2  并條機(jī)的自調(diào)勻整控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
2.1  并條機(jī)自調(diào)勻整基本原理
并條機(jī)自調(diào)勻整是屬于自動(dòng)控制的一種形式,它能根據(jù)喂入或輸出棉條重量的偏差(與額定值的差值),通過改變喂入羅拉或輸出羅拉的速度的辦法,相應(yīng)地調(diào)節(jié)牽伸裝置的牽伸倍數(shù),使紡出棉條的重量,保持一個(gè)穩(wěn)定的符合要求的數(shù)值,其經(jīng)典的自調(diào)理論非常簡單,一般都是根據(jù)喂入的棉條的線密度與額定值(額定值可根據(jù)輸出的設(shè)定值和輸入和輸出的額定牽伸倍數(shù)確定)的差異調(diào)節(jié)機(jī)器的牽伸倍數(shù),使輸出的棉條的線密度保持在設(shè)定值附近[2]。
2.2  并條機(jī)自調(diào)勻整形式的選擇
自調(diào)勻整裝置有開環(huán)、閉環(huán)及混合環(huán)等形式[3][4]。閉環(huán)控制存在檢測點(diǎn)到勻整點(diǎn)的一段勻整死區(qū)[4],理論上只能勻整較長片段的不勻;而開環(huán)控制,針對性較強(qiáng),只要棉條厚度測量準(zhǔn)確、檢測點(diǎn)到勻整點(diǎn)的延時(shí)把握得當(dāng),牽伸倍數(shù)合適,可以取得良好的勻整效果,這一點(diǎn)己在實(shí)踐中得到證實(shí)。目前國際先進(jìn)的自調(diào)勻整技術(shù)大都確定為開環(huán)形式,瑞士立達(dá)和德國特呂茨勒公司最新產(chǎn)品也采用開環(huán)控制。另外,棉條喂入口比輸出口的有速度低和棉條粗得多的特點(diǎn),這就使在棉條喂入口進(jìn)行棉條厚度檢測可以得到高精度的保證,這就有利于開環(huán)控制形式的實(shí)現(xiàn)。因此,要保證控制的高效性就必須采用開環(huán)形式的自調(diào)勻整形式。
2.3  單眼自調(diào)勻整控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示,其工作原理為:通過觸摸屏對系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和發(fā)出開機(jī)指令,主電機(jī)拖動(dòng)第一、二、三羅拉保持設(shè)定的恒定速度運(yùn)轉(zhuǎn)。而勻整1羅拉與第三羅拉速度始終保持一致,PLC系統(tǒng)會從喂入檢測部分采集棉條厚度數(shù)據(jù),經(jīng)過一定算法處理后又通過對BWS伺服電機(jī)速度的控制進(jìn)行改變勻整2羅拉的速度,以完成對勻整1、2羅拉之間牽伸比的調(diào)節(jié),并最終實(shí)現(xiàn)自調(diào)勻整的功能。由于控制方式是先檢測后勻整,因此準(zhǔn)確地說,本系統(tǒng)采用的控制方式為帶補(bǔ)償性的開環(huán)控制。另外,在輸出部分增加一個(gè)棉條檢測傳感器,它不參與控制,只是對輸出棉條質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測,結(jié)果顯示在觸摸屏上。當(dāng)輸出棉條出現(xiàn)明顯異常時(shí),PLC系統(tǒng)也會根據(jù)棉條質(zhì)量監(jiān)測的結(jié)果進(jìn)行一些必要的改進(jìn)措施。

3  并條機(jī)自調(diào)勻整控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3.1  臺達(dá)機(jī)電產(chǎn)品優(yōu)勢
廣州博瑋伺服科技有限公司的伺服驅(qū)動(dòng)器、、伺服電機(jī)等產(chǎn)品以及博瑋伺服科技的伺服驅(qū)動(dòng)整體解決方案推廣到國內(nèi)各個(gè)領(lǐng)域。廣州博瑋伺服科技公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的提升國內(nèi)中小企業(yè)自動(dòng)化信息技術(shù)發(fā)展的機(jī)電產(chǎn)品,在國內(nèi)品牌中具有很高的性價(jià)比,其中臺達(dá)DVP系列可編程控制器以高速、穩(wěn)健、高可靠度應(yīng)用于許多工業(yè)自動(dòng)化機(jī)械上;除了具有快速執(zhí)行邏輯運(yùn)算、豐富指令集、多元擴(kuò)展功能卡及高性價(jià)比等特色外,并且支持多種通訊規(guī)范,使工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體;BWS-BBR交流伺服系統(tǒng)全系列產(chǎn)品的控制回路均采用高速數(shù)字信號處理器(DSP),配合增益自動(dòng)調(diào)整、指令平滑功能的設(shè)計(jì)以及軟件分析與監(jiān)控,可達(dá)到高速位移、精準(zhǔn)定位等運(yùn)動(dòng)控制需求。
3.2  系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
依據(jù)上文的設(shè)計(jì)方案,應(yīng)用廣州博瑋伺服科技公司BWS品牌機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的并條機(jī)自調(diào)勻整控制硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)如圖3所示。  

勻整控制的中央處理單元使用臺達(dá)DVP ES系列型號為DVP24ES00T的PLC,具有16個(gè)輸人點(diǎn)及8個(gè)輸出點(diǎn),該P(yáng)LC主機(jī)自帶兩個(gè)串行通訊口,一個(gè)為RS485通訊口,另一個(gè)為RS232通訊口。之所以選擇DVP ES系列的PLC是因?yàn)樵谠械某杀净A(chǔ)上,提供高廠商產(chǎn)品的附加價(jià)值,ES PLC具有的雙通訊口,可以運(yùn)用通訊的方式,簡化系統(tǒng)程序以及配線,完成系統(tǒng)整合與控制;PLC對伺服的控制是以通訊的方式完成,而不是由傳統(tǒng)的PLC發(fā)送脈沖的形式來控制伺服;以通訊的方式對伺服位置、轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定與控制,具有精確度高、成本低的特點(diǎn)[5]。模擬量輸入擴(kuò)展子模塊選擇臺達(dá)DVP20EX00R型號,作用是從棉條檢測傳感器采集喂入棉條的瞬時(shí)厚度,伺服控制系統(tǒng)使用臺達(dá)ASDA系列產(chǎn)品, 通過RS485接口與主控單元DVP24ES00T聯(lián)接,編碼器用來檢測勻整1羅拉的轉(zhuǎn)速。人機(jī)界面使用選配DOP-A57CSTD型256色觸摸屏,該型號觸摸鍵豐富多樣,功能設(shè)置齊全[6],通過RS232接口與DVP24ES00T聯(lián)接鏈接。工作時(shí)PLC通過DVP20EX00R讀取棉條檢測傳感器的棉條厚度,對編碼器信號的處理計(jì)算出勻整1羅拉的速度,依據(jù)勻整控制關(guān)系式,就可計(jì)算出勻整2羅拉的轉(zhuǎn)速,再通過伺服控制器控制伺服電機(jī),以達(dá)到對勻整2羅拉的控制。

4  并條機(jī)自調(diào)勻整控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
并條機(jī)自調(diào)勻整控制系統(tǒng)的軟件由主程序、各功能模塊子程序。主程序主要用于將觸摸屏上所設(shè)參數(shù)讀入,檢查控制設(shè)備是否處于初始工作狀態(tài)、實(shí)時(shí)故障檢測與處理、各功能模塊子程序啟動(dòng)等。勻整控制程序是軟件中最重要的部分,當(dāng)系統(tǒng)具備自動(dòng)初始條件后,按下啟動(dòng)按鈕,即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)并條機(jī)自調(diào)勻整過程的自動(dòng)化生產(chǎn)。使用臺達(dá)PLC編程軟件WPL2.11完成系統(tǒng)梯形圖控制程序的設(shè)計(jì)。
4.1  主程序流程設(shè)計(jì)

主程序流程圖如圖4所示:首先完成系統(tǒng)的初始化,讀取觸摸屏設(shè)置的自調(diào)勻整參數(shù),啟動(dòng)勻整1羅拉的速度跟蹤程序,檢查系統(tǒng)的各種故障報(bào)警并做相應(yīng)的故障處理,然后進(jìn)入自調(diào)勻整功能程序控制,以中斷控制的方式執(zhí)行棉條定長檢測、延時(shí)距離等待、定長勻整、產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)等不同功能的子模塊。
4.2  定長檢測勻整模塊設(shè)計(jì)
定長檢測勻整模塊是整個(gè)軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),總體方法:利用高速脈沖中斷實(shí)現(xiàn)對喂入棉條的定長檢測,然后把檢測的棉條厚度存入預(yù)先設(shè)計(jì)的棉條厚度表中,直到第一個(gè)采樣點(diǎn)到達(dá)變速點(diǎn)時(shí),從表中取出第一個(gè)棉條厚度,經(jīng)過勻整算法算出勻整2羅拉新轉(zhuǎn)速對應(yīng)的脈沖周期,并用此周期的脈沖控制BWS伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速,改變勻整2羅拉的轉(zhuǎn)速,以實(shí)現(xiàn)牽伸比的調(diào)節(jié),最終達(dá)到勻整目的。
由于每個(gè)采樣點(diǎn)到變速點(diǎn)的距離是相等的,因此等第一個(gè)采樣點(diǎn)到達(dá)變速點(diǎn)之后,棉條舊采樣點(diǎn)的勻整與新采樣點(diǎn)的檢測都在中斷到后執(zhí)行。即在定長檢測的同時(shí),也進(jìn)行的是定長勻整。
4.3  故障檢測與處理模塊設(shè)計(jì)
完善的故障檢測及保護(hù)功能是自調(diào)勻整控制系統(tǒng)必不可少的環(huán)節(jié),依據(jù)控制工藝特點(diǎn)主要設(shè)計(jì)了以下故障檢測:
1)  BWS伺服電機(jī)故障檢測:實(shí)時(shí)檢測伺服驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行狀態(tài),對其進(jìn)行過流、過壓、過載等保護(hù),報(bào)警信號由驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生,通過中間繼電器將信號送給PLC進(jìn)行報(bào)警。
2)  FA302交流主電機(jī)故障檢測:將中間繼電器的輸入連接到并條機(jī)主電機(jī)交流接觸器的輔助常閉接點(diǎn),中間繼電器的輸出接到PLC輸入點(diǎn),當(dāng)正常啟動(dòng)的情況,交流接觸器不動(dòng)作就會產(chǎn)生一個(gè)故障報(bào)警送給PLC。
3)  并條故障檢測:主要對并條機(jī)工藝過程中的斷條、堵棉、纏棉等故障進(jìn)行了監(jiān)控。
4)  棉條厚度超出范圍檢測:檢測到棉條厚度時(shí),首先要進(jìn)行判斷是否超出了±25%的勻整范圍(加減2根棉條),如果超出就直接報(bào)警并自動(dòng)停機(jī)。
以上故障報(bào)警都是非常緊迫的,系統(tǒng)檢測到故障后會立即做停機(jī)處理。
4.4  觸摸屏界面設(shè)計(jì)
觸摸屏界面主要設(shè)計(jì)了主界面、參數(shù)設(shè)定、勻整控制、報(bào)警顯示、數(shù)據(jù)監(jiān)測、歷史報(bào)表生成、以及操作說明查詢等分菜單界面,登錄界面要求登錄前輸入密碼;主操作界面進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、勻整控制、報(bào)警顯示等子界面的切換操作;參數(shù)設(shè)定操作界面利用觸摸鍵豐富而靈活多樣的功能設(shè)置,對設(shè)備各部件直接進(jìn)行設(shè)定,如勻整棉條厚度標(biāo)準(zhǔn)值、羅拉初始速度、牽伸倍數(shù)等;數(shù)據(jù)監(jiān)測和報(bào)警顯示界面對設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)及故障狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示,通過歷史曲線,可以看到棉條厚度的變化趨勢,以及相應(yīng)羅拉轉(zhuǎn)速變化,可以更直觀地觀測到勻整系統(tǒng)的工作過程。利用臺達(dá)screenEditor編程軟件設(shè)計(jì)的并條機(jī)自調(diào)勻整系統(tǒng)的人機(jī)界面系統(tǒng),其中主操作界面如圖5所示。

5  結(jié)束語
根據(jù)對FA302型并條機(jī)問題分析,結(jié)合國內(nèi)外自調(diào)勻整技術(shù)發(fā)展前沿,以臺達(dá)PLC、觸摸屏、BWS伺服控制器為核心設(shè)計(jì)的并條機(jī)自調(diào)勻整控制系統(tǒng),經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行證明,整個(gè)系統(tǒng)性能穩(wěn)定,操作方便,監(jiān)控功能完善,自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率顯著提高,達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平,對國內(nèi)紡織行業(yè)舊型并條機(jī)改造方面具有很大的應(yīng)用意義和推廣價(jià)值。