摘　要: 轉杯紡紗新技術作為新型紡紗技術已較為成熟，但傳統的轉杯紡控製技術采用單 片機通訊控製各單錠紡紗器完成動作，設備故障率高
、通訊易受幹擾。同時傳統轉杯紡設備 采用機械凸輪模式控製紗錠防疊
，成本和故障率居高不下。本文應用台達完成的機電控製產品鏈，基於PLC和變頻的轉杯紡控製提供了一套可靠的轉杯紡控製方案，運行穩定，性價比高，得到客戶的認可。

    關鍵詞：轉杯紡   PLC 電子凸輪  防疊紗  變頻

    隨sui著zhe現xian代dai化hua科ke技ji的de發fa展zhan，紡fang織zhi生sheng產chan工gong藝yi的de改gai進jin提ti高gao，轉zhuan杯bei紡fang紗sha在zai紡fang織zhi工gong藝yi過guo程cheng中zhong的de應ying用yong越yue來lai越yue廣guang泛fan。紡fang織zhi企qi業ye對dui轉zhuan杯bei紡fang紗sha機ji的de可ke靠kao性xing和he易yi操cao作zuo性xing提ti出chu了le更geng高gao的de要yao求qiu。傳chuan統tong的de控kong製zhi方fang式shi是shi采cai用yong開kai環huan控kong製zhi，電dian機ji的de運yun行xing頻pin率lv通tong過guo變bian頻pin器qi麵mian板ban手shou工gong設she置zhi，這zhe種zhong方fang式shi存cun在zai控kong製zhi精jing度du差cha，人ren機ji交jiao互hu性xing差cha等deng一yi係xi列lie問wen題ti

，這zhe就jiu需xu要yao開kai發fa出chu更geng合he理li的de控kong製zhi係xi統tong來lai提ti高gao機ji器qi的de運yun行xing精jing度du和he改gai善shan人ren機ji交jiao互hu性xing。PLC可編程控製器可靠性高
、抗幹擾能力強、使用方便等優點，所以越來越被廣泛的應用於對轉杯紡紗機的現場控製係統。

    台達目前可為客戶提供PLC控製器
、人機界麵、變頻驅動器、伺服驅動器
、數控係統等係列自動化產品，可以向客戶提供完善可靠的機電一體化解決方案。本文以台達DVP係列PLC為核心改進設計了一套控製係統
，實現紡紗控製性能的提高。

    轉杯紡紗以前也稱氣流紡紗，屬於自由端紡紗方法。它是目前各種新型紡紗中較為成熟、並己大量推廣應用的一種紡紗新技術。

    自由端紡紗方法與傳統的紡紗方法不同之處在於：在紡紗過程中輸送的纖維不再是連續 的而是形成“斷裂”。因此，這就需要供應的纖維在很高的速度下產生非常細的纖維流
，並 在輸送纖維的過程中形成“斷裂”
，纖維各自穿過“斷裂”而凝聚，粘附於紗條的自由端紗 尾加撚成紗。成紗過程一般包括喂給、開鬆、凝聚
、加撚和卷繞。

 

    圖1和圖2分別為轉杯紡整機實物圖和單錠轉杯紡紡紗過程示意圖

    轉杯紡紗機的電氣控製係統主要包括四個方麵的控製：

    A.  單錠的控製
，需要實現斷紗檢測和標示報警；

    B.  為保證起動和停機時不斷紗，紡杯速度
、引紗電機與喂棉電機之間的動作必須協調同步，同時要求較高的速度精度和動態響應；

    C.  保證單錠控製與主控的數據通訊可靠便捷；

    D.  省去機械凸輪機構，實現紡紗過程中防疊和防硬邊的電子化
；（選配）

    轉杯紡設備中，單錠紡紗器中喂棉羅拉采用步進電機驅動；分梳棍和轉杯采用變頻驅動，龍帶將動力分配各錠
；引紗羅拉同樣采用變頻控製
，利於引紗張力的同步控製；單節點控製中，采用台達 DVP12SC 型 PLC
，單台PLC發送4路脈衝，可獨立控製4錠紡紗器的4台喂棉步進電機；整體構架如圖3所示：

    在整個係統構架圖中,導紗杆的控製分機械凸輪或電子伺服控製
，需根據客戶設備而定。機械凸輪在實際使用中具有易磨損、調整不便，設備成本高等缺點
；利用現代伺服控製技術取代機械凸輪實現導紗的防疊和防硬邊成為其發展趨勢。

    本構架基於Devicenet總線控製模式，具有抗幹擾能力強、通訊數據量大、響應性好等特點
；同時我們也提供基於R485 通訊控製模式的轉杯紡織控製方案

 

    根據客戶的設備小巧緊湊的特點，我們給客戶配置了以下產品，

    要實現凸輪運動的精確控製
，就需建立機械凸輪運動數學曲線
，通過對防疊繞運動分析
， 防紗線疊繞實際就是改變每層紗線的導紗角不一致，一般認為在10層以上就不會再發生疊 繞，通俗的講第一層的導紗角和第十一層導紗角相同也不會發生疊繞。導紗角的計算方法如 下圖 4 所示。

    tg(α/2)=h/πD      ①

    式中：h――紗卷卷繞一周導紗器行程（mm）

    D ――紗卷直徑（mm）

    h=V×t×1000       ②

    式中：V――導紗速度（m/min）

    t ――紗卷卷繞一周所需時間（min）

    t= πD/（1000×V1）  ③

    式中：V1――引紗速度（m/min） 將②、③式代入①式得：

    tg(α/2)=V/V1       ④

    從式④中zhong可ke看kan出chu
，要yao改gai變bian導dao紗sha角jiao隻zhi需xu改gai變bian引yin紗sha速su度du或huo導dao紗sha速su度du，紡fang紗sha品pin種zhong確que定ding後hou引yin紗sha速su度du是shi恒heng定ding不bu變bian的de

，因yin此ci要yao改gai變bian導dao紗sha角jiao就jiu必bi須xu變bian化hua導dao紗sha速su度du。為wei簡jian化hua控kong製zhi程cheng序xu，設she定ding在zai每mei一yi個ge 往返動程（為一個小周期）內導紗速度不變，相鄰的5個小周期導紗速度不相同，導紗速度 在標準導紗速度的±10%變化，連續5個小周期構成一個大周期，大周期進行循環，就可以達到防疊繞功能（見圖6）。

防硬邊功能的實現
，機械凸輪是依靠導程整體軸向移動來改變紗線換向點的位置，以此 來消除硬邊的形成；電子凸輪實現方案為：改變小周期內動程的距離從而改變換向點的位置
， 達到消除硬邊的目的（見圖5）。

 

    機械上需取消原複雜的傳動結構，增加伺服電機安裝位置，通過同步帶輪，直接驅動導 紗杆來回運動。如圖6所示。

    需要考慮的是
，導杆往複運動中，對機械的衝擊較大，在伺服選型時，在滿足功率和 轉速情況下
，盡量選用低慣量伺服電機。

    在係統控製上，伺服在位置模式下接受主機PLC脈衝，在帶加減速的脈衝輸出控製指令PLSR下，改變一個周期來回行程的最高脈衝頻率設定值
，即可實現，間隔周期行程內的擺杆速度不同，即改變tg(α/2)=V/V1導紗速度 V,在引紗速度V1不變的情況下，導紗角α即改變
，從而達到防疊紗功能。

    在人機中設定紗錠行程 L=AB 距離

，如圖 7

    在實際卷繞中，若一直按照AB往複運動，紗線會在兩邊形成凸起的現象（俗稱電阻效應），不bu利li於yu紗sha線xian在zai下xia一yi工gong藝yi中zhong退tui繞rao。為wei防fang止zhi紗sha錠ding的de電dian阻zu效xiao應ying，需xu要yao擺bai杆gan換huan向xiang點dian每mei層ceng不bu同tong。換huan向xiang區qu寬kuan度du設she計ji時shi，筒tong紗sha上shang如ru換huan向xiang區qu過guo寬kuan，不bu僅jin容rong易yi形xing成cheng硬ying邊bian，而er且qie易yi造zao成cheng端duan麵mian掛gua紗sha，導dao致zhi壞huai筒tong紗sha。換huan向xiang區qu一yi般ban占zhan導dao程cheng的de8%，在(zai)換(huan)向(xiang)區(qu)內(nei)導(dao)紗(sha)速(su)度(du)從(cong)正(zheng)常(chang)速(su)度(du)降(jiang)至(zhi)零(ling)，假(jia)設(she)換(huan)向(xiang)區(qu)內(nei)按(an)勻(yun)減(jian)速(su)運(yun)動(dong)，那(na)麼(me)在(zai)換(huan)向(xiang)區(qu)內(nei)同(tong)樣(yang)導(dao)紗(sha)距(ju)離(li)，所(suo)用(yong)時(shi)間(jian)是(shi)正(zheng)常(chang)的(de)兩(liang)倍(bei)。當(dang)導(dao)紗(sha)速(su)度(du)為(wei)250m/min 
、導紗角 36°、導紗動程 150mm 時，換向時間 t 計算如下：

    導紗速度：V= V1×tg(α/2)=250 ×tg18°=81 m/min；

    換向區長度：n=150×8%×2=24mm
；

    換向時間：t=2×n/V=2 ×24/1.35=35.6ms

    實際擺杆運動過程實際是：行程為 A 點至D 點
，D 點至C點，C點至B點，再由B點至A點依序循環。這就是說
，擺杆伺服每個周期的脈衝總數是不同的，五個周期性循環一次，每個周期擺杆行程變化 l= n×20%=150×8%×20%×2=4.8mm.。

    1
、點動運行狀態――人機界麵提供各個電機的點動運行、停止功能並顯示各電機狀態。

    2
、整機運行狀態――PLC 按an要yao求qiu依yi次ci啟qi動dong或huo停ting止zhi各ge電dian機ji並bing在zai人ren機ji界jie麵mian顯xian示shi主zhu機ji狀zhuang態tai，其qi中zhong輸shu送song帶dai電dian機ji為wei單dan獨du動dong作zuo。啟qi動dong或huo停ting止zhi的de各ge個ge步bu驟zhou之zhi間jian均jun有you延yan時shi時shi間jian
，延yan時shi時shi間jian要yao求qiu可ke以yi在zai一yi定ding範fan圍wei內nei自zi由you設she定ding。

    1）
、整機啟動――PLC 按要求依次啟動各個電機
，使設備進入紡紗狀態。動作順序如下： 點擊整機啟動按鈕→左轉杯電機運轉→右轉杯電機運轉→工藝風機運轉→左分梳電機運轉→ 右分梳電機運轉→引紗電機運轉→排雜輸送帶電機運轉；

    2）、整機停止――PLC 按要求依次停止各個電機。動作順序如下：

    點擊整機停止按鈕→所有步進電機停止運轉→引紗電機停止→其他電機停止。

 

    通tong過guo采cai用yong以yi上shang控kong製zhi方fang案an，較jiao好hao的de解jie決jue了le傳chuan統tong單dan片pian機ji控kong製zhi中zhong可ke靠kao性xing和he操cao作zuo便bian利li性xing不bu足zu的de問wen題ti，同tong時shi本ben文wen探tan討tao了le轉zhuan杯bei紡fang最zui新xin控kong製zhi技ji術shu及ji基ji於yu台tai達da機ji電dian產chan品pin的de實shi現xian過guo程cheng。應ying用yong台tai達da完wan成cheng的de機ji電dian控kong製zhi產chan品pin鏈lian，可ke提ti供gong可ke靠kao的de轉zhuan杯bei紡fang控kong製zhi方fang案an
，同tong時shi為wei客ke戶hu提ti供gong定ding製zhi的de程cheng序xu服fu務wu，完wan成cheng客ke戶hu對dui轉zhuan杯bei紡fang設she備bei的de特te殊shu控kong製zhi要yao求qiu。運yun行xing實shi踐jian證zheng明ming：本係統采用台達產品，性能穩定可靠，性價比高，得到最終客戶的認可和稱許。

 

    [1] 孫衛國.紡紗技術  .北京：中國紡織出版社.2005

    [2] 台達 DVP 係列 PLC 編程手冊.上海：中達電通股份有限公司.2007

    [3] 台達 VFD  B-P 變頻器使用手冊.上海：中達電通股份有限公司.2008