拉絲機速度模型的建立及在PLC中的實現

丁旭東

摘要：介紹玻纖紗拉絲機機頭速度，排線橫移速度模型的建立，以及在PLC程序中的實現。

關建詞：速度模型;PLC;拉絲機

1? 概述

玻纖拉絲是將池窯里的液態原料通過白金漏板拉出成不同號數的玻璃纖維，為了保證拉出的紗號數均勻，在控制中需盡量保證拉絲線速度的恒定。按照拉絲工藝的要求，拉絲的成形基本都為一定高度的圓柱形（或接近于圓柱形），這就必須要求我們拉絲時的卷繞轉速隨著直徑的增加而減小，以實現恒線速度的卷繞;同理在卷繞過程中，靠著機頭的排線機構為了保持壓輥與紗團的距離，也需要隨著直徑的增加還減小后退速度。在實際PLC程序的控制中，對于卷繞速度和橫移后退速度必面建立合理的數學模型才能進行精確計算，下面將詳細介紹這兩個速度模型的建立。

2? 玻纖拉絲的特點

玻纖拉絲是將池窯中的玻璃液通過漏板拉出成玻璃纖維，他與傳統的紡織化纖拉絲有本質上的區別，他在成絲之前是液態的原料，在生產開始后，不管拉絲機有沒有運行，液態的原料都會從漏板中漏出，我們稱之為漏板流量，這個流量在漏板溫度調節下基本恒定，是玻纖拉絲中的一個最大特點，同時也是速度模型建立中的重要參數。

3? 拉絲機頭速度模型的建立

如下圖1-1所示，這是一臺自動換筒拉絲機的結構示意圖，其中的機頭系統部分是兩個圓柱形主軸，最后拉出的紗團也是一定高度的圓柱形，按照拉絲的工藝要求，機頭在拉絲時應保持線速度的恒定，由于生產中漏板流量是相同的，通過分析我們可以了解保持拉絲的線速度恒定其實就是為了保證拉出的紗線粗細相同，專業術語就是TEX號數保持相同。這就可以給我們提供解決建立機頭轉速數學模型的思路，即單位時間里漏板流出的重量等于拉絲機拉出紗的重量，通過計算機頭上的紗團重量來計算出實時的紗團直徑，從而確定實時的機頭轉速。

3.1紗團結構分析及機頭轉速計算方程的建立

根據上面提供的思路，我們只要計算出每個時間點t紗團的直徑，就可以換算出這個時間點的機頭轉速。如下圖1-2所示，卷繞機頭的直徑為d，每個時間點t時的紗團外徑為D，此時可以計算出：

我們知道W1與W2是相等的，所以有等式：

我們可以求得任何拉絲時間t時紗團的實際直徑為：

有了紗團的直徑就可以算出此時的機頭轉速，為了增加精度，計算時我們取t時間的下一秒作為計算對象，這時紗團直徑增加量非常小，在計算中忽略不計，我們可以得到以下等式：

上面方程2等式的左邊是紗團1秒鐘繞起的紗的長度，右邊為漏板1秒種漏下號數為Tex大小的紗的長度。再結合上面的方程1，我們可以求得機頭轉速n與拉絲時間t的方程式，這個就是拉絲機頭轉速的數學模型：

3.2排線橫移分析及后退速度計算方程的建立

排線橫移機構是為了保證排線器與紗團外層的距離不變，位置結構見圖1-1，它的后退速度實際就是紗團半徑的增加速度。通過分析我們可以發現，其實半徑增加速度與轉速存在線性關系，為了簡單在分析時我們可以假定紗團高度即為一根紗的厚度。那么機頭每轉一周紗團半徑就增加一根紗的厚度，機頭速度的快慢完全決定了橫移后退的速度，這樣我們只要計算出橫移在拉絲開始時的速度V0就可以按機頭轉速下降曲線計算出實時的橫移后退速度V，同樣在計算中我們還是假定在開始拉絲的第一秒內紗團半徑的增加即為橫移啟始速度V0，可以推導出以下方程式3

通過解方程3可以得：V0=由于速度不可能為負，所以可得橫移的啟始速度應為。由此可得橫移速度：

4、速度數據模型在PLC中的實現

由于PLC編程中數學公式的限制，我們在進行計算時可以將公式分解成最小單位的加減乘除，平方開方等進行一步步疊加運算，將各個速度的模型用一個子程序保存，使用時直接調用即可，為了更接近實際工藝，還可以對速度模型添加調整系數。在速度輸出的執行機構方面，全部采用PLC直接與伺服通信的方式完成，保證高的精度與可靠性。