毛C07型自调匀整装置的机电一体化系统设计

毛C07型自调匀整装置的机电一体化系统设计
金守峰
【摘要】为了提高毛条条干均匀度,在分析毛C07型自调匀整装置的原理及所存在问题的基础上,提出了一种应用于针梳机的开环式自调匀整机电一体化系统.该系统以三菱FX2n - 32MT可编程控制器为核心控制器,以模块化的设计思想将系统分为可编程控制器控制模块、前后罗拉测速模块、毛条厚度检测模块、人机接口模块、牵伸匀整模块等,在可编程控制器程序控制下完成自调匀整功能,改善毛条的短片段及超短片段不匀.最后通过实验测得毛条不匀率保持在0.4％以内,提高了毛条的质量,同时装置的自动化、在线监控、可操作性有了很大的改善.
【期刊名称】《毛纺科技》
【年(卷),期】2011(039)010
【总页数】5页(P59-63)
【关键词】自调匀整;可编程控制器;毛条;不匀率
【作者】金守峰
【作者单位】西安工程大学机电工程学院,陕西西安710048
【正文语种】中文
【中图分类】TS103.113
纱线的条干均匀度是反映纱线质量的一个最关键因素。

对纱线均匀度的控制几乎贯穿了纺纱的全过程，自调匀整装置在控制纱条均匀度方面有着非常重要的意义，但国内自调匀整装置的发展还远远落后于国外先进技术。

我国精梳毛纺工业在前纺工
程头道针梳机B423上采用了毛C07型自调匀整装置缩短工艺流程，在一定的范围内降低了毛条不匀。

但该装置是机械式的匀整装置，检测精度低，匀整效果差，越来越不能满足高质量毛条生产的要求［1］。

为了进一步降低纱条重量不匀，提高纱线质量，提升我国毛纺织机械技术水平，本文在研究毛C07型自调匀整装置原理的基础上，提出一种应用于针梳机的开环式自调匀整机电一体化系统。

毛C07型机械式自调匀整装置一般由检测机构、记忆延迟机构、传导放大机构、变速机构等部分组成［2］，如图1所示。

毛C07型自调匀整装置采用测量罗拉对喂入毛条的不匀进行检测，再经过放大杠杆放大后通过记忆钢辊的位移来记录不匀的信号。

由于工作钢辊在数量上的限制，使喂入毛条约21 mm长度上的不匀由1根钢辊的位移来代表，因此其检测是连续的，但其记忆却是不连续的，破坏了信号的连续性与真实性，另外装置传导机构的机械惯性较大，造成了较大的记忆延迟误差。

变速机构采用1对双曲线变速铁炮进行变速，只有当具有相同位移量的钢辊为3根或3根以上时，铁炮才能达到所要求的速度，因此，钢辊与铁炮的响应速度较低。

此外当生产工艺中喂入毛条性能发生变化时，其延迟齿轮与张力齿轮也要进行更换，牵伸倍数的调节是靠更换齿轮来实现，调节操作不方便，影响了系统的自动化性能。

通过对毛C07型纯机械式自调匀整装置的工作原理及其存在的问题进行分析，本文将传感器技术、计算机技术、交流伺服技术运用到毛C07型自调匀整装置中，实现了装置的机电一体化系统设计［3］。

图2为毛C07型自调匀整装置的机电一体化系统原理图。

在系统开始运行之前，根据工艺要求把主电机速度、牵伸倍数、延迟距离、毛条标准厚度等工艺参数通过人机接口模块(PWS1760)在可编程控制器中设定，当毛条工艺参数发生变化时，只需调整工艺参数即可，省去了调节齿轮的不便。

工作时毛条由导条架喂入从而进入毛条厚度检测模块，然后经由梳箱到前罗拉输出。

当喂入
的毛条粗细不匀时，毛条厚度检测模块通过测量罗拉和电涡流位移传感器检测毛条厚度不匀信号，经放大后送入可编程控制器控制模块，延迟一段时间后，当检测断面到达牵伸点时可编程控制器根据不匀信号的大小按照匀整方程计算出实际的牵伸倍数，然后通过调节牵伸匀整模块中的伺服电动机转速，改变梳箱中针板速度从而调整牵伸倍数以达到匀整输出。

从图2可知，匀整过程为先检测后匀整的过程，是一个典型的开环系统，属于针
对性匀整。

控制好系统的延迟时间和牵伸倍数的变化，可以消除一定范围的不匀波，匀整效果较好，主要用于匀整短片段及超短片段不匀。

本文研究的系统以可编程控制器为控制系统的核心，以模块化的设计思想将系统分为如图3所示的子模块，各模块在可编程控制器的协调下完成自调匀整功能。

可编程控制器是以微处理器为基础的通用工业控制装置，它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程［4］。

因此，本文采用三菱FX2n-32MT为毛C07型自调匀整装置的控制核心，用于各检测信
号的处理、输出控制交流伺服电动机信号、实现与人机交互的功能、以及整个系统的协调［5］。

按照工艺需求设定控制系统的输入/输出地址，如表1所示。

自调匀整装置是靠调节后罗拉速度来达到匀整目的的，同时测量后罗拉速度可以确定毛条的喂入速度及匀整的延迟时间，毛条输出速度通过测量前罗拉转速获得。

为了提高测速的精度，在前后罗拉上安装了E40H SEROES脉冲数为1 024的增量
式编码器，编码器的脉冲信号送入表1中PLC的高速输入地址X001和X002，通过脉冲数测量罗拉转速进而计算喂入速度及输出毛条速度。

喂入毛条的不匀信号是利用测量罗拉和电涡流位移传感器组成的检测机构进行检测，将毛条的粗细变化转化为电信号送入表1中输入地址X000进行毛条厚度连续动态检测。

为了便于操作，提高系统的监控性能，本文系统采用PWS1760触摸屏设计了便捷的人机接口，通过PWS1760触摸屏与可编程控制器建立通讯而实现了人机“对话”［6］，以触摸屏组态软件设计的系统工艺参数输入界面和运行监控截面如图4所示。

图4中通过触摸屏的输入区域及功能键等组态功能的设计完成毛条工艺参数的输入，实现了在线调节功能。

操作人员对驱动元件的运行状态及喂入毛条的厚度变化等运行状态，通过人机界面实现实时监控。

在安全性能上软件还设计了锁键盘及密码保护等相应的操作权限。

牵伸作用是由前后罗拉线速度的不同来实现的，牵伸倍数可根据前后罗拉速度或喂入和纺出毛条的单位长度质量计算。

设V1、W1为后罗拉线速度和喂入半制品的单位长度质量;V2、W2为前罗拉线速度和纺出半制品的单位长度质量。

则牵伸基本方程为:
实际生产中，喂入半制品存在不匀，W1波动，假设W1=W0+ΔW(式中:W0为额定定量;ΔW为喂入定量偏差值)，则自调匀整基本方程为:
式中:E(t)为牵伸倍数;E0为额定牵伸倍数。

式(2)明确给出了牵伸变化的规律，牵伸倍数随着喂入半制品单位长度质量偏差的增大而增大，随其减小而减小。

即牵伸调节是以喂入毛条质量(粗细)的偏差大小为依据。

自调匀整是通过改变牵伸罗拉的速度来调节牵伸，在毛C07自调匀整装置中针板速度与后罗拉的速度接近，因此本文采用针板代替后罗拉作为牵伸机构建立一个防止纤维提前变速的附加摩擦力界，当前罗拉被握持后，实现牵伸和梳理作用，针板速度为:
当喂入毛条质量发生变化时，根据式(3)改变针板速度实现牵伸匀整，在牵伸匀整模块中采用伺服电机作为驱动装置，实现速度控制的精度。

牵伸匀整模块中实现了寸动调节、长动匀整等工序。

系统的报警指示采用指示灯形式，当出现进条断条、出条断条、门罩开启、出条绕条、喂入毛条不匀超出匀整范围时，相应的指示灯就会闪烁提醒操作人员，并同时停车保护。

采用三菱FX2n系列的SWOPC-FXGP/WINC编程软件对各模块进行程序控制，
主要完成上电初始化操作、从控制器存储器中读取关机前保存的工艺参数、键盘扫描及寸动调节、长动匀整和停车等功能，程序流程图如图5所示。

将所设计的机电式自调匀整装置安装在B423型针梳机上进行实验调试，实验参数如表2所示。

毛条不匀率H计算公式为:
式中:Q为毛条总单位质量(g/m)为平均单位质量(g/m)为小于的平均单位质量
(g/m);n为小于的项数。

对毛条进行实验测试，在原毛07型自调匀整装置匀整后的输出毛条单位质量如图
6所示，采用本文所设计的自调匀整装置匀整后的输出毛条单位质量如图7所示。

将测得毛条数据分别代入式(4)中，计算得到原机型的输出毛条不匀率为0.482%，通过机电一体化改进后输出毛条不匀率为0.367%。

通过变换喂入毛条数量及改变毛条种类的实验，改进后的输出毛条不匀率均在0.4%以内，比行业标准优越得多。

本文设计在分析B423型针梳机上毛C07型自条匀整装置的原理及所存在问题的
基础上提出了用于针梳机的开环式自调匀整机电一体化系统。

本文系统依托精度高、性能稳定的可编程处理器及传感器等元件，使改进后毛C07型自条匀整装置的自
动化程度及输出毛条精度大大提高。

人机接口模块实现了不同性能的毛条，可不改变硬件线路，只通过修改程序中的工艺参数来实现，使装置的可操作性、在线监控性能得到很大改善。

该系统设计不仅在针梳机上具有应用价值，在并条机、梳棉机等纺织设备上也有一定的借鉴作用。

【相关文献】
［1］邢明杰，潘福奎，刘荣兴，等.新型毛纺自调匀整装置的研制［J］.纺织学报，1997(12):32-34.
［2］祝柏荣.自调匀整装置［M］.北京:纺织工业出版社，1986.
［3］姚杰，叶国铭.新型开环自调匀整装置的分析与设计［J］.纺织学报，2005，26(3):44-45. ［4］韩宝利.PLC、变频技术在精梳机电气控制中的应用［J］.纺织机械，2007(3):31-32.
［5］王仲文，邵俊鹏.基于PLC和触摸屏的工业汽轮机控制系统的设计［J］.哈尔滨理工大学学报，2007，12(6):34-36.。