張慶生

(山西經(jīng)緯合力機(jī)械制造有限公司，山西 晉中 030600)

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棉紡織集體落紗細(xì)紗機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)分析

張慶生

(山西經(jīng)緯合力機(jī)械制造有限公司，山西 晉中 030600)

摘要：FA532D型短車(chē)集體落紗細(xì)紗機(jī)是適應(yīng)市場(chǎng)需求應(yīng)運(yùn)而生的產(chǎn)品。該機(jī)在整個(gè)落紗過(guò)程中通過(guò)自動(dòng)化控制技術(shù)自動(dòng)完成各部分動(dòng)作與操作，省去了空紗管整理、滿紗落紗及空管插入等人工操作環(huán)節(jié)，大大減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了落紗時(shí)間，提高了設(shè)備紡紗精度，提升了管紗質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：集體落紗；伺服系統(tǒng)；變頻器

紡織工業(yè)是一個(gè)資源與勞動(dòng)力密集型產(chǎn)業(yè)，但近年來(lái)由于受?chē)?guó)際國(guó)內(nèi)形勢(shì)的影響，棉紡織企業(yè)的原料成本和勞動(dòng)力成本不斷增加，使得許多棉紡企業(yè)舉步維艱，特別是近年來(lái)屢屢出現(xiàn)的“民工荒”，更使得不少棉紡企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)難以為繼。在這種情況下，通過(guò)提高紡織機(jī)械的自動(dòng)化程度來(lái)減少用工和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)而使棉紡企業(yè)正常運(yùn)作并得以發(fā)展便成為了應(yīng)對(duì)困境的重要途徑，而這對(duì)紡機(jī)制造企業(yè)來(lái)講，是機(jī)遇更是挑戰(zhàn)。

細(xì)紗機(jī)是棉紡工藝流程中的關(guān)鍵設(shè)備,其自動(dòng)化程度的高低直接影響著棉紡企業(yè)的生產(chǎn)效率和效益[1]。細(xì)紗機(jī)技術(shù)發(fā)展到今天,電氣自動(dòng)控制已實(shí)現(xiàn)了對(duì)主要工業(yè)參數(shù)的控制,影響其生產(chǎn)效率的瓶頸問(wèn)題主要是一些人工輔助動(dòng)作,其中人工落紗動(dòng)作用工量就很大,如能對(duì)落紗動(dòng)作進(jìn)行自動(dòng)控制，既可節(jié)省人工，又能提高效率。因此細(xì)紗機(jī)集體落紗自動(dòng)裝置的開(kāi)發(fā)具有了廣闊的市場(chǎng)前景，成為了細(xì)紗機(jī)制造企業(yè)近幾年來(lái)的重要開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。細(xì)紗機(jī)集體落紗是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減員增效、進(jìn)一步提高紡紗質(zhì)量的有效途徑，但由于集體落紗動(dòng)作復(fù)雜且精準(zhǔn)度高，便對(duì)集體落紗裝置的自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用有了更高的要求[2]。本文將針對(duì)山西經(jīng)緯合力機(jī)械制造有限公司開(kāi)發(fā)的FA532D短車(chē)集體落紗裝置的自動(dòng)化控制系統(tǒng)做出分析。

1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

集體落紗裝置是一種全自動(dòng)化的機(jī)、電、氣緊密結(jié)合，由機(jī)械替代人工繁重勞動(dòng)的機(jī)械手裝置[3]。它由機(jī)械部分：落紗氣架、氣架傳動(dòng)、空紗管喂給、滿紗管輸送、滿紗管收集部分和電氣控制、氣動(dòng)執(zhí)行等各個(gè)部分共同組成?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)獨(dú)立的可編程控制器(簡(jiǎn)稱PLC)一方面與人機(jī)界面觸摸屏通訊，完成人性化的參數(shù)設(shè)定、參數(shù)顯示、故障報(bào)警指示；另一方面通過(guò)編制梯形圖控制主機(jī)變頻調(diào)速、鋼領(lǐng)板變頻加減速、集體落紗伺服驅(qū)動(dòng)器定位控制及人字臂擺動(dòng)、導(dǎo)紗板翻轉(zhuǎn)、抓管器充放氣的氣動(dòng)控制。實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)備的全自動(dòng)的過(guò)程：紡紗→落紗→開(kāi)車(chē)→再紡紗→再落紗這樣的自動(dòng)循環(huán)。整個(gè)電氣系統(tǒng)框圖如圖1。

圖1　電氣系統(tǒng)框圖

2控制系統(tǒng)組成

2.1PLC系統(tǒng)

采用臺(tái)灣豐煒VB2系列PLC

A1主機(jī)：VB2-32MR(16入/16繼電器出)

A2擴(kuò)展：VB-8X(8入)

A3擴(kuò)展：VB-32ER(16入/16繼電器出)，交流電源

A4擴(kuò)展：VB2-8XYT(4入/4NPN出)

A5擴(kuò)展：VB-32ER(16入/16繼電器出)，直流電源

A6擴(kuò)展：VB-16X(16入)

A7通訊擴(kuò)展卡：VB-485，實(shí)現(xiàn)PLC與主電機(jī)變頻和鋼領(lǐng)板電機(jī)變頻的通訊。

2.2氣架伺服系統(tǒng)

采用珠海運(yùn)控PSDP2052A9-N12-M034伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服電機(jī)100BL(2)F200-30H3(ST-B)，2 kW，3 000 rpm，帶制動(dòng)。

2.3人機(jī)界面(觸摸屏)

本機(jī)人機(jī)界面使用海泰克觸摸屏PWS6600S-S的狀態(tài)來(lái)顯示相關(guān)的工藝參數(shù)，也可設(shè)定工藝參數(shù)、集體落紗參數(shù)和進(jìn)行相應(yīng)的操作選擇。

◆ 觸摸屏簡(jiǎn)介

該觸摸屏有兩個(gè)通訊口，設(shè)計(jì)時(shí)COM1為RS485通訊口，它與伺服驅(qū)動(dòng)器通訊，可以設(shè)定氣架運(yùn)行的15個(gè)位置的參數(shù)和15個(gè)位置的速度。COM2為RS232口，它與PLC通訊，用于細(xì)紗機(jī)的紡紗工藝參數(shù)顯示、工藝參數(shù)設(shè)定、顯示產(chǎn)量、計(jì)長(zhǎng)顯示、故障報(bào)警等，也可控制紡紗長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)機(jī)器的定長(zhǎng)落紗。觸摸屏可直接對(duì)PLC內(nèi)的計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器等進(jìn)行訪問(wèn)，提高了修改工藝參數(shù)的方便性。

◆ 參數(shù)設(shè)定

通過(guò)主畫(huà)面上的“工藝”按鍵設(shè)定紡紗工藝參數(shù),“集體落紗”按鍵設(shè)定落紗工序的相關(guān)參數(shù)。

2.4變頻系統(tǒng)

主電機(jī)變頻為臺(tái)達(dá)VFD220B43P，22 kW紡織專用穿墻式變頻器,主要參數(shù)設(shè)定如表1。

表1　主電機(jī)變頻主要參數(shù)設(shè)定表

鋼領(lǐng)板電機(jī)變頻采用臺(tái)達(dá)VFD004E43A，400 W變頻器，主要參數(shù)設(shè)定如表2。

表2　鋼領(lǐng)板電機(jī)變頻主要參數(shù)設(shè)定表

3控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能

3.1中途停車(chē)

當(dāng)機(jī)器需要中途停車(chē)時(shí)(例如吃飯關(guān)車(chē))，只須按中途停車(chē)按鈕，藍(lán)色燈亮，機(jī)器即自動(dòng)適位制動(dòng)停車(chē)，吹吸風(fēng)也停止運(yùn)行。若需要關(guān)斷電源時(shí)，在全機(jī)停止后，可關(guān)閉主電源開(kāi)關(guān)。

3.2中途落紗

當(dāng)機(jī)器需要提前落紗時(shí)(例如擦車(chē)關(guān)車(chē))，只須按中途落紗按鈕，塔式信號(hào)燈HL中黃色燈亮，隨后待主機(jī)經(jīng)過(guò)落紗階段后，鋼領(lǐng)板自動(dòng)下降到落紗位置，成型凸輪自動(dòng)適位制動(dòng)，全機(jī)停轉(zhuǎn)，待吹吸風(fēng)停到車(chē)尾時(shí)，自動(dòng)完成落紗動(dòng)作。落紗動(dòng)作完成后，重新開(kāi)車(chē)要按動(dòng)車(chē)頭或車(chē)尾的風(fēng)機(jī)起動(dòng)按鈕，低速或高速起動(dòng)按鈕。

3.3緊急情況關(guān)車(chē)

當(dāng)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中遇有緊急情況，需要立即關(guān)車(chē)時(shí)，可按車(chē)頭緊急停車(chē)按鈕，或者關(guān)閉主電源開(kāi)關(guān)。此時(shí)停車(chē)后，不是適位制動(dòng)。

恢復(fù)開(kāi)車(chē)時(shí)先按風(fēng)機(jī)起動(dòng)按鈕，再依次按低速和高速按鈕，機(jī)器即恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.4全自動(dòng)集體落紗

全機(jī)自動(dòng)落紗是通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電磁閥、氣缸、信號(hào)檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、氣缸磁性開(kāi)關(guān)、滿紗提升減速電機(jī)和自動(dòng)上空管電機(jī)相互配合完成的。

在觸摸屏上設(shè)定托盤(pán)推管數(shù)量(錠數(shù)+39)，設(shè)定行走吹吸風(fēng)提前停車(chē)尾的長(zhǎng)度，設(shè)定氣架提前備空管在寄放站上的預(yù)留長(zhǎng)度。狀態(tài)旋鈕打在集體落紗自動(dòng)位置。當(dāng)紡滿紗時(shí)，自動(dòng)執(zhí)行集體落紗的全部動(dòng)作：吹吸風(fēng)回車(chē)尾，寄放站預(yù)放空管，將滿紗拔下放到托盤(pán)上，空管插到錠子上，主機(jī)自動(dòng)開(kāi)車(chē)運(yùn)行，托盤(pán)起動(dòng)將滿紗輸送完成，等待下一落紗的循環(huán)。

4軟件編程

4.1使用豐煒PLC編程軟件Ladder Master進(jìn)行PLC編程

運(yùn)用步進(jìn)程序編寫(xiě)集體落紗的順序控制程序，以氣架從靜止位下降到托盤(pán)抓空管位為例：

圖2　豐煒PLC集體落紗順序控制梯形圖例

4.2在觸摸屏編程軟件ADP6中使用初始宏和ON宏進(jìn)行編程

通過(guò)觸摸屏與伺服驅(qū)動(dòng)器通訊，把氣架的15個(gè)位置在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)設(shè)定，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)顯示氣架當(dāng)前的位置，大大方便用戶直觀操作。

1) INITIAL宏(初始宏)

@0=0

BMOV(@140,@0,20)

@140=d7300

@141=d7301

@142=d7302

@143=d7303

@144=d7304

@145=d7305

@146=d7306

@147=d7307

@148=d7308

@149=d7309

@150=d7310

@151=d7311

@152=d7312

@153=d7313

@154=d7314

2) 氣架設(shè)定參數(shù)畫(huà)面中，“確認(rèn)”鍵使用ON宏

SETB 2/b20

@700=2/w32810(DW)十進(jìn)制32810變?yōu)?6進(jìn)制為H802A，為伺服驅(qū)動(dòng)器地址

@100=DIV(@700,16384) (signed DW)

@102=MOD(@700,16384) (signed DW)

伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈為16 384個(gè)脈沖。

5系統(tǒng)主要保護(hù)功能

本系統(tǒng)的故障畫(huà)面設(shè)計(jì)如圖3，如果機(jī)器在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了故障，將自動(dòng)彈出該畫(huà)面。

圖3　故障畫(huà)面

按鍵后，顯示“FA532D”主畫(huà)面。

4) 集體落紗的故障有：插空管失敗，漏拔滿管，鏟滿管失敗，提升或滾筒電機(jī)跳閘，伺服驅(qū)動(dòng)器報(bào)警，供氣壓力不足，氣架超限，管庫(kù)異常等。

6經(jīng)濟(jì)效益分析

6.1節(jié)省用工

按照目前紗廠三班兩運(yùn)轉(zhuǎn)用工情況，每臺(tái)車(chē)按480錠計(jì)算，一萬(wàn)錠要21臺(tái)車(chē)。一臺(tái)車(chē)落紗實(shí)測(cè)時(shí)間是8分鐘(從落紗工滿紗準(zhǔn)備開(kāi)始到落紗升頭結(jié)束)，加上人工休息大約2分鐘左右，所以一般需要10分鐘來(lái)安排落紗人員。落紗工4人/組。如果一落紗時(shí)間在1小時(shí)45分鐘～3.5小時(shí)之間，需要落紗工2組，計(jì)8人，三個(gè)班需要落紗工24人，每個(gè)班配理管工各1人，共計(jì)27人。如果一落紗時(shí)間在3.5小時(shí)以上(包括3.5小時(shí))，每班需要落紗工4人，三個(gè)班需要12個(gè)人，每個(gè)班配理管工各1人，共計(jì)15人。但采用同樣配置的FA532D短車(chē)集落細(xì)紗機(jī)，則可以完全節(jié)省落紗工、理管工人數(shù)，只要每班各增加一名保全保養(yǎng)工即能滿足要求。

6.2降低勞動(dòng)力成本

節(jié)省了人工，必然使勞動(dòng)力成本下降，給企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。以我國(guó)目前紡織企業(yè)工人的平均工資水平為例：

落紗工月平均工資大約1 850元。

理管工月平均工資大約1 600元。

保全保養(yǎng)工月平均工資大約2 000元。

采用集體落紗細(xì)紗機(jī)每月節(jié)省的人工費(fèi)用大約為：1 850*24+1 600*3-2 000*3=4.32萬(wàn)元，全年可以節(jié)省人工費(fèi)用50余萬(wàn)元。

另外，由于集體落紗將空紗管整理、滿紗落紗及空管插入等人工操作環(huán)節(jié)進(jìn)行了自動(dòng)控制,提高了設(shè)備紡紗精度，提升了管紗質(zhì)量，無(wú)形中給企業(yè)帶來(lái)豐厚的經(jīng)濟(jì)效益和寶貴的市場(chǎng)口碑。

7結(jié)束語(yǔ)

總之，F(xiàn)A532D的研制，徹底解決了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性問(wèn)題，隨之產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性得到大幅度的提高；紡紗廠用工緊張、勞動(dòng)強(qiáng)度大的矛盾得到有效緩解，是棉紡廠走投資少，見(jiàn)效快的便捷之徑，是棉紡行業(yè)老設(shè)備更新改造的理想機(jī)型，極具推廣價(jià)值，應(yīng)用前景非常廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1]孫維濱.中國(guó)紡織工業(yè)發(fā)展報(bào)告[M].北京:中國(guó)紡織出版社,2014.

[2]杜鈺洲.中國(guó)紡織工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].絲綢,2001(10):13-15.

[3]雛書(shū)華.JWF1562型集體落紗細(xì)紗機(jī)使用實(shí)踐[J].棉紡織技術(shù),2013(1):20-22.

Analysis on Automatic Control System for Ring Spinning Frame with Auto-doffing

Zhang Qingsheng

(ShanxiJingweiHeliManufacturingCo.,Ltd,JinzhongShanxi030600,China)

Abstract:FA532D Ring Spinning Frame with auto-doffing is a product for meeting the market demand. The product automatically completes each part of the action and operation by automation control technology during the doffing process. It can shorten the doffing time and eliminate the links of empty bobbin arranging, artificial doffing and bobbin inserting. This technique improves the accuracy of the spinning equipment and spool’s quality.

Key words:doffing; servo drive system; inverter

收稿日期：2016-03-22

作者簡(jiǎn)介：張慶生(1969- )，男，山西榆次人，電氣工程師，主要從事棉紡織機(jī)械新產(chǎn)品的電氣研發(fā)與設(shè)計(jì)。

文章編號(hào)：1674- 4578(2016)03- 0033- 03

中圖分類(lèi)號(hào)：TP 273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A