摘  要：本文在簡要介紹包覆絲機工作原理的基礎上，重點研討伺服成型包覆絲機自動化系統設計術：系統基于PLC控制平臺與HMI、變頻器、伺服驅動的集成控制結構。

關鍵詞：氨綸 包覆絲機 紗錠成型  伺服

 

1  引言
       隨著人類文明的進步，休閑、舒適、運動的生活方式越來越成為全球化流行趨勢，紡織品生產領域最能應和這種現代生活方式的氨綸彈力織物迎來更大的發展空間。美國杜邦公司在1958年獨家發明的氨綸（萊卡）的學名叫做聚氨基甲酸酯纖維，是世界已知最富彈性的合成纖維。以氨綸為紗芯，外包錦、滌、棉、麻、毛、真絲等纖維，制成各種包芯紗、包覆紗、合捻紗等多樣化的復合功能性彈力紗線，氨綸自身的彈性優點與其它纖維的固有特性有機結合，應用領域已從襪類和內衣等針織品擴大到機織品，從功能性織物向服裝面料發展，從內衣向外衣發展，從女性服飾向男裝延伸，并贏得“人類第二皮膚”的美譽，氨綸織物已成為最流行的國際性時尚消費品。
       氨綸包覆紗的主體制造設備是包覆絲機。基于臺達機電技術的電子成型包覆紗機替代了油浴式齒輪箱，使卷繞成形良好，軟邊成型退繞更容易，現在的氨綸包覆絲紗錠卷繞成型效果已經等同于國際著名某品牌的包覆絲機的成型效果。

2  氨綸包覆絲機分析
2.1 系統架構
       機械成型包覆絲機系統架構如圖1所示。機械包覆絲機由變頻器驅動兩臺異步電機傳動主軸運行,定子主軸通過機械齒輪變比帶動錠子高速旋轉及卷繞,卷繞主軸通過機械油浴式齒輪箱帶動橫動機構來回運動,實現卷繞成型功能。一套速度監測儀，隨時監測錠子、卷繞等運行轉速。機械成型包覆絲機的主要技術參數參見表1所示。
     
表1 機械成型包覆絲機技術參數

 
                     圖1機械成型包覆絲機系統架構
2.2 問題分析
（1）操作界面問題：只能通過變頻器面板進行調速，界面不友好。
（2）車速限制問題：由于成型機構是機械油浴式齒輪箱，導致整體車速只有不超過40米/分。
（3）紗錠成型問題：由于紗錠卷繞成型機構是機械油浴式齒輪箱，卷繞成型有疊繞和硬邊突起等電阻效應難以克服，對下道退繞絡筒工序很不利，卷繞紗錠只能達到3公分厚。 
（4）保全問題：由于成型機構是機械油浴式齒輪箱，長時間運行后機械磨損導致無法進行根本性修復，維護、調整都很困難。
3 電子成型包覆絲機自動化設計
3.1基于臺達伺服控制技術的包覆絲機
       由于傳統機械在成型速度、成型效果、維護難上有很大局限性，所以很多紡機廠家及自動化集成商都在全力研發電子成型包覆絲機，但因在成型控制精度、防疊繞算法、防電阻效應、防掉線、機械精度、卷繞成型交叉角度算法、生產調試周期漫長（生產一個錠需20—80小時）等困難，所以至今成效都不大。
       通過近期努力，臺達子公司中達設計出以EH系列PLC為主控制單元，控制全機錠子速度（臺達變頻器控制），卷繞電機速度（臺達變頻器控制系列），橫動移紗電子成型（臺達伺服驅動器），用臺達HMI設置和顯示工藝參數的控制方案，成功的替代了機械油浴式齒輪箱紗錠成型架構。對主軸轉速信號采用高速計速，對卷繞輥進行測速，通過在HMI上設置工藝參數如：錠子速度、橫動速度、成型斜度、工作定時、捻度等，對運轉過程中出現的故障信息均在HMI上顯示，為排除故障提供方便。基于臺達機電自動化技術平臺的電子成型包覆絲機自動化解決方案如圖2所示。電子成型包覆絲機的主要技術參數參見表2所示。
       主要元件清單如下：PLC：DVP-EH(高速脈沖輸出可達200KHz, 高速計數通道200KHz/通道、共四通道)；HMI：DOP-AS(5.7寸)；變頻器：VFD-B(18.5KW)；伺服驅動器：VSD-B(0.75KW, 編碼器分辨率：10000, 位置定位時間：2ms)。 

圖2臺達機電成型包覆絲機系統架構

表2 電子成型包覆絲機的主要技術參數為

3.2 技術特點
（1）可以通過觸摸屏隨意更改整機車速，橫動速度，成型參數，等滿足不同生產需要，界面友好方便。
（2）由于成型橫動機構采用伺服傳動，所以整體車速可以提高到100米/分，大大提高生產效率，是原機械成型機型2—3倍速度，產能翻番。
（3）由于成型橫動機構采用伺服傳動，卷繞成型解決疊繞和硬邊突起電阻效應等問題，所以卷繞紗錠可以達到10公分厚，原機械成型機型3—4倍，節約了換錠時間提高了生產效率。
    （4）由于成型機構采用伺服傳動，所以機械結構簡單，即使長時間運行維護，調整都很方便。

4  伺服電子成型紗錠的實現
（1）卷繞速度設定：卷繞速度即主車速，決定整機的生產速度，根據卷繞速度設定變頻器運行頻率；卷繞速度決定卷繞線速度。
（2）橫走速度設定：橫走速度即橫向移絲速度，根據不同品種紗線的卷繞要求橫走速度與卷繞速度形成比例，來決定來回卷繞的交叉角度；且橫走速度不能過慢或過快，過慢會導致橫動反向時錠邊累計過多導致硬變和掉線，過快也會導致伺服反向時過沖、抖動而導致掉線。
（3）初始行程設定：初始行程即表示A-B間距離。
（4）初始輥徑設定：初始輥徑設定必須準確，否則將影響成型效果。
（5）停車延時設定：停車延時即表示在按動停車按鈕后由于轉盤慣性無法立即停止，所以必須延時橫動機構一段時間等待轉盤完全停止后再停止橫動，否則紗線將會在橫動停止位置大量卷繞。
（6）差動距離：AC與DB為差繞長度。在AB往復的過程中，并不是每次往復行程都是由A點至B點，或是由B點至A點實際往復行程為A點至D點，D點至C點，C點至B點，再由B點至A點依序循環，主要是解決在卷繞過程中兩邊會有凸起的現象（俗稱電阻效應）。
（7）成型角度調整參數：成型角度調整參數將決定紗錠在卷繞成型的收邊角度的坡度，由于成型角度是由卷繞速度、橫動速度、紗線粗細不同所共同決定的，所以可以通過成型角度調整參數進行修正，達到美觀的效果，此參數越大表示坡度越陡，越小表示坡度越平。
（8）軟邊調整參數設定：在卷繞成型中由于退繞的需要，要求錠邊相對松軟，避免錠邊太硬、太緊所導致退繞斷線現象，調整軟邊參數可以有效調整收邊的松軟度，軟邊調整參數越大邊越硬，參數越小邊越軟。
       紗錠成型參數定義如3所示。紗錠成型調整人機界面如4所示。國際名牌紗錠成型效果對比如圖5、圖6所示。

 

                 圖3 紗錠成型參數

 

 圖4 紗錠成型調整人機界面
      

                     
圖5國際著名某品牌的成型效果                                                                  &nbs