新型捻线机多参数控制系统研究
作者：管理员 发布于：2015-12-28 17:09:01
摘要：为了保证纱线加捻过程中卷取成型良好和张力恒定，针对传统捻线机机械传动系统复杂特点，提出新型捻线机多电机控制系统，建立纱线运动数学模型。在PLC的控制协调下，该系统采用一个异步电动机实现锭子加捻运动、一个异步电动机实现卷取运动、两个伺服电动机实现导纱运动，这些运动控制由RS-485通讯实现。捻线机的主要参数如捻度、捻向、卷取角、锭速等参数通过触摸屏实时显示和监测。实践证明多电动机系统简化了机器机构，而且控制系统简单可靠、纱线卷取成型良好。
0 引言
国内外传统捻线机大多采用单电动机传动系统，传动路线长、结构复杂。其捻度由更换捻度齿轮改变传动比得到，捻向通过改变电动机转向得到S捻和z捻，卷取运动和往复导纱运动是通过齿轮、凸轮分级传动实现。这样，捻线机实现了锭子加捻运动、卷取罗拉的卷取运动和导纱嘴往复导纱运动。当前，随着机电一体化技术的发展和劳动力成本的提高，多电动机传动已成为捻线机的发展趋势。本文根据捻线机传动系统特点，提出一种基于PLC的捻线机的多参数控制系统，能满足捻线机正常的工艺要求。
1 新型捻线机多电动机控制系统方案
在本文中，捻线机的加捻运动、卷取运动和导纱运动分别采用异步电动机和伺服电动机传动。
该控制系统主要采用PLC、触摸屏等组成。锭子的加捻运动由主电动机通过龙带切向传动，该电机为交流异步电动机，即主电动机;卷取运动由卷取电动机驱动卷取罗拉实现，该电动机同样采用交流异步电动机，往复导纱运动分别由两个伺服电动机驱动滚珠丝杠、左右导纱嘴实现。四个电动机的运动由PLC协调控制捻线机的主要参数如锭速、捻度、捻向、卷取角等参数通过触摸屏实时显示和监测，纱线的加捻、卷取和导纱等关键运动得以实现，加工纱线符合工艺要求的捻度、捻向、卷取角、卷筒成型。与传统捻线机相比，这种新型捻线机摒弃传统凸轮导纱机构、捻度变换机构、机械式防叠和防凸边、硬边机构，传动路线缩短，机构设计简单、合理。
2 捻线机主要参数和运动数学模型的建立
2.1 锭子加捻数学模型
纱线加捻由主电动机通过龙带高速切向传动锭子转动，纱线在锭子的出口和导纱钩之间获得捻度。由纺纱工艺加捻理论可知，捻度的确定与锭子转速n锭、卷取罗拉转速n卷有关。也就是在锭子速度确定后，纱线捻度的大小可通过改变卷取电机转速来实现，无需更换捻度变换齿轮，这样，更换品种方便。
2.2 纱线卷取运动数学模型
捻线机纱线的卷取原理如同络筒机、细纱机、粗纱机的卷取运动一样，也是由往复导纱运动和卷取回转运动合成的。
2.3 往复导纱运动数学模型
从纺纱工艺来说，在理想的导纱运动情况下，纱线在恒张力和等密度卷取情况下质量最好。
三个曲线的横坐标为滚珠丝杆的运动时间t，纵坐标分别为角位移θ、角速度w和角加速度ε。图3a中AB、CD段是往返点过渡曲线，中间部分BC段为正常运动曲线。试制样机中，中间采用等速运动规律过渡，两往返点附近选择正弦加速度规律。在导纱行程的两往返点处的加速度、速度同为零，这样导纱嘴速度降为零后再反向，可避免反向时的惯性冲击，整个行程内的最大加速度得到有效的控制，所以该导纱运动模型缓冲惯性冲击，避免传统导纱系统惯性力大的缺陷。此外，由于导纱嘴由伺服电动机单独通过程序控制实现，所以要更换卷筒时，只需修改相应控制程序，而无需改变机械传动部分齿轮和凸轮机构，提高了效率。
3.1 基于RS-485的加捻和卷取模型实现
在捻线机多参数控制系统中，PLC和多个变频器之间通讯采用Rs一485时的接线。若变频器超过一台时，可以通过更改变频器站号设置实现不同的变频器和PLC进行通讯。
在试制的控制系统中，变频器采用三菱公司的，和pLC通讯分三个阶段：通讯请求阶段、收到数据的响应阶段和PLC根据变频器返回数据的响应阶段。在不同阶段，根据应答数据和指令代码的不同，通讯数据格式不一样。如要求异步电动机运转，常用指令代码为运行频率的写入HED、输出频率H6F和电机运行指令HEA，变频器和PLC通讯时，使用十六进制数，这些数据自动使用AsCII码传输。
3.2 伺服导纱模型实现
该模型由伺服电动机直接驱动导纱嘴运动，把伺服电动机的驱动滚珠丝杆的旋转运动转换为导纱嘴的往复直线运动。
需要了解产品具体参数或相关技术问题等，可直接与QQ：67336830或TEL：18971190302 刘工联系。
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国内外传统捻线机大多采用单电动机传动系统，传动路线长、结构复杂。其捻度由更换捻度齿轮改变传动比得到，捻向通过改变电动机转向得到S捻和z捻，卷取运动和往复导纱运动是通过齿轮、凸轮分级传动实现。这样，捻线机实现了锭子加捻运动、卷取罗拉的卷取运动和导纱嘴往复导纱运动。当前，随着机电一体化技术的发展和劳动力成本的提高，多电动机传动已成为捻线机的发展趋势。本文根据捻线机传动系统特点，提出一种基于PLC的捻线机的多参数控制系统，能满足捻线机正常的工艺要求。
1 新型捻线机多电动机控制系统方案
在本文中，捻线机的加捻运动、卷取运动和导纱运动分别采用异步电动机和伺服电动机传动。
该控制系统主要采用PLC、触摸屏等组成。锭子的加捻运动由主电动机通过龙带切向传动，该电机为交流异步电动机，即主电动机;卷取运动由卷取电动机驱动卷取罗拉实现，该电动机同样采用交流异步电动机，往复导纱运动分别由两个伺服电动机驱动滚珠丝杠、左右导纱嘴实现。四个电动机的运动由PLC协调控制捻线机的主要参数如锭速、捻度、捻向、卷取角等参数通过触摸屏实时显示和监测，纱线的加捻、卷取和导纱等关键运动得以实现，加工纱线符合工艺要求的捻度、捻向、卷取角、卷筒成型。与传统捻线机相比，这种新型捻线机摒弃传统凸轮导纱机构、捻度变换机构、机械式防叠和防凸边、硬边机构，传动路线缩短，机构设计简单、合理。
2 捻线机主要参数和运动数学模型的建立
2.1 锭子加捻数学模型
纱线加捻由主电动机通过龙带高速切向传动锭子转动，纱线在锭子的出口和导纱钩之间获得捻度。由纺纱工艺加捻理论可知，捻度的确定与锭子转速n锭、卷取罗拉转速n卷有关。也就是在锭子速度确定后，纱线捻度的大小可通过改变卷取电机转速来实现，无需更换捻度变换齿轮，这样，更换品种方便。
2.2 纱线卷取运动数学模型
捻线机纱线的卷取原理如同络筒机、细纱机、粗纱机的卷取运动一样，也是由往复导纱运动和卷取回转运动合成的。
2.3 往复导纱运动数学模型
从纺纱工艺来说，在理想的导纱运动情况下，纱线在恒张力和等密度卷取情况下质量最好。
三个曲线的横坐标为滚珠丝杆的运动时间t，纵坐标分别为角位移θ、角速度w和角加速度ε。图3a中AB、CD段是往返点过渡曲线，中间部分BC段为正常运动曲线。试制样机中，中间采用等速运动规律过渡，两往返点附近选择正弦加速度规律。在导纱行程的两往返点处的加速度、速度同为零，这样导纱嘴速度降为零后再反向，可避免反向时的惯性冲击，整个行程内的最大加速度得到有效的控制，所以该导纱运动模型缓冲惯性冲击，避免传统导纱系统惯性力大的缺陷。此外，由于导纱嘴由伺服电动机单独通过程序控制实现，所以要更换卷筒时，只需修改相应控制程序，而无需改变机械传动部分齿轮和凸轮机构，提高了效率。
3.1 基于RS-485的加捻和卷取模型实现
在捻线机多参数控制系统中，PLC和多个变频器之间通讯采用Rs一485时的接线。若变频器超过一台时，可以通过更改变频器站号设置实现不同的变频器和PLC进行通讯。
在试制的控制系统中，变频器采用三菱公司的，和pLC通讯分三个阶段：通讯请求阶段、收到数据的响应阶段和PLC根据变频器返回数据的响应阶段。在不同阶段，根据应答数据和指令代码的不同，通讯数据格式不一样。如要求异步电动机运转，常用指令代码为运行频率的写入HED、输出频率H6F和电机运行指令HEA，变频器和PLC通讯时，使用十六进制数，这些数据自动使用AsCII码传输。
3.2 伺服导纱模型实现
该模型由伺服电动机直接驱动导纱嘴运动，把伺服电动机的驱动滚珠丝杆的旋转运动转换为导纱嘴的往复直线运动。
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