EDA嵌入式自調(diào)勻整裝置在并條機(jī)上的應(yīng)用

李 響，關(guān) 野，范碧白，王 丹

(沈陽(yáng)宏大紡織機(jī)械有限責(zé)任公司，沈陽(yáng) 110000)

EDA嵌入式自調(diào)勻整裝置在并條機(jī)上的應(yīng)用

李 響，關(guān) 野，范碧白，王 丹

(沈陽(yáng)宏大紡織機(jī)械有限責(zé)任公司，沈陽(yáng) 110000)

為了提高并條機(jī)出條質(zhì)量，詳細(xì)分析EDA嵌入式自調(diào)勻整裝置的原理、基本組成及特點(diǎn)，并與國(guó)外品牌并條機(jī)進(jìn)行使用對(duì)比。結(jié)果表明：應(yīng)用EDA嵌入式自調(diào)勻整裝置的并條機(jī)動(dòng)作反應(yīng)快、精度高、穩(wěn)定性好、勻整性能提高，同等條件下出條重不勻水平、烏斯特條干CVm值和穩(wěn)定性與國(guó)外品牌并條機(jī)技術(shù)水平基本一致；降低使用和維護(hù)成本，其性價(jià)比高。

并條機(jī)；EDA嵌入式自調(diào)勻整裝置；伺服驅(qū)動(dòng)器；出條；重不勻；穩(wěn)定性

0 引言

沈陽(yáng)宏大公司對(duì)自調(diào)勻整裝置的研究已進(jìn)行了20多年，無(wú)論是國(guó)產(chǎn)中長(zhǎng)片段勻整裝置還是進(jìn)口短片段勻整裝置在并條機(jī)上都有應(yīng)用。筆者以EDA嵌入式自調(diào)勻整裝置為例，結(jié)合自調(diào)勻整基本原理和用戶現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，介紹其在并條機(jī)上的應(yīng)用。

1 EDA嵌入式自調(diào)勻整裝置的原理、基本組成及特點(diǎn)

我公司于2007年開始研究并使用EDA嵌入式自調(diào)勻整裝置，它是在德國(guó)技術(shù)平臺(tái)上開發(fā)的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型開環(huán)短片段自調(diào)勻整裝置，可改善并條工序的出條質(zhì)量，為下道工序提供質(zhì)量水平穩(wěn)定的棉條。通過使用反饋信息，經(jīng)不斷完善和改進(jìn)，使EDA裝置穩(wěn)定性更好，已先后在JWF1302A型、JWF1312A型、JWF1312B型等并條機(jī)上成功使用。

EDA裝置的傳感器信號(hào)直接輸入內(nèi)嵌勻整算法的伺服驅(qū)動(dòng)器，無(wú)需經(jīng)過勻整控制機(jī)進(jìn)行計(jì)算和控制，極大地降低了電磁干擾等因素對(duì)EDA裝置造成的影響，從而保證并條機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)的出條質(zhì)量。

1.1 工作原理

EDA嵌入式自調(diào)勻整裝置基本工作原理，如圖1所示。由于該裝置屬于開環(huán)控制方式，并條機(jī)的左右眼分別為兩個(gè)獨(dú)立控制通道，通過位移傳感器對(duì)輸入棉條進(jìn)行檢測(cè)，自動(dòng)調(diào)整勻整牽伸區(qū)的牽伸

倍數(shù)，從而使輸出棉條的條干誤差控制在允許范圍內(nèi)，解決條干不勻和條干質(zhì)(重)量不勻的問題，為提高成紗質(zhì)量創(chuàng)造條件。當(dāng)輸入或輸出棉條超出本裝置勻整、監(jiān)控范圍時(shí)，控制主機(jī)將停車并報(bào)警。

1.2 裝置組成

EDA嵌入式自調(diào)勻整裝置主要由伺服系統(tǒng)(包括伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電動(dòng)機(jī))、監(jiān)控系統(tǒng)(包括監(jiān)控器模塊)、人機(jī)界面、位移傳感器、電渦流傳感器和速度傳感器等組成。

EDA嵌入式自調(diào)勻整裝置配套開環(huán)短片段自調(diào)勻整系統(tǒng)，喂入棉條經(jīng)凹凸羅拉(T&G)檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)，棉條厚度變化使凸羅拉產(chǎn)生位移，位移傳感器將信號(hào)直接輸入伺服驅(qū)動(dòng)器；伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電動(dòng)機(jī)是勻整系統(tǒng)的控制和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)自帶的旋轉(zhuǎn)變壓器用來(lái)監(jiān)視電動(dòng)機(jī)軸位置，軸位置的輸出是唯一的[1]。輸出棉條經(jīng)非接觸式電渦流傳感器檢測(cè)，將檢出的電信號(hào)傳送給監(jiān)控器模塊，經(jīng)計(jì)算分析后得出被檢測(cè)輸出棉條的質(zhì)量數(shù)據(jù)，并在人機(jī)界面上顯示出來(lái)。

EDA嵌入式自調(diào)勻整裝置系統(tǒng)框圖，如圖2所示[2]。

1.3 裝置特點(diǎn)

EDA嵌入式自調(diào)勻整裝置將原勻整控制器的部分功能，如數(shù)據(jù)采集、分析和計(jì)算嵌入伺服驅(qū)動(dòng)器中，使勻整技術(shù)得到突破。通過內(nèi)嵌勻整算法的伺服使并條機(jī)的勻整采樣頻率達(dá)到10 kHz，保證在1 km/min車速情況下勻整正常。運(yùn)用非接觸式電渦流傳感器的質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，使出條的飽和力、成形和表面粗糙度得到很好地保證(特別是高速時(shí))。全機(jī)統(tǒng)一的人機(jī)界面無(wú)需電腦連接調(diào)試，就可以完成所有勻整調(diào)試操作，且勻整信息全部顯示。

具體而言，該裝置主要特點(diǎn)為：

a) 通過內(nèi)嵌勻整算法伺服驅(qū)動(dòng)器，保證出條質(zhì)量，降低電磁對(duì)勻整的干擾。

b) 運(yùn)用非接觸式電渦流傳感器的質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，在出條時(shí)傳感器頭不再接觸棉條，避免出現(xiàn)意外牽伸，提高出條質(zhì)量，并延長(zhǎng)傳感器壽命。

c) 全機(jī)統(tǒng)一的人機(jī)界面，方便使用，節(jié)約成本。

d) 使用CAN通訊，在機(jī)器內(nèi)部電氣單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

f) 去掉單獨(dú)的勻整控制器，既提高勻整性能，又降低使用成本。

1.4 控制系統(tǒng)

EDA嵌入式自調(diào)勻整裝置控制系統(tǒng)，由伺服電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器等構(gòu)成。其速度環(huán)控制在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，屬于閉環(huán)系統(tǒng)；速度環(huán)由編碼器、信號(hào)處理器、捕獲單元、速度給定以及速度控制器組成。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由編碼器進(jìn)行檢測(cè)后，轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，通過信號(hào)處理器處理，再由捕獲單元捕獲并送入內(nèi)部的計(jì)數(shù)器；伺服驅(qū)動(dòng)器接收信號(hào)，并據(jù)此信號(hào)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

在實(shí)際應(yīng)用中，速度閉環(huán)采用先進(jìn)的PID控制，以保證閉環(huán)輸出速度值的準(zhǔn)確性。PID控制就是根據(jù)控制系統(tǒng)的測(cè)量誤差，采用模糊數(shù)學(xué)模型(即比例、積分、微分)計(jì)算出控制量，并由執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行的系統(tǒng)控制[1]。

在EDA裝置中，如果只有比例控制，那么系統(tǒng)輸出往往存在相對(duì)的穩(wěn)態(tài)誤差；所以，為了消除和減少系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差，系統(tǒng)需引入積分控制，且為了能夠提前預(yù)測(cè)系統(tǒng)誤差變化趨勢(shì)，以方便對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，從而避免或減少系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的超調(diào)，還要在系統(tǒng)中引入微分控制。

在并條機(jī)上使用時(shí)，受其機(jī)械特性、電磁干擾及外部環(huán)境干擾等因素的影響，用一組設(shè)定好的PID參數(shù)對(duì)自調(diào)勻整系統(tǒng)進(jìn)行控制，難以達(dá)到很好的控制效果, 尤其是設(shè)定參數(shù)難以適應(yīng)這種影響帶來(lái)的變化時(shí), 系統(tǒng)性能會(huì)明顯變差, 甚至超出正常自調(diào)勻整效果的許可范圍，這就需要對(duì)PID控制策略進(jìn)行改進(jìn)。EDA嵌入式自調(diào)勻整裝置將改進(jìn)得到的算法應(yīng)用到伺服控制中, 有效地降低了這些因素對(duì)EDA裝置的影響，其控制效果良好。

1.5 裝置基本方程

在并條機(jī)上，牽伸作用是由前、后兩對(duì)羅拉組成兩個(gè)握持點(diǎn)速度不同、且輸出點(diǎn)速度大于喂入點(diǎn)速度而實(shí)現(xiàn)的。如圖3所示，由兩對(duì)羅拉組成兩個(gè)握持鉗口A、B，兩個(gè)握持點(diǎn)速度不同，且輸出端大于輸入端，vB>vA。

牽伸倍數(shù)可根據(jù)前、后羅拉轉(zhuǎn)速或單位時(shí)間內(nèi)喂入和輸出的棉條質(zhì)量求得。根據(jù)勻整原理，單位時(shí)間內(nèi)喂入棉條質(zhì)量應(yīng)與輸出棉條質(zhì)量相等，即：

v1×g1=v2×g2

(1)

式(1)中：

v1——喂入棉條線速度；

v2——輸出棉條線速度；

g1——喂入棉條質(zhì)量；

g2——輸出棉條質(zhì)量。

設(shè)g1=g0+Δg，得：

g2=(g0+Δg)/E

(2)

式(2)中：

g0——喂入棉條的額定質(zhì)量；

E——牽伸倍數(shù)；

Δg——g0和g1之差。

設(shè)g0和g2為假定常數(shù)，得：

(3)

式(3)中：

上式為EDA嵌入式自調(diào)勻整裝置的基本方程，可以明確地得出并條機(jī)牽伸倍數(shù)的變化規(guī)律，即牽伸倍數(shù)E會(huì)隨著Δg增大而增大、減小而減小。

2 使用數(shù)據(jù)分析

2015年，河南某紡織廠使用我公司配EDA嵌入式自調(diào)勻整裝置的JWF1312A型并條機(jī)，在相同工藝下紡制CJ14.6tex紗，現(xiàn)場(chǎng)與國(guó)外某品牌勻整并條機(jī)相對(duì)比，隨機(jī)抽取棉條進(jìn)行測(cè)試。

2.1 數(shù)據(jù)對(duì)比

2.1.1 重不勻

根據(jù)重不勻公式[3]：

式中：

ρ——重不勻率；

g——取樣棉條中所有小于均值質(zhì)量的個(gè)數(shù)；

w——取樣棉條的質(zhì)量之和。

實(shí)測(cè)7次重不勻的數(shù)據(jù)對(duì)比，如圖4所示。

2.1.2 烏斯特條干CVm值

在紡織廠隨機(jī)測(cè)2次JWF1312A型并條機(jī)的烏斯特條干CVm值，并與另外幾臺(tái)國(guó)外某品牌并條機(jī)數(shù)據(jù)對(duì)比，如圖5所示。

2.1.3 穩(wěn)定性對(duì)比

隨機(jī)記錄某班日常調(diào)整JWF1312A型并條機(jī)質(zhì)量次數(shù)，與另外2臺(tái)國(guó)外品牌調(diào)整質(zhì)量次數(shù)對(duì)比，如圖6所示。

2.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)對(duì)比分析，JWF1312A型并條機(jī)在同等條件下，重不勻水平、烏斯特條干CVm值和穩(wěn)定性與國(guó)外品牌基本一致。

3 結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)自調(diào)勻整并條機(jī)相比，應(yīng)用EDA嵌入

式自調(diào)勻整裝置的JWF1312A型并條機(jī)動(dòng)作反應(yīng)快、精度高、穩(wěn)定性好、勻整性能提高；在滿足用戶網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理和人性化操作等需求的情況下，同等條件下出條重不勻水平、烏斯特條干CVm值和穩(wěn)定性與國(guó)外品牌的技術(shù)水平基本一致；能大幅降低用戶使用和維護(hù)成本，其性價(jià)比高。

[1] 解華. 嵌入式自調(diào)勻整在JWF1312A型并條機(jī)上應(yīng)用的探討[J].紡織機(jī)械，2012(2)：12-16.

[2] 北京經(jīng)緯新技術(shù)有限公司.EDA勻整監(jiān)控系統(tǒng)說明書[Z].2010.

[3] 《棉紡手冊(cè)》編寫組.棉紡手冊(cè)[M].3版.北京：中國(guó)紡織出版社,2004.

Application of the Embedded Autoleveller Device EDA in
the Drawing Frame

LI Xiang,GUAN Ye,FAN Bibai,WANG Dan

(Shenyang Grand Textile Machinery Co.,Ltd.,Shenyang 110000,China)

To improve the quality of a drawing sliver,a detailed analysis is done of the workhow,infrastructure,and the feature of the embedded autoleveller EDA in contrast with foreign products.The results show that the embedded autoleveller EDA is of quick action,high precision,good stability and leveling property.Under the same conditions,the embedded autoleveller EDA is very close to the overseas products in sliver unevenness,UsterCVmvalue and stability,consequently,lowering the cost of service and maintenance with good perfromance and price ratio.

drawing frame;the embedded autoleveller EDA;servo driving;slivering out;sliver unevenness;stability

2016-05-01

李 響(1986—)，男，遼寧營(yíng)口人，工程師，主要從事并條機(jī)電氣自動(dòng)化部分的設(shè)計(jì)。

TS103.11+3

B

1001-9634(2016)06-0016-03