北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司通過和國(guó)內(nèi)著名紡機(jī)集團(tuán)合作,針對(duì)精密松式絡(luò)筒機(jī)的工藝特點(diǎn),在自身多年伺服和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)積累的基礎(chǔ)上,在國(guó)內(nèi)首次開發(fā)成功全面擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速精密松式絡(luò)筒機(jī)電氣控制方案。整個(gè)方案具有良好的性能價(jià)格比,大大提升了國(guó)產(chǎn)松式絡(luò)筒機(jī)的自動(dòng)化水平,主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)外同類設(shè)備的水平短连。

系統(tǒng)控制方案簡(jiǎn)介

以單錠控制為例,系統(tǒng)控制方案原理如圖一所示,橫動(dòng)電機(jī)軸連接一個(gè)鋼絲輪,通過鋼絲輪的正反旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)緊固在鋼絲上導(dǎo)紗器左右移動(dòng),實(shí)現(xiàn)紗線的橫動(dòng)排線運(yùn)動(dòng);卷繞電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)紗筒旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)紗線的卷繞運(yùn)動(dòng),上述橫動(dòng)和卷繞兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成后即表現(xiàn)為紗線以螺旋線的形狀來回卷繞在紗筒表面斩缘。張力補(bǔ)償電機(jī)和超喂電機(jī)則主要用于控制紗線卷繞過程中的張力。

本方案中橫動(dòng)導(dǎo)紗電機(jī)采用了一臺(tái)經(jīng)過獨(dú)特設(shè)計(jì)的超小慣量伺服電機(jī),卷繞和超喂電機(jī)采用的也是專門設(shè)計(jì)定制的高速無刷直流電機(jī),張力電機(jī)采用了一臺(tái)普通步進(jìn)電機(jī)根术。圖中的“單錠控制驅(qū)動(dòng)器”是和利時(shí)電機(jī)公司在自有開發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)器的基礎(chǔ)上,嵌入了精密絡(luò)筒機(jī)高速電子導(dǎo)紗運(yùn)動(dòng)控制算法泳隶、卷繞無刷電機(jī)速度控制和紗線張力控制策略的專用型電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,功能齊全,通過鍵盤或通信方式調(diào)整“單錠控制驅(qū)動(dòng)器”內(nèi)部存儲(chǔ)器參數(shù)可以方便設(shè)置紗線卷繞成形的幾何參數(shù)(滿筒直徑,收邊幅度等),卷繞的線速度,卷繞比,往復(fù)動(dòng)程長(zhǎng)度,紗筒硬邊修整的差動(dòng)幅度涮侥、差動(dòng)周期灭大、差動(dòng)凸輪曲線等各項(xiàng)工藝參數(shù),同時(shí)具備RS232、RS485铐维、CAN總線三種通信接口,可以很方便完成多錠聯(lián)網(wǎng)控制,完全實(shí)現(xiàn)柔性化數(shù)碼卷繞位仁。主要技術(shù)參數(shù)列舉如下:

可實(shí)現(xiàn)精密卷繞和數(shù)控分層卷繞兩種功能;

卷繞比控制范圍2.000～12.000;

橫動(dòng)伺服電機(jī)換向加速度高達(dá)8000r/s2,往復(fù)頻率最大為800次/分鐘,即每分鐘1600次換向;

橫動(dòng)伺服電機(jī)具備動(dòng)程自動(dòng)找零功能,無需外接零位傳感器;

內(nèi)嵌有卷繞、超喂和張力補(bǔ)償三個(gè)電機(jī)的控制功能,可與變頻器方椎、直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器聂抢、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器方便接口,實(shí)現(xiàn)卷繞電機(jī)、超喂電機(jī)和張力補(bǔ)償電機(jī)的控制;

具備空筒直徑校準(zhǔn)功能;

多種實(shí)時(shí)參數(shù)顯示,如實(shí)際線速度棠众、紗筒直徑琳疏、往復(fù)頻率等;

多種故障保護(hù)措施,如參數(shù)異常、電機(jī)超速闸拿、動(dòng)程超差空盼、硬件故障等;

實(shí)時(shí)工作參數(shù)具備掉電保護(hù)功能,如卷繞長(zhǎng)度、卷繞直徑等;

橫動(dòng)伺服電機(jī)控制簡(jiǎn)介

為了保證紗筒具備良好的染色性能,需要從開始卷繞到滿筒之間任何直徑點(diǎn)上,筒子上的紗線在空間上成立體交叉,彼此都不平行,保證每層紗線沒有重疊,就是說需要對(duì)紗筒的卷繞比進(jìn)行精密控制。所謂卷繞比,就是橫動(dòng)導(dǎo)紗鉤每往復(fù)一次,紗筒卷繞的圈數(shù)揽趾。交叉卷繞有傳統(tǒng)的槽筒卷繞(任意卷繞)台汇、恒定卷繞比精密卷繞、數(shù)控分層卷繞三種形式,本方案主要實(shí)現(xiàn)了恒定卷繞比精密交叉卷繞和數(shù)控分層卷繞兩種功能篱瞎。

為了實(shí)現(xiàn)精密交叉卷繞,“單錠控制驅(qū)動(dòng)器”通過實(shí)時(shí)采集卷繞電機(jī)反饋編碼器脈沖信號(hào)計(jì)算其實(shí)時(shí)速度,根據(jù)精密卷繞工藝要求,用獨(dú)特?cái)?shù)控算法得出橫動(dòng)伺服電機(jī)的速度給定指令,以保證橫動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速與卷繞電機(jī)轉(zhuǎn)速按照卷繞比的定義保持一定關(guān)系,讓紗線以空間螺旋線的形狀往復(fù)繞在紗筒上苟呐。通過精密控制卷繞比,往復(fù)卷繞的紗線彼此交叉,不重疊,也就是說巧妙采用電子齒輪和電子凸輪取代機(jī)械齒輪和凸輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)紗筒的精密卷繞。

為了實(shí)現(xiàn)精密卷繞的高速性能,需要橫動(dòng)伺服電機(jī)在做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),能夠快速換向,這就要求伺服電機(jī)具備較高的轉(zhuǎn)矩慣量比,為此對(duì)橫動(dòng)伺服電機(jī)進(jìn)行了獨(dú)特優(yōu)化設(shè)計(jì),以保證電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量盡可能小遥局。同時(shí)伺服驅(qū)動(dòng)器的電機(jī)控制算法在高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性方面也做了針對(duì)性的設(shè)計(jì),采用PID控制結(jié)合模糊控制算法,保證伺服電機(jī)速度在不產(chǎn)生超調(diào)的情況下,盡可能短時(shí)間內(nèi)完成換向付箩。

由于橫動(dòng)電機(jī)換向時(shí),不論多快,都會(huì)因?yàn)閾Q向加減速造成有硬邊現(xiàn)象出現(xiàn),按照機(jī)械式絡(luò)筒機(jī)硬邊消除原理,在“單錠控制驅(qū)動(dòng)器”中嵌入了差動(dòng)凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律算法,周期性地實(shí)時(shí)變換橫動(dòng)導(dǎo)紗器的換向點(diǎn),完成硬邊消除功能。同時(shí)可以根據(jù)不同紗線特性,選擇不同的差動(dòng)凸輪曲線,設(shè)置差動(dòng)周期和幅度莽烫。

除了采取差動(dòng)電子凸輪算法消除硬邊技術(shù)外,本方案還富有獨(dú)創(chuàng)性地實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)紗器最小換向弧長(zhǎng)的控制算法,充分利用了DSP數(shù)字信號(hào)處理器高速運(yùn)算能力,實(shí)時(shí)計(jì)算和修正橫動(dòng)導(dǎo)紗伺服電機(jī)與紗筒卷繞電機(jī)傳動(dòng)的凸輪曲線規(guī)律,保證在任何卷繞轉(zhuǎn)速和卷繞直徑狀態(tài)下,導(dǎo)紗器換向的弧長(zhǎng)最小,最大限度地消除卷繞紗筒的硬邊現(xiàn)象瞭谴。

卷繞線速度控制簡(jiǎn)介

理論上分析,紗筒卷繞的線速度隨紗筒的卷繞半徑變化而變化,而線速度的變化直接引起卷繞張力的波動(dòng),從而會(huì)影響紗筒的成形質(zhì)量和紗線的機(jī)械物理性能。如果外層紗的張力大于內(nèi)層紗的張力,就容易產(chǎn)生筒子外層紗擠壓內(nèi)層紗的脹邊現(xiàn)象;如果絡(luò)紗過程中張力變化過大,也會(huì)容易造成紗線因絡(luò)紗張力不同出現(xiàn)紗線拉伸率不同,這就要求在絡(luò)筒過程中盡量減小張力及壓力的波動(dòng)汉渣。所以除保證恒定紗筒壓力外,保證卷繞速度相對(duì)穩(wěn)定是控制張力波動(dòng)的一項(xiàng)重要措施册压。

張力控制簡(jiǎn)介

精密卷繞加工時(shí)紗線張力的大小直接影響筒子卷繞的松緊度,從而影響筒子繞紗的容量和染色的難易,并影響紗線加工的斷頭率,因而各種精密卷繞絡(luò)筒機(jī)都有紗線的張力控制環(huán)節(jié),特別是供筒子染色用的紗線的加工張力,不宜過大,以獲得松式卷筒,有利于染色。本方案除了采取措施保證相對(duì)恒定的紗線卷繞線速度外,還另外設(shè)計(jì)有一個(gè)張力遞減調(diào)節(jié)裝置,采用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制的張力調(diào)節(jié)桿赶匣。在線速度升速過程中,通過調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角狀態(tài),控制張力調(diào)節(jié)桿的角度,改變紗線通過的門柵夾持力度,以保證卷繞張力恒定;另外按照特殊紗筒“里緊外松”的工藝要求,可以根據(jù)紗筒卷繞半徑調(diào)節(jié)張力桿的角度,保證卷繞紗筒小直徑時(shí)卷繞張力大,大直徑時(shí)卷繞張力小捕诲。

超喂電機(jī)控制簡(jiǎn)介

精密卷繞過程中紗線線速度肯定大于紗筒退繞線速度,張力值也因此增大,而過大的張力不但得不到優(yōu)質(zhì)紗筒,而且會(huì)增加紗線的斷頭,降低生產(chǎn)效率。因此,本方案采用了所謂“超喂”的辦法,即送出紗線的速度大于卷取紗線的速度,將紗線卷繞時(shí)筒子“硬拖”紗線的狀況改變成緩和地卷取紗線的狀況,從而減少斷頭,獲得滿意的松式卷繞筒子社咒。紗線在超喂?jié)L筒上環(huán)繞的圈數(shù)取決于超喂量的大小,一般的超喂量控制值在1.02～1.06(一圈情況下)之間秽祷。

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