主動(dòng)壓輥精密卷繞在撥叉卷繞機(jī)上的應(yīng)用

郭振興

北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司 北京101111

主動(dòng)壓輥精密卷繞在撥叉卷繞機(jī)上的應(yīng)用

郭振興

北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司 北京101111

本文主要概述了在撥叉卷繞機(jī)上主動(dòng)壓輥精密卷繞控制系統(tǒng)的構(gòu)成，主動(dòng)壓輥對絲餅底層絲的優(yōu)越性和絲餅卷繞時(shí)橫動(dòng)撥叉的控制方式。

主動(dòng)壓輥 精密卷繞 卷繞比

1 引言

隨著高速紡絲技術(shù)的發(fā)展，化纖機(jī)械日益向高速化、數(shù)字化、精密化方向發(fā)展。化纖生產(chǎn)廠家對絲餅的成型和退繞的要求越來越高，為跟上市場的需求，北京中麗制機(jī)工程技術(shù)有限公司推出了主動(dòng)壓輥精密卷繞控制系統(tǒng)的撥叉型卷繞機(jī)。

此種機(jī)型改變了傳統(tǒng)的壓輥驅(qū)動(dòng)方式，由原先的依靠卡頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)卡頭和壓輥之間產(chǎn)生的摩擦力帶動(dòng)，變?yōu)椴捎脝为?dú)電機(jī)主動(dòng)控制。這種控制方式減少了由摩擦力間接帶動(dòng)導(dǎo)致的壓輥轉(zhuǎn)速不穩(wěn)及精度低的問題。在改進(jìn)了壓輥轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式的基礎(chǔ)上，配合橫動(dòng)撥叉上使用的卷繞比控制技術(shù)，解決了底層絲過尾率低和絲餅出現(xiàn)疊絲退繞困難的關(guān)鍵問題，提高了絲餅的優(yōu)等品率。

2 卷繞機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成

（1）合信S7-200 CPU328 PLC：采集卷繞機(jī)上的各個(gè)傳感器信號，進(jìn)行邏輯運(yùn)算后輸出控制信號，控制卷繞機(jī)的邏輯動(dòng)作，以及同變頻器和上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊。

（2）明電舍的DSF2變頻器驅(qū)動(dòng)：對壓輥和兩個(gè)卡頭采取閉環(huán)速度控制，通過高速傳感器對速度采集運(yùn)算后，對電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。由于橫動(dòng)采用的同步電機(jī)，因此采用開環(huán)控制，根據(jù)設(shè)定的紡絲速度和卷繞角度，計(jì)算出對應(yīng)卷繞比，進(jìn)行對電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。

（3）上位機(jī)：對卷繞機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)的設(shè)定和監(jiān)控。

2.1 PLC的選擇

S7-200 CPU328 PLC是集動(dòng)作邏輯控制、變頻器驅(qū)動(dòng)控制以及信號傳輸接口等所需功能為一體的小型可編程控制器。主體標(biāo)準(zhǔn)裝備DI32點(diǎn)，脈沖輸入2電路輸入端子與DO32點(diǎn)的輸出端子，一個(gè)模擬量輸出口，以及2條線路的RS-422/485通信端口和1條RS-485自由口。PLC通過執(zhí)行用梯形圖與文本型語言編寫的程序，對目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行總體控制。

2.2 變頻器的選擇

DSF2變頻器是對壓輥電機(jī)、卡頭電機(jī)、橫動(dòng)電機(jī)速度控制的核心部分。有四個(gè)速度采集端口和一個(gè)與PLC通訊的端口。由高速傳感器對電機(jī)速度的反饋值和當(dāng)前紡絲速度的設(shè)定值，在變頻器內(nèi)部運(yùn)算后，對壓輥和卡頭電機(jī)輸出正確的速度值。橫動(dòng)控制采用卷繞比控制方式，通過卷繞角的設(shè)定，計(jì)算出卷繞比，卡頭和橫動(dòng)在一定直徑范圍內(nèi)，通過調(diào)整速度來保證卷繞比恒定。

3 卷繞機(jī)控制原理

3.1 卡頭工作原理

由圖1可知，當(dāng)機(jī)器啟動(dòng)卡盤BH1加速到初始卷繞速度后，疊加一個(gè)掛絲超喂（掛絲超喂為紡絲速度的百分比值），開始生頭掛絲。當(dāng)絲束進(jìn)入紙管的尾絲槽后，其速度降到卷繞速度，開始正常卷繞。當(dāng)卷繞時(shí)間快到時(shí)，卡盤BH2加速到卷繞超喂速度。這時(shí)，BH1也在卷繞速度的基礎(chǔ)上疊加一個(gè)滿筒超喂，當(dāng)二者的線速度相同時(shí)，兩卡盤進(jìn)行換筒切換。切換到上面的BH2逐步恢復(fù)到紡絲速度，進(jìn)入下一個(gè)卷繞周期，BH1開始減速停車[1]。

圖1 卡頭轉(zhuǎn)動(dòng)控制曲線圖

3.2 橫動(dòng)工作原理

上述方法對于絲餅的成型不是很理想，容易造成絲餅在后序退繞時(shí)出現(xiàn)斷頭，退繞不干凈等問題。而且在出現(xiàn)疊絲時(shí)還會引起機(jī)器震動(dòng)，影響機(jī)器使用壽命。

通過對卷繞控制技術(shù)加以改進(jìn)，采用精密的卷繞控制技術(shù)使橫動(dòng)的速度隨著卡頭的轉(zhuǎn)速變化而變化，保證卷繞比WN（其計(jì)算公式為：WN=BH÷TR）值不變。其工作原理就是通過高速測速傳感器，測出卡頭的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，絲餅線速度值不變，變頻器計(jì)算出卡頭轉(zhuǎn)速的變化曲線。如圖2所示，橫動(dòng)速度在一個(gè)卷繞比區(qū)間內(nèi)，按相同的比例值降低速度，從而保證卷繞比WH保持不變，當(dāng)橫動(dòng)速度降到最低后跳到下一個(gè)卷繞比。使絲束在絲餅上有規(guī)律的排布，避免了疊絲、斷頭等問題。

圖2 橫動(dòng)控制曲線圖

圖3 壓輥控制曲線圖

3.3 壓輥工作原理

底層絲質(zhì)量是影響產(chǎn)品品質(zhì)的重要因素。這是由于以前壓輥是靠卡頭的摩擦力傳動(dòng)，而改變摩擦力大小的方法就是增加壓輥與卡頭的接觸壓力。壓輥和卡頭接觸壓力過大或過小，都會對絲束成型有影響。

主動(dòng)摩擦輥就很好的解決了這一問題。通過對壓輥電機(jī)的閉環(huán)控制，使壓輥速度與卡頭速度相匹配，減少他們之間的摩擦力，使底層絲減少損傷，從而減少毛絲和斷頭的概率。

在卡頭切換且開始紡絲后，如果壓輥在紙管繞上絲之前接觸，壓輥和紙管有可能損傷，因此在接觸之前有一個(gè)短暫的延時(shí)，以保護(hù)壓輥和紙管。

4 主動(dòng)壓輥精密卷繞技術(shù)特點(diǎn)

（1）操作簡單，用戶只需設(shè)定紡絲速度、生產(chǎn)時(shí)間、泵供量等直接工藝參數(shù)即可。

（2） 橫 動(dòng)采用卷 繞 比[WN=BH(rpm)÷TR(rpm)=C]的 控 制 方式。并具有智能操作模式，在用戶給出諸如卷繞速度、動(dòng)程、各直徑段卷徑角等工藝參數(shù)后，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出各個(gè)階段卷繞比，以達(dá)到絲餅的良好成形及解舒性。

（3）由于使用精密卷繞，使絲束按照卷繞比的計(jì)算排布很均勻規(guī)范，減少疊絲的概率，從而減少機(jī)械振動(dòng)的問題。

（4）壓輥的速度可調(diào)控，根據(jù)工藝要求可以滿足壓輥與卡頭的速度差。

（5）壓輥與卡頭之間不需要像被動(dòng)壓輥一樣的很大接觸壓力，能更好的控制絲餅的成型。

5 社會效益

主動(dòng)壓輥精密卷繞控制系統(tǒng)，適應(yīng)了新型的全自動(dòng)高速卷繞機(jī)的技術(shù)發(fā)展方向，其具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能穩(wěn)定的特點(diǎn)和較高的技術(shù)含量，降低客戶的升級改造成本，以及后續(xù)維護(hù)成本和生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，保障了市場對產(chǎn)品品質(zhì)的更高要求。在化纖市場從要求產(chǎn)量到要求質(zhì)量的大背景下，保障了客戶產(chǎn)品在質(zhì)量上的競爭力，得到了客戶的認(rèn)可。

[1]魏建.化纖長絲緊密精密卷繞的控制技術(shù)[J].中國紡織大學(xué)學(xué)報(bào),1998,24(1):30-33.