1 前言
近年來，隨著市場經(jīng)濟(jì)深入發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，紡織技術(shù)不斷更新，使紡織服裝面料花色品種層出不窮，其中竹節(jié)紗面料以立體凹凸效應(yīng)，使布面呈現(xiàn)粗獷自然的特色，受到人們的青睞。通過在細(xì)紗機(jī)上加裝一套竹節(jié)紗裝置，便可生產(chǎn)出各種花式紗，生產(chǎn)出不同風(fēng)格的竹節(jié)布面料，為提高企業(yè)的產(chǎn)品競爭力奠定了基礎(chǔ)。隨著社會的進(jìn)步，人民生活水平的提高，竹節(jié)紗設(shè)備的性能要求也越來越高，隨著時間的積累，竹節(jié)紗工藝配方參數(shù)會越來越多，有的紡織廠客戶甚至有成百上千種竹節(jié)紗配方，當(dāng)有某紗線訂單時，操作員需要將每臺竹節(jié)紗設(shè)備的配方參數(shù)逐步輸入觸摸屏，操作麻煩且容易錯漏，有些竹節(jié)紗還要求在某段粗度范圍內(nèi)隨機(jī)抽樣紡，相應(yīng)的控制難度也越來越高，控制系統(tǒng)自動化程度要求也愈來愈高，根據(jù)設(shè)備不同會應(yīng)用到不同種類的工業(yè)自動化產(chǎn)品，客戶可以根據(jù)控制對象的不同選擇相應(yīng)的設(shè)備來進(jìn)行控制系統(tǒng)的構(gòu)建。
面對日益復(fù)雜的要求和相應(yīng)產(chǎn)生的生產(chǎn)效率問題，本文基于臺達(dá)的DVP系列 PLC和HMI及伺服等自動化產(chǎn)品，實現(xiàn)了一套先進(jìn)的竹節(jié)紗設(shè)備自動控制系統(tǒng)，該方案采用具有高速脈沖輸出型PLC控制伺服系統(tǒng)，扭矩、超喂比恒定，具有高精準(zhǔn)定位功能，完全不同于一般的速度控制模式，可長時間連續(xù)工作，竹節(jié)不變化，設(shè)備穩(wěn)定可靠。
2 工藝分析
從當(dāng)前的業(yè)界通常情況來看，不同竹節(jié)紗裝置生產(chǎn)的竹節(jié)紗的風(fēng)格、類型是有區(qū)別的。隨著竹節(jié)紗裝置技術(shù)水平的不斷提高，竹節(jié)紗的花色類型也在不斷增多。從紡制竹節(jié)紗裝置的驅(qū)動系統(tǒng)來說，從最早的離合器式、步進(jìn)電機(jī)，到現(xiàn)在的伺服電機(jī)；從紡制竹節(jié)裝置的變速系統(tǒng)來說，有變動前羅拉速度紡出竹節(jié)的，也有變動中后羅拉及前羅拉速度紡出竹節(jié)的，其花色種類越來越多?！?br> 竹節(jié)紗的關(guān)鍵控制點在于對節(jié)粗、節(jié)長和節(jié)距的控制。
竹節(jié)紗的節(jié)粗：一般設(shè)計為基紗的2倍～3倍，最大為6倍。竹節(jié)粗度愈大，生產(chǎn)難度愈大，對后加工影響也大。
竹節(jié)紗的節(jié)長：一般設(shè)計≥2 cm，節(jié)長愈長愈好紡，愈短愈難紡，特別要考慮竹節(jié)紗裝置的特性，一般步進(jìn)電機(jī)紡制的竹節(jié)，就是設(shè)計節(jié)長小于1cm，紡出的竹節(jié)也大于2 cm，由于纖維長度一般在2 cm～3cm，因此竹節(jié)愈短，生產(chǎn)難度愈大。確需竹節(jié)長度短，就要選用合適的紡制竹節(jié)紗裝置，所以竹節(jié)紗的節(jié)長要考慮其裝置的特性、纖維長度、竹節(jié)粗度和工藝車速慣性的影響。一般伺服電機(jī)驅(qū)動的竹節(jié)紗裝置其節(jié)長可短；纖維長度長的節(jié)長也長；竹節(jié)粗度小時，節(jié)長可短；工藝車速高，慣性大時，節(jié)長也長。
竹節(jié)的節(jié)距：節(jié)距是一個很重要的參數(shù)，決定布面竹節(jié)排列效果、排列密度及規(guī)律。一般設(shè)計節(jié)距≥2 cm，節(jié)距愈短，生產(chǎn)難度愈大。
竹節(jié)節(jié)距對布面影響最大的是竹節(jié)在布面形成規(guī)律性條紋，即“規(guī)斑”疵布，因此設(shè)計時應(yīng)特別注意，對于步進(jìn)電機(jī)前羅拉變速系統(tǒng)紡出的竹節(jié)紗裝置，其紡出竹節(jié)規(guī)律為五個竹節(jié)為一小循環(huán)，每次起頭時，遞次變更竹節(jié)位置，形成二十五個竹節(jié)為一大循環(huán)，這種形式在布面容易形成“規(guī)斑”，因此在設(shè)計時要求小循環(huán)和大循環(huán)的周期長都不能和布幅寬度成倍數(shù)或接近倍數(shù)關(guān)系，一個小循環(huán)內(nèi)五個竹節(jié)的節(jié)距也不能成倍數(shù)或接近倍數(shù)關(guān)系，而且竹節(jié)節(jié)距要長短搭配、分散排列，盡量杜絕布面形成“規(guī)斑”。
3 控制系統(tǒng)
3.1 硬件組成
3.2 配方工藝管理系統(tǒng)
竹節(jié)紗配方工藝歸檔，為工藝人員對竹節(jié)紗的生產(chǎn)管理帶來極大的方便，隨著近幾年電腦運用的普及和電腦技術(shù)的高速發(fā)展，U盤成為了新一代超容量永久性存儲器，再也不用擔(dān)心掉電時間長而丟失工藝的問題。本系統(tǒng)結(jié)合U盤為用戶開放了4000個竹節(jié)工藝品種貨架，每個工藝品種可以有最多200組竹節(jié)工藝參數(shù)組數(shù)，供用戶隨意調(diào)用、存貯或修改。
在多機(jī)臺竹節(jié)紗間操作時，不需要每臺都執(zhí)行輸入操作，只用一只U盤就可互相復(fù)制竹節(jié)工藝，簡化操作流程、便于統(tǒng)一管理、提高可靠性?？梢詫盤中竹節(jié)工藝定期保存到廠部電腦，以便歸檔留底。
3.3 四種紡紗方式實現(xiàn)不同風(fēng)格
除提供市面上已有的1組參數(shù)、和多組參數(shù)循環(huán)紡紗方式外，另外為用戶提供了三種更為先進(jìn)的紡紗方式：
模糊1：控制器從用戶設(shè)定的1-200組參數(shù)中隨機(jī)抽取其中一組紡，按組別進(jìn)行隨機(jī)抽取不重復(fù)紡紗。(M組節(jié)長--M組節(jié)距--N組節(jié)長--N組節(jié)距)。
模糊2：控制器從用戶設(shè)定的1-200組參數(shù)中隨機(jī)抽取其中一組的節(jié)長，與另外經(jīng)過隨機(jī)抽取的不同組的節(jié)距，重新組成新的一組竹節(jié)參數(shù)進(jìn)行紡紗，即將竹節(jié)隨機(jī)組合紡紗。(M組節(jié)長—N組節(jié)距—X組節(jié)長—Y組節(jié)距)。在模糊1的基礎(chǔ)上打破組別的限制，實現(xiàn)高等無序紡紗。
模糊紡3：在模糊紡3竹節(jié)參數(shù)設(shè)置中，輸入基紗及竹節(jié)參數(shù)的上下限值(上限>=下限)，各紡紗參數(shù)在上下限設(shè)定范圍內(nèi)由控制器隨機(jī)抽取數(shù)值進(jìn)行紡紗?？蛻糁恍枰O(shè)定好參數(shù)的上下限數(shù)值即可實現(xiàn)的模糊式竹節(jié)紗。
在這三種紡紗過程中，因控制器是執(zhí)行微機(jī)中的隨機(jī)數(shù)指令，經(jīng)過隨機(jī)抽樣后竹節(jié)規(guī)律是完全不會重復(fù)，就算在同品種不同臺之間，也不會出現(xiàn)重復(fù)的規(guī)律性，從實際應(yīng)用看，此些功能完全解決了布面上規(guī)律性條紋的產(chǎn)生，滿足用戶不同風(fēng)格布面要求。
3.4 超精度位置控制的伺服系統(tǒng)
本裝置采用高速脈沖輸出型PLC控制伺服系統(tǒng)，扭矩恒定，超喂比恒定；伺服長時間連續(xù)工作，竹節(jié)不變化，穩(wěn)定性好。設(shè)計原理采用伺服電機(jī)高精度定位控制模式，以脈沖方式控制，一個脈沖運行一個固定角度，在高精度數(shù)控加工中均采用此種控制方式，所以參數(shù)設(shè)定中可直接輸入粗長、細(xì)長，設(shè)備控制穩(wěn)定性得到可靠保證。
相比于其它竹節(jié)紗裝置多是采用速度控制模式，通過直接設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速，再通過羅拉轉(zhuǎn)速計算出時間，用定時變速的方式控制粗長、細(xì)長。
3.5 高質(zhì)量前羅拉采樣系統(tǒng)
本裝置的控制系統(tǒng)是將前羅拉與中后羅拉完全獨立傳動，它們間是通過無觸的傳感器來實現(xiàn)電氣跟隨，而前羅拉測速編碼器的精度及分辨率都起決定作用?？刂破鞯母咚儆嫈?shù)功能可以從開停車到紡紗中的所有細(xì)節(jié)都處于監(jiān)控之下，并提供校正及報警。
3.6 完善的報警自診斷功能
該功能是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)竹節(jié)紗的一個可靠保證，本系統(tǒng)提供了生產(chǎn)過程中所有故障或非正常參數(shù)設(shè)置等報警功能。做到及時發(fā)現(xiàn)，及時報警，及時處理。
3.7 結(jié)構(gòu)簡單
本竹節(jié)紗裝置由伺服電機(jī)帶動中后羅拉傳動，機(jī)械部分自成單元，不與原主機(jī)沖突，安裝方便，電控箱外置。采用本裝置后，不易出機(jī)械故障，也降低了勞動強(qiáng)度，提高了勞動效率及成紗質(zhì)量。
3.8 其它一些功能
本裝置還提供了其它一些獨特的功能，如下：
（1）節(jié)形的調(diào)整功能，也就是竹節(jié)曲線形狀的選擇功能，實現(xiàn)了飽滿竹節(jié)，解決了瘦紗現(xiàn)象。
（2開車補(bǔ)償功能，可解決雙速、變頻細(xì)紗機(jī)啟停時產(chǎn)生的細(xì)節(jié)現(xiàn)象。
4 工藝數(shù)據(jù)
4.1伺服電機(jī)到后羅拉的減速比
對應(yīng)FA506、FA502、FA1520及FA508的減速比如下：
伺服電機(jī)到后羅拉減速比= (FA506)
伺服電機(jī)到后羅拉減速比= (FA502)
伺服電機(jī)到后羅拉減速比= (FA1520)
伺服電機(jī)到后羅拉減速比= (FA508)
紡制竹節(jié)紗除正常的各項指標(biāo)外，竹節(jié)指標(biāo)主要有竹節(jié)長度、竹節(jié)距離、竹節(jié)粗細(xì)。影響這些指標(biāo)的因素主要有：前羅拉轉(zhuǎn)速、前羅拉直徑、錠子轉(zhuǎn)速、牽伸比、牽伸加壓系統(tǒng)、紡制的品種等。上述參數(shù)的確定，就確定了所紡竹節(jié)紗指標(biāo)。
4.2 出廠紡紗工藝參數(shù)確定
（1）先確定基紗的正常工藝數(shù)據(jù)，試紡定量是否正常；
（2）按設(shè)定的基紗工藝參數(shù)，輸入正確的竹節(jié)工藝，參數(shù)包括：牽伸倍數(shù)、細(xì)長、粗長、細(xì)度、粗度；
（3）試紡竹節(jié)工藝，檢測是否符合要求；
（4）工藝確定，正式生產(chǎn)。
竹節(jié)粗度：直接輸入所需倍數(shù)。若需多種粗度，也是按順序直接輸入即可。(無需計算)
竹節(jié)長度、竹節(jié)距離：整體調(diào)節(jié)可修改。
粗長系數(shù)：竹節(jié)長度整體修正系數(shù)
細(xì)長系數(shù)：竹節(jié)距離整體修正系數(shù)，也可單節(jié)修改(逐段修改)
定量偏差：可修改牽伸倍數(shù)。
（5）正常紗與竹節(jié)紗切換可直接通過PLC控制，如長時間不紡竹節(jié)則可摘掉鏈條即可，恢復(fù)正常紡紗狀態(tài)。
測速系統(tǒng)不須設(shè)置，自動跟蹤。
4.3伺服驅(qū)動參數(shù)設(shè)置
P0-02狀態(tài)顯示1 6
P0-04狀態(tài)顯示2 11
P0-05狀態(tài)顯示3 5
P0-06狀態(tài)顯示4 13
P0-07狀態(tài)顯示4 6
P1-44電子齒輪比分子 10000
P1-45電子齒輪比分母 1024
P2-10伺服使能 1
P2-15反向運轉(zhuǎn)極限 122
P2-16正向運轉(zhuǎn)極限 123
P2-17伺服緊急停止 121
P3-00通訊站號 U1=1；(長車時U2=2)
P3-02通訊協(xié)議 8
P3-05通訊格式 2
5 結(jié)語
本文介紹了臺達(dá)自動化產(chǎn)品在竹節(jié)紗設(shè)備上的整合應(yīng)用，整套方案提供了較高的精度及分辨率，同時其SC系列PLC的高速計數(shù)功能，可使紡紗過程中的所有細(xì)節(jié)都處于監(jiān)控之下，并提供校正及完善的報警自診斷功能。
方案還結(jié)合U盤為客戶開放了4000個竹節(jié)工藝品種貨架，每個工藝品種可最多設(shè)置200組竹節(jié)工藝參數(shù)，并可隨意調(diào)用、存貯或修改，大大簡化了操作流程，便于統(tǒng)一管理，同時提高了可靠性。
綜上，整個方案實現(xiàn)了設(shè)備的技術(shù)升級與高效節(jié)能，體現(xiàn)出臺達(dá)自動化產(chǎn)品較高的性價比，值得業(yè)界同行借鑒和推廣。
【參考文獻(xiàn)】
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作者簡介：楊偉強(qiáng)，男，中達(dá)電通資深技術(shù)工程師，在紡織、機(jī)床等領(lǐng)域具有豐富的應(yīng)用經(jīng)驗，現(xiàn)從事臺達(dá)自動化產(chǎn)品技術(shù)整合應(yīng)用與研究。