粗纱机运行工艺及电气控制系统分析

粗纱机运行工艺及电气控制系统分析
一、概况：
在传统的棉纺环锭纺纱工艺中，粗纱工序有着举足轻重的地位，十多年来，在各个纺织企业，悬锭粗纱机逐渐取代了托锭粗纱机，而国内粗纱机的制造厂商，也逐渐形成了天津宏大、无锡宏源、河北太行三足鼎立的局面。

二、传统悬锭粗纱机的电气控制系统分析：
FL-16、FA415、FA421、FA422、FA458型传统悬锭粗纱机，采用一个电动机通过多个传动机构，分别传动罗拉、锭翼、筒管及下龙筋升降机构，其中，罗拉牵伸机构将熟条拉长、拉细；锭翼的高速回转，给前罗拉输出的须条加上一定的捻度，使其具有一定的强度；而筒管的卷绕与下龙筋的升降运动，将粗纱卷绕成双锥形卷装，供细纱使用。

为实现粗纱卷绕，需选用不同的牵伸齿轮与捻度齿轮，使锭翼与罗拉的运转符合工艺要求，而由于筒管卷绕速度与下龙筋升降速度随着粗纱卷绕直径的增大而按一定的比例下降，需要通过曲线锥轮变速机构以及复杂的成形换向机构，来获得粗纱的双锥形卷装。

传统粗纱机的电气控制比较简单，但机械结构相当复杂，工艺变换齿轮品种多达八种，工艺调试繁琐。

传动结构如下图：
三、新型悬锭粗纱机的的电气控制系统分析：
进入九十年代中期，随着计算机、网络等高新技术的发展，国际上开始研制多电机型粗纱机，取消传统的锥轮变速机构和成形换向机构，简化机械结构，采用工控机或PLC和变频驱动技术，实现粗纱卷绕规律。

目前进入市场并能为用户广泛接受、使用的有：两电机传动、三电机传动，以及四电机传动型粗纱机。

两电机传动形式即：锭翼、罗拉和龙筋升降由一台变频电机传动，筒管卷绕由另一台独立的变频电机传动，需牵伸、捻度和升降三类工艺变换齿轮。

典型机种：河北太行FA425、天津宏大FA481。

他们均为二电机传动，即采用一个变速的卷绕电机(变频或同步电机)与一个相对恒速的锭翼电机(变频或同步电机)之间的同步控制，来实现粗纱卷绕，而下龙筋的升降运动与简管卷绕运动之间，仍通过传统粗纱机的机械传动方式，来完成粗纱的卷绕。

这种方式电气控制相对简单，但机械结构仍较复杂，仅取消两类张力齿轮，工艺调试简化不多。

同时，同步电机是采用电机的同步特性，来降低控制难度，
但由于同步电机的启动力矩较小，为保证其启动力矩，则需增加电机功率。

三电机传动形式即：锭翼、罗拉由一台变频电机传动，卷绕和龙筋升降分别由二台独立的变频电机传动，仅需牵伸与捻度两类工艺变换齿轮；典型机种：无锡宏源HY491、日本丰田FL-100。

他们都是用三台三相异步变频电机，实现锭翼转动、筒背卷绕、龙筋升降三大独立运动的同步匹配，来实现粗纱的卷绕。

该种传动方式，机构简化，在机械上取消了原有的上、下锥轮及其变速机构和成形机构，并取消了两类张力齿轮及升降变换齿轮，工艺调试方便，但对电气控制的要求较高。

四电机传动形式即：锭翼、罗拉、筒管卷绕、龙筋升降各由一台独立的变频电机传动，省去了所有变换齿轮，工艺调试更加方便。

典型机种：河北太行FA467、无锡宏源HY492、天津宏大FA482、鸿基吉星粗纱机，他们都是在三电机的基础上，锭翼和罗拉分别由两台独立的变频电机传动，省略了捻度变换齿轮，捻度直由HMI直接输入，工艺调试更加方便。

传动结构如下图：
在传统粗纱机上，开关车尤其是频繁点车时由于牵伸与卷绕机构不同步产生的细节，
直接影响到细纱断头率及成纱重不匀、单强不匀，细节是粗纱机的一个重要的考核指标，对无锥轮电脑粗纱机来说，全机各部分运动惯量的同步，是其关键所在，开关车与点动的同步控制是其难点。

如FA467、HY492、FA482型电脑粗纱机在主传动设计上，将转动惯性较大的锭翼和筒管卷绕的恒速部分，由一主电机传动，实现主电机、罗拉、锭翼、筒管卷绕之间的闭环传动，有利于锭翼、卷绕运动之间的同步控制，而卷绕的变速部分，采用一台独立的卷绕电机传动，有利于提高卷绕运动的控制精度，避免开关车细节的产生。

下龙筋的升降运动由独立的升降电机来实现，通过一对电磁离合器来实现下龙筋的换向，由一对蜗轮蜗杆实现下龙筋的自锁。

如无锡宏源HY492型粗纱机的电气控制，由一套电脑控制系统完成，通过旋转编码器检测前罗拉输出速度、卷绕电机转速和下龙筋运动的位置，并经过软件运算和分析处理后，对筒管卷绕和龙筋升降的驱动系统作相应的控制输出，实现对各运动的实时监测和控制，保持各运动之间的同步关系，按数学模型严格控制粗纱张力。

独特的防止粗纱在开关车、点动过程中产生细节的控制系统，确保粗纱成形正确，纺纱质量高。

如常州鸿基吉星粗纱机的电脑控制部分，采用单板机作为电脑的核心部分，特别为粗纱机的控制而量身定做。

选择变频器作为驱动系统，用旋转编码器作为传感器，良好的人机对话界面，可实时设定各种纺纱工艺参数，实时监控及显示运行状态与停车故障分析，操作简单易用，工艺调整方便快捷。

单板机上面装有6块CPU芯片，此6块CPU 为并联运行，运算速度高，同时程序采用汇编语言编写，减少不必要的环节，大大提高软件的执行速度和可靠性，使其能以极高的运算速度和处理能力，来实现电机变频控制和同步控制所需的复杂运算，包括预分析、实时监测、理论数学模型计算，反馈信息测量等。

6只旋转编码器的信号线连接到单板机的输入口，单板机记录脉冲数，并经程序
处理后，可测算出纺纱长度和下龙筋位置等信息。

单板机与6台变频器之间通讯，由单板机根据数学模型和适当的纺纱工艺信息，计算出此时电机所需的转速，传送给变频器，即时调节电机的转速。

在单板机内部与外部线路上以及软件设计上，均采用了可靠的抗干扰措施，以克服外界干扰对控制系统的影响，确保系统可靠。

四、结束语：
总之多电机型粗纱机是悬锭粗纱机的发展方向，机电一体化程度高，生产效率高，工艺调试操作简单、方便，易于维护，控制系统独特，能有效抑制粗纱机开关车及点车时细节的发生，确保粗纱质量的稳定，是纺制高质纱线的理想选择；并且多电机型粗纱机电控系统中变频器、HMI用量很大，是我们和纺机厂家重点合作研发的机种。