高速紡絲卷繞機(jī)機(jī)電一體化技術(shù)探討

孫 鋒

（浙江恒逸聚合物有限公司,杭州 311209）

化纖工業(yè)的發(fā)展在我國起步較晚，所以需要引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行自行開發(fā)和研制高速紡絲卷繞機(jī)機(jī)電技術(shù)。高速紡絲卷繞機(jī)在高速紡絲系統(tǒng)的開發(fā)中顯得尤為重要。其中，把間接驅(qū)動改成直接驅(qū)動是目前高速紡絲卷繞機(jī)的發(fā)展前景。高速紡絲卷繞機(jī)應(yīng)具備在高速下順利卷繞的功能，以確保工序的后續(xù)工作順利進(jìn)行退繞。

1 高速紡絲卷繞機(jī)的發(fā)展情況

自從我國成功開發(fā)了高速紡絲卷繞機(jī)之后，開始生產(chǎn)并推行了民用長絲BW435、BW835、BW1235以及BWA1360等半自動以及全自動的高速卷繞機(jī)，卷繞速度相對較快，一般在每分鐘3000米-6500米范圍內(nèi)；上海某工程技術(shù)大學(xué)和上海二紡機(jī)股份有限公司共同研發(fā)了利用錠軸轉(zhuǎn)動和橫動轉(zhuǎn)翼全自動切換高速紡絲卷繞機(jī)（EJQ296型號），而且其卷繞機(jī)的控制技術(shù)也具備了知識產(chǎn)權(quán)[1]；上海某家機(jī)械制造公司也相應(yīng)生產(chǎn)了一系列全自動高速紡絲卷繞機(jī)（HWA8和JWA12型號）。目前，我國開發(fā)的這些全自動高速紡絲卷繞機(jī)在國內(nèi)的應(yīng)用水平以達(dá)到領(lǐng)先地位，這一技術(shù)的開發(fā)，證明了我國的技術(shù)發(fā)展水平在不斷提高，并可以不再利用進(jìn)口產(chǎn)品，進(jìn)行生產(chǎn)和應(yīng)用，不再被國外企業(yè)的高速紡絲卷繞機(jī)市場所壟斷。

2 高速紡絲卷繞機(jī)機(jī)電一體化的應(yīng)用技術(shù)

通過對國內(nèi)外的多種高速紡絲卷繞機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，其控制實(shí)施方案大概總結(jié)了以下幾種。

國外的高速紡絲卷繞機(jī)的控制方法主要有：主控計算機(jī)與變頻器控制系統(tǒng)相結(jié)合；主控計算機(jī)與微處理器以及變頻器的控制系統(tǒng)相結(jié)合。而國內(nèi)的高速紡絲卷繞機(jī)的控制方主要有：TP801單板機(jī)與步進(jìn)機(jī)電的控制系統(tǒng)相結(jié)合；嵌入式工控機(jī)（或單片機(jī)、可編程計算機(jī)控制系統(tǒng)）與變頻器的控制系統(tǒng)相結(jié)合[2]；工業(yè)級計算機(jī)作集散控制系統(tǒng)的上位機(jī)與嵌入式工控機(jī)（或PLC、單片機(jī)、PCC）作集散控制系統(tǒng)的下位機(jī)以及變頻器的卷繞機(jī)集散控制系統(tǒng)相結(jié)合。

以下分別介紹了德國馬格(barmag)公司的CW6型和日本兩家公司分別采用No.748型和No.768型高速紡絲卷繞機(jī)以及國內(nèi)的高速紡絲卷繞機(jī)一體化技術(shù)的應(yīng)用。

2.1 德國的應(yīng)用技術(shù)

德國巴馬格(barmag)公司采用CW6型全自動高速紡絲卷繞機(jī)，由于其具備全自動功能，因此其卷繞速度速度非常快，每分鐘可運(yùn)行6000米，而且生產(chǎn)的速度也比較快，每分鐘可達(dá)5000米以上，對其實(shí)施主要控制的是通過主控計算機(jī)和工作站微處理器（8個），在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的所有參數(shù)都是靠計算機(jī)系統(tǒng)來進(jìn)行出入或輸出的，包括兩個錠軸的傳動，是靠三相交流機(jī)電以及變頻器（都是獨(dú)立的）進(jìn)行控制。其中變頻器的開發(fā)是由該德國公司根據(jù)高速紡絲卷繞機(jī)進(jìn)行設(shè)計的，它的輸出設(shè)備是6個晶體管（IGBT型號），可以使變頻器的輸出速度更快，而且更精確，同時具備了一定的能夠與可靠性。而微處理器是靠速度脈沖信號來對錠軸進(jìn)行計算并對其運(yùn)行速度進(jìn)行有效控制，以確保絲餅的運(yùn)行速度相對穩(wěn)定。因?yàn)檗D(zhuǎn)翼本身具有特殊結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，所以需要通過電機(jī)來對其進(jìn)行帶動，轉(zhuǎn)翼的葉片是用來帶動絲束的來回移動。電機(jī)的控制是由獨(dú)立的變頻器來進(jìn)行的，運(yùn)行的速度可以根據(jù)情況而進(jìn)行調(diào)節(jié)。利用壓縮空氣來帶動接觸輥的驅(qū)動，其運(yùn)行速度也是可以根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)的。根據(jù)以上技術(shù)的應(yīng)用敘述中，可以看出整個操作系統(tǒng)的自動化程度非常高，因而實(shí)行系統(tǒng)的全自動技術(shù)，在工作效率、精度控制以及可靠性方面具有很大的優(yōu)勢。

2.2 日本的應(yīng)用技術(shù)

先介紹日本的村田機(jī)械公司，主要有NO.748和NO.768以及NO.778等系列高速卷繞機(jī)，其中NO.748型卷繞機(jī)，有8個絲餅，卷繞速度每分鐘可達(dá)7000米，屬于全自動高速紡絲繞卷機(jī) ，通過變頻控制對橫動裝置、錠軸和接觸輥以及切換轉(zhuǎn)盤等運(yùn)行情況。各個機(jī)電的運(yùn)行情況和運(yùn)轉(zhuǎn)速度都是通過計算機(jī)來控制的，而且可以對相關(guān)參數(shù)的設(shè)定值進(jìn)行儲存，其優(yōu)化選擇方式是通過計算機(jī)來進(jìn)行的。

再介紹日本帝人制機(jī)公司的NS-612型高速紡絲卷繞機(jī)，其絲餅的數(shù)量為12個，卷繞的速度也非常的快，每分鐘可達(dá)6000米，同德國某公司采用CW6型全自動高速紡絲卷繞機(jī)卷繞速度相同。這種機(jī)型僅靠計算機(jī)便可實(shí)現(xiàn)其卷繞參數(shù)的調(diào)整，就是在計算機(jī)中提前對卷繞條件進(jìn)行設(shè)定，根據(jù)改變橫動速度來對卷繞的張力實(shí)施調(diào)控。與此同時，隨著卷繞直徑的不斷擴(kuò)大，控制錠軸的轉(zhuǎn)速會越來越慢，從而使使其張力減到最小值，為了使卷繞的均勻性提高，需要用到先進(jìn)的控制系統(tǒng)（MACS），并可通過監(jiān)控器對所有的生產(chǎn)線進(jìn)行有效操控，該技術(shù)的應(yīng)用簡化了操作，提高了卷繞速度和操作效率。

2.3 國內(nèi)的應(yīng)用技術(shù)

我國在1994年就開始提出了各種相關(guān)系統(tǒng)控制的方法，例如采用嵌入式工控機(jī)或者是可編程計算機(jī)控制系統(tǒng)或是單片機(jī)等。不管是以摩擦式傳動還是以錠軸式傳動，其控制原理大致是一樣的。包括一種控制原理是選擇MCS-51型的單片機(jī)作為系統(tǒng)的中央處理單元，RAM等相關(guān)硬件位于擴(kuò)展片內(nèi)，是用來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測、數(shù)據(jù)計算以及系統(tǒng)控制；選擇用逆轉(zhuǎn)傳感器通過測速電路來對每個電機(jī)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行測速，而且需要以實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)速的設(shè)定來對PID控制算法進(jìn)行調(diào)用，如果想要使變頻器的頻率改變，可以通過計算機(jī)輸出實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)速度信號，來控制每個電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度；輸入和輸出的通道是利用光電耦合器阻止干擾的影響，同時通過電鍍的輸出進(jìn)行與PLC聯(lián)絡(luò)。

3 結(jié)語

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，高速紡絲卷繞機(jī)機(jī)電一體化技術(shù)也跟著逐步發(fā)展起來。根據(jù)有關(guān)企業(yè)對現(xiàn)場總線技術(shù)的廣泛推薦，對高速紡絲繞卷機(jī)機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制大多采用計算機(jī)進(jìn)行，通過單獨(dú)的變頻器對每臺機(jī)電進(jìn)行控制，從而達(dá)到與網(wǎng)絡(luò)信息化資源共享的目的。另外，為了是其技術(shù)更具優(yōu)越性，還需要提高卷繞機(jī)的運(yùn)行速度，應(yīng)用嵌入式控制系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)信號處理技術(shù)是高速紡絲卷繞機(jī)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方向，從而促進(jìn)高速紡絲卷繞機(jī)得到更好的發(fā)展。

[1]魏建,湯以范,顧鼎明.上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報[J].2011(01).

[2]魏建,吳奇昌.國家實(shí)用新型專利[J].2012.