棉紡織集體落紗細紗機自動控制系統(tǒng)分析

張慶生

(山西經(jīng)緯合力機械制造有限公司，山西 晉中 030600)

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棉紡織集體落紗細紗機自動控制系統(tǒng)分析

張慶生

(山西經(jīng)緯合力機械制造有限公司，山西 晉中 030600)

摘要：FA532D型短車集體落紗細紗機是適應(yīng)市場需求應(yīng)運而生的產(chǎn)品。該機在整個落紗過程中通過自動化控制技術(shù)自動完成各部分動作與操作，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強度，縮短了落紗時間，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)是一個資源與勞動力密集型產(chǎn)業(yè)，但近年來由于受國際國內(nèi)形勢的影響，棉紡織企業(yè)的原料成本和勞動力成本不斷增加，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)營難以為繼。在這種情況下，通過提高紡織機械的自動化程度來減少用工和減輕勞動強度，進而使棉紡企業(yè)正常運作并得以發(fā)展便成為了應(yīng)對困境的重要途徑，而這對紡機制造企業(yè)來講，是機遇更是挑戰(zhàn)。

細紗機是棉紡工藝流程中的關(guān)鍵設(shè)備,其自動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]。細紗機技術(shù)發(fā)展到今天,電氣自動控制已實現(xiàn)了對主要工業(yè)參數(shù)的控制,影響其生產(chǎn)效率的瓶頸問題主要是一些人工輔助動作,其中人工落紗動作用工量就很大,如能對落紗動作進行自動控制，既可節(jié)省人工，又能提高效率。因此細紗機集體落紗自動裝置的開發(fā)具有了廣闊的市場前景，成為了細紗機制造企業(yè)近幾年來的重要開發(fā)項目。細紗機集體落紗是提高勞動生產(chǎn)率、減員增效、進一步提高紡紗質(zhì)量的有效途徑，但由于集體落紗動作復(fù)雜且精準度高，便對集體落紗裝置的自動化系統(tǒng)的設(shè)計和自動化技術(shù)的應(yīng)用有了更高的要求[2]。本文將針對山西經(jīng)緯合力機械制造有限公司開發(fā)的FA532D短車集體落紗裝置的自動化控制系統(tǒng)做出分析。

1控制系統(tǒng)設(shè)計思路

集體落紗裝置是一種全自動化的機、電、氣緊密結(jié)合，由機械替代人工繁重勞動的機械手裝置[3]。它由機械部分：落紗氣架、氣架傳動、空紗管喂給、滿紗管輸送、滿紗管收集部分和電氣控制、氣動執(zhí)行等各個部分共同組成?？刂葡到y(tǒng)通過獨立的可編程控制器(簡稱PLC)一方面與人機界面觸摸屏通訊，完成人性化的參數(shù)設(shè)定、參數(shù)顯示、故障報警指示；另一方面通過編制梯形圖控制主機變頻調(diào)速、鋼領(lǐng)板變頻加減速、集體落紗伺服驅(qū)動器定位控制及人字臂擺動、導(dǎo)紗板翻轉(zhuǎn)、抓管器充放氣的氣動控制。實現(xiàn)整個設(shè)備的全自動的過程：紡紗→落紗→開車→再紡紗→再落紗這樣的自動循環(huán)。整個電氣系統(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)

采用臺灣豐煒VB2系列PLC

A1主機：VB2-32MR(16入/16繼電器出)

A2擴展：VB-8X(8入)

A3擴展：VB-32ER(16入/16繼電器出)，交流電源

A4擴展：VB2-8XYT(4入/4NPN出)

A5擴展：VB-32ER(16入/16繼電器出)，直流電源

A6擴展：VB-16X(16入)

A7通訊擴展卡：VB-485，實現(xiàn)PLC與主電機變頻和鋼領(lǐng)板電機變頻的通訊。

2.2氣架伺服系統(tǒng)

采用珠海運控PSDP2052A9-N12-M034伺服驅(qū)動器，伺服電機100BL(2)F200-30H3(ST-B)，2 kW，3 000 rpm，帶制動。

2.3人機界面(觸摸屏)

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

◆ 觸摸屏簡介

該觸摸屏有兩個通訊口，設(shè)計時COM1為RS485通訊口，它與伺服驅(qū)動器通訊，可以設(shè)定氣架運行的15個位置的參數(shù)和15個位置的速度。COM2為RS232口，它與PLC通訊，用于細紗機的紡紗工藝參數(shù)顯示、工藝參數(shù)設(shè)定、顯示產(chǎn)量、計長顯示、故障報警等，也可控制紡紗長度，實現(xiàn)機器的定長落紗。觸摸屏可直接對PLC內(nèi)的計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器等進行訪問，提高了修改工藝參數(shù)的方便性。

◆ 參數(shù)設(shè)定

通過主畫面上的“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)

主電機變頻為臺達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　主電機變頻主要參數(shù)設(shè)定表

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

表2　鋼領(lǐng)板電機變頻主要參數(shù)設(shè)定表

3控制系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能

3.1中途停車

當機器需要中途停車時(例如吃飯關(guān)車)，只須按中途停車按鈕，藍色燈亮，機器即自動適位制動停車，吹吸風也停止運行。若需要關(guān)斷電源時，在全機停止后，可關(guān)閉主電源開關(guān)。

3.2中途落紗

當機器需要提前落紗時(例如擦車關(guān)車)，只須按中途落紗按鈕，塔式信號燈HL中黃色燈亮，隨后待主機經(jīng)過落紗階段后，鋼領(lǐng)板自動下降到落紗位置，成型凸輪自動適位制動，全機停轉(zhuǎn)，待吹吸風停到車尾時，自動完成落紗動作。落紗動作完成后，重新開車要按動車頭或車尾的風機起動按鈕，低速或高速起動按鈕。

3.3緊急情況關(guān)車

當機器運轉(zhuǎn)中遇有緊急情況，需要立即關(guān)車時，可按車頭緊急停車按鈕，或者關(guān)閉主電源開關(guān)。此時停車后，不是適位制動。

恢復(fù)開車時先按風機起動按鈕，再依次按低速和高速按鈕，機器即恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)。

3.4全自動集體落紗

全機自動落紗是通過伺服驅(qū)動系統(tǒng)、電磁閥、氣缸、信號檢測光電開關(guān)、接近開關(guān)、氣缸磁性開關(guān)、滿紗提升減速電機和自動上空管電機相互配合完成的。

在觸摸屏上設(shè)定托盤推管數(shù)量(錠數(shù)+39)，設(shè)定行走吹吸風提前停車尾的長度，設(shè)定氣架提前備空管在寄放站上的預(yù)留長度。狀態(tài)旋鈕打在集體落紗自動位置。當紡滿紗時，自動執(zhí)行集體落紗的全部動作：吹吸風回車尾，寄放站預(yù)放空管，將滿紗拔下放到托盤上，空管插到錠子上，主機自動開車運行，托盤起動將滿紗輸送完成，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進行PLC編程

運用步進程序編寫集體落紗的順序控制程序，以氣架從靜止位下降到托盤抓空管位為例：

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宏進行編程

通過觸摸屏與伺服驅(qū)動器通訊，把氣架的15個位置在觸摸屏上實現(xiàn)設(shè)定，同時能夠?qū)崟r顯示氣架當前的位置，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)畫面中，“確認”鍵使用ON宏

SETB 2/b20

@700=2/w32810(DW)十進制32810變?yōu)?6進制為H802A，為伺服驅(qū)動器地址

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

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

伺服電機旋轉(zhuǎn)一圈為16 384個脈沖。

5系統(tǒng)主要保護功能

本系統(tǒng)的故障畫面設(shè)計如圖3，如果機器在運行過程中出現(xiàn)了故障，將自動彈出該畫面。

圖3　故障畫面

按鍵后，顯示“FA532D”主畫面。

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

6經(jīng)濟效益分析

6.1節(jié)省用工

按照目前紗廠三班兩運轉(zhuǎn)用工情況，每臺車按480錠計算，一萬錠要21臺車。一臺車落紗實測時間是8分鐘(從落紗工滿紗準備開始到落紗升頭結(jié)束)，加上人工休息大約2分鐘左右，所以一般需要10分鐘來安排落紗人員。落紗工4人/組。如果一落紗時間在1小時45分鐘～3.5小時之間，需要落紗工2組，計8人，三個班需要落紗工24人，每個班配理管工各1人，共計27人。如果一落紗時間在3.5小時以上(包括3.5小時)，每班需要落紗工4人，三個班需要12個人，每個班配理管工各1人，共計15人。但采用同樣配置的FA532D短車集落細紗機，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降低勞動力成本

節(jié)省了人工，必然使勞動力成本下降，給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。以我國目前紡織企業(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。

采用集體落紗細紗機每月節(jié)省的人工費用大約為：1 850*24+1 600*3-2 000*3=4.32萬元，全年可以節(jié)省人工費用50余萬元。

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)進行了自動控制,提高了設(shè)備紡紗精度，提升了管紗質(zhì)量，無形中給企業(yè)帶來豐厚的經(jīng)濟效益和寶貴的市場口碑。

7結(jié)束語

總之，F(xiàn)A532D的研制，徹底解決了設(shè)備運行的穩(wěn)定性和可靠性問題，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、勞動強度大的矛盾得到有效緩解，是棉紡廠走投資少，見效快的便捷之徑，是棉紡行業(yè)老設(shè)備更新改造的理想機型，極具推廣價值，應(yīng)用前景非常廣闊。

參考文獻

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

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

[3]雛書華.JWF1562型集體落紗細紗機使用實踐[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

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

文章編號：1674- 4578(2016)03- 0033- 03

中圖分類號：TP 273

文獻標識碼：A