极调速
    由于锭翼通道对速度的变化产生的摩擦力是不一样，速度的大幅跳跃会对纱线的张力产生很大影响，本功能是根据纺织工艺的要求，在小纱低速时逐渐调高输出频率，中纱恒速，大纱逐渐降低速度，每次根据换向次数跳动很小的频率，使变化频率不造成对纱线张力的负面影响。
4  软件开发
4.1人机程序的开发
    人机界面开发要遵循简单明了、易于操作的原则，实现数据的监控，主要包括监视画面、ccd张力控制画面、运行控制画面、参数设置画面、班产数据画面、输入输出点监视画面、帮助画面。主要画面参见图2、3、4。

图2  监视画面

图3  运行控制画面

图4  变频器参数写入画面
    (1) 监视画面
    根据纺纱工艺要求，有些数据要随时能查看，例如一落纱长、纺纱定长、纺纱速度、罗拉转速、锭翼转速等，把这些数据放在同一画面方便查看。
    (2)运行控制画面
    粗纱机所有的控制操作都能在此画面上实现，包含起动、点动、停止和落纱三自动的实现。
    (3) 变频器参数写入画面
    设置好变频器参数点击      后此按钮就会显示        ，等待大约10s后，参数设置完毕，按钮状态恢复。
4.2 plc程序的开发
    按照工艺要求和功能的构思，规划好每个输入输出点的含义后就是程序的编制，考虑到程序的容量和开发程序的简洁易读性。该程序大量应用了子程序，程序分块结构，方便程序的修改和查找。
    ● p0：变频器参数写入，在执行变频器参数写入时调用该子程序；
    ● p1：即时给定频率，变频器输出频率根据粗纱换向次数来给定，按照升速曲线来变换速度；
    ● p2：落纱三自动。程序收到满纱信号后，调用落纱三自动子程序。给松皮带信号→松紧皮带电机正向起动→松皮带到位接近开关亮→松皮带电机停止运转→步进电机反转起动复位皮带→皮带复位行程开关打开→步进电机停止运转→下龙筋升降电机正向起动→下龙筋超将到位→下龙筋升降电机停止；
    ● p4：密码验证程序。需要密码进入工艺参数设置画面，设置参数时调用密码验证子程序，密码验证通过才能进入。
5  结束语
    随着工控产品的高效、成熟以及技术价值的日益提高，纺织机械自动化程度也越来越高，但设计的出发点还要以用户感到简单、好用为根本，厂商应在不增加系统硬件的基础上尽量开发既结合工艺又实用的功能，使我国的纺织机械向更高水平发展。
参考文献(略)