PLC和HMI在并條機上的應用

并條機系統概述

棉條在變成粗紗、細紗的過(guò)程中，被成百倍的牽伸，其很短范圍內的重不勻將影響很長(cháng)范圍內紗的質(zhì)量。粗紗前的梳棉和并條過(guò)程是改善棉條重不勻，進(jìn)而顯著(zhù)改善成紗質(zhì)量的關(guān)鍵工序。并條工序處在改善棉條重不勻的最后環(huán)節，其自調勻整控制的效果將直接影響成紗質(zhì)量。對并條機的自調勻整而言，主牽伸電機、輔助牽伸電機和條筒電機都需要進(jìn)行控制，自調勻整的效果主要取決于主牽伸電機和輔助牽伸電機之間速 比的合理調節。條筒電機需要按照一定的速度與主牽伸電機和輔助牽伸電機同步啟動(dòng)和停止，條筒電機帶動(dòng)條筒的轉動(dòng)，以保證棉條均勻纏繞在條筒中，其速度控制精度對棉條的質(zhì)量沒(méi)有大的影響，因此，主牽伸電機和輔助牽伸電機的快速和精確控制應該為研究的重點(diǎn)。

邦納PLC和HMI概述

美國邦納是國際知名的傳感檢測和自動(dòng)化技術(shù)專(zhuān)家。公司BSP01系列PLC、THM系列人機界面特別適合在紡織機械領(lǐng)域使用。

BSP01系列可編程邏輯控制器結構緊湊，性能卓越，功能豐富 ，通訊強大. A系列是高性能控制器，具有高的運算速度，大的程序容量，更多的應用指令，及更高的脈沖輸出和高速計數功能。PLC最多可以擴充3個(gè)通訊端口，并具有 Computer link，Datalink和遠距離輸入輸出功能三種特殊的網(wǎng)絡(luò )通訊功能。THM人機界面性能卓越，外觀(guān)精美，產(chǎn)品系列齊全。除了具有監視、操作、儲存數據的基本功能外，還支持與大多數品牌的控制器、PLC、變頻器等設備的通訊。在工廠(chǎng)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化的各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應用。

自調勻整控制系統結構

在高速并條機的自調勻整控制中，從棉條被檢測到相應的檢測點(diǎn)到達變速點(diǎn)，中間有一個(gè)延時(shí)過(guò)程。該延時(shí)過(guò)程的精確控制是決定開(kāi)環(huán)自調勻整控制效果的一個(gè)關(guān)鍵因素。這個(gè)延時(shí)相比于自調勻整的控制周期很大，所以該系統是一個(gè)典型的純滯后大延時(shí)環(huán)節。該延時(shí)與系統速度有關(guān)，但是系統的模型未知，所以難以采用史密斯預估延時(shí)法。如果采用傳統的定時(shí)查詢(xún)法，CPU的大量時(shí)間耗費在查詢(xún)上，系統運行效率低、精度不高而且自調勻整所能控制的片斷的長(cháng)度也降不下來(lái)?？梢岳糜布诘任灰茥l件下觸發(fā)中斷以實(shí)現與速度無(wú)關(guān)的精確延時(shí)，大大提高 CPU效率，并能實(shí)現并條機全程自調勻整控制。

并條機自調勻整硬件結構如圖4所示，控制系統是主從式控制結構，工控機為主，PLC為輔。主要的控制功能：棉條的自調勻整在工控機中實(shí)現，PLC主要實(shí)現系統的邏輯控制，如自動(dòng)換筒等，使工控機控制程序得以簡(jiǎn)化，提高了系統的可靠性。通用工控機、邦納BSP01 系列PLC、兩個(gè)伺服驅動(dòng)器及1變頻器之間通過(guò)通訊進(jìn)行控制；觸摸屏和PLC之間通過(guò)串口通訊，棉條的厚度由三個(gè)壓力傳感器測量，并通過(guò)工業(yè)控制計算機中的數據采集卡進(jìn)行采集，進(jìn)行自調勻整控制。

控制要點(diǎn)

并條機自調勻整的控制方式可分為開(kāi)環(huán)、閉環(huán)和混合環(huán)三種形式。開(kāi)環(huán)系統屬針對性勻整，適合短片段不勻，閉環(huán)系統適合長(cháng)片段不勻，混合環(huán)系統能兼長(cháng)短片段不勻，但機構復雜，制造精度要求很高。并條工序對控制成紗重量不勻和重量偏差指標有非常重要的把關(guān)作用，對勻整的針對性具有較高的要求。

并條機的檢測結構如圖5所示，R1, R2, 和 R3 分別代表前羅拉（由主牽伸電機帶動(dòng)）、后羅拉（由輔牽伸電機帶動(dòng)）和給棉羅拉（通過(guò)傳動(dòng)機構：皮帶輪與R2保持恒定的速度比）。S1, S2, 和 S3 是三個(gè)棉條厚度傳感器， S3用于開(kāi)環(huán)控制， S2用于閉環(huán)控制，S1用于波譜分析，B是喇叭口。主要通過(guò)合理調節R1與R2的速度比來(lái)達到自調勻整目的。為了改善棉條的不勻度，便于速度的調控，這里保持R1的速度不變，通過(guò)調節R2的速度實(shí)現自調勻整。因為是采用模擬量控制牽伸電機，所以，改變輸出到R2的電壓大小，就能調節R2的速度達到自調勻整的目的。

棉條的質(zhì)量取決于兩點(diǎn)：一是主、輔牽伸電機以及條筒電機三者的同步性，另一點(diǎn)即是三者之間合理的速度比。三者之間的合理的速度比通過(guò)后述的控制策略獲得。而三者的同步性依賴(lài)于硬件的快速響應和軟件的合理性，硬件的特點(diǎn)在前面已述。

對于并條機而言，開(kāi)環(huán)控制可以消除死區，但是對來(lái)自牽伸系統干擾的影響無(wú)能為力，系統的穩定性較弱；閉環(huán)控制可以抑制干擾的影響，系統有著(zhù)較強的魯棒性，但不能消除死區。

并條機的控制過(guò)程是一個(gè)非線(xiàn)性，動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，容易受到外部干擾(牽伸波，噪聲等)，很難建立統一的數學(xué)、物理模型。因此，為了消除死區，降低干擾的影響，提高系統穩定性，本文采用短開(kāi)環(huán)和長(cháng)閉環(huán)的混合控制模式，如圖6所示。

開(kāi)環(huán)的目的是避免死區并獲得控制基本量uo，閉環(huán)的目的是抑制干擾，得到控制校正量△uc修正控制基本量uo。因此開(kāi)環(huán)控制器和閉環(huán)控制器是并條機控制系統的核心。

工藝配置分析

1． 合理選擇總牽伸倍數：并條機的牽伸范圍較大，為5～15倍，在實(shí)際生產(chǎn)中，應根據實(shí)際工藝條件和質(zhì)量要求，合理選擇總牽伸倍數。因為喂入須條在牽伸過(guò)程中產(chǎn)生附加不勻的纖維的移距偏差會(huì )隨著(zhù)牽伸倍數的增大而增加，而移距偏差的增加勢必會(huì )影響牽伸質(zhì)量，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中總牽伸倍數的選配不宜太大，一般而言，6根并合時(shí)在7倍以下，8根并合時(shí)在10倍以下較為適宜，否則，將不利于改善棉條條干水平。

2． 棉條定量的設定：盡管牽伸機構設置較為合理，對棉條定量的適應性較大，但配置的定量也不能太大，以避免因棉條定量過(guò)大導致須條間產(chǎn)生分層現象，影響棉條質(zhì)量。


3． 合理選擇主牽伸區羅拉隔距：通常采用搖架彈簧加壓形式。在保證加壓充分的前提下，為了最大限度地減小較短纖維的浮游動(dòng)程，改善主牽伸區的牽伸質(zhì)量，提高棉條條干水平，主牽伸區羅拉隔距以偏小掌握為宜。紡制長(cháng)度整齊度較好的纖維時(shí)，主牽伸區羅拉隔距可適當放大。

4． 合理配置后區羅拉隔距和后區牽伸倍數：后區牽伸的主要作用是使喂入的條子略帶張力，使纖維伸直，使須條具有一定的緊密度進(jìn)入中區，再由中區進(jìn)入主牽伸區后能夠穩定牽伸，提高牽伸質(zhì)量。后區牽伸倍數和后區羅拉隔距對棉條條干的影響較為明顯，可結合加壓壓力、纖維性能及紡制品種等進(jìn)行優(yōu)選配置。

5． 選好壓力棒位置：壓力棒位置由二膠輥的前沖量和后移量來(lái)確定。在實(shí)際配置工藝時(shí)，可根據生產(chǎn)條件，對壓力棒位置進(jìn)行優(yōu)選。

6． 合理確定托棉板入口大?。和忻薨迦肟诘拇笮∫鶕l子的定量和喂入根數確定，一般情況，8根并合時(shí)為12～16mm，6根并合時(shí)為9～13mm，也可根據實(shí)際情況隨時(shí)調整，以保證喂入條子既不發(fā)生重疊又不過(guò)于分散為原則。

總結：

作為自動(dòng)化行業(yè)的領(lǐng)先者，美國邦納將利用幾十年產(chǎn)品研發(fā)與應用經(jīng)驗，結合邦納傳統的優(yōu)勢產(chǎn)品：光電傳感器系列、工業(yè)智能指示燈系列等等，與邦納PLC控制器及HMI人機界面相集成，配合這些檢測、信號傳輸等產(chǎn)品，為用戶(hù)提供簡(jiǎn)易完整、強大穩定、可靠安全、靈活開(kāi)放的解決方案，廣泛應用在水處理、冶金、石油天然氣、煤礦，水泥、印包、鋼鐵、電子、汽車(chē)、地鐵、紡機等要求苛刻的現場(chǎng)環(huán)境中，為廣大機器制造商和最終用戶(hù)提供完整、簡(jiǎn)易，開(kāi)放，集成和靈活的自動(dòng)化解決方案。