美国邦纳工程国际有限公司

                        

    作者简介：陈宗雨，男，博士，现任美国邦纳控制器和HMI产品经理，拥有纺织领域丰富的项目经验。

    摘要：纺织机械种类多，大量采用PLC等控制器类产品。邦纳SHP一体式控制器集成了PLC、HMI、网络和I/O的功能，非常适合在纺织机械上使用。本文涉及的细纱机控制系统，就是SHP非常典型的应用。

    关键字： 邦纳； SHP； 细纱机； 纺织

    随着经济和工业的快速发展，中国已经成为全球的中心。小型PLC在制造业，尤其是OEM制造业中，成为大部分控制系统的核心，OEM厂商因此越来越关注PLC的性能和价格。美国邦纳公司2009年成功发布了SHP系列小型PLC家族的新成员—SHP一体式控制器，凭借简单、经济和高效三大理念，吸引住众多OEM制造商的目光，以下以纺织机械行业为例介绍邦纳SHP一体式控制器在纺机上的应用。

    1 项目背景

    纺织生产是从纺织原料加工到生产出高质量纺织产品的复杂过程，应用的纺织机械达2千多个品种、5万多种型号，归纳起来大体可分为三个主要加工过程和五大类纺织机械。图1为纺织机械的分类图。


                


                              图1 纺织机械分类图

    2 系统概述

    细纱工序是成纱的最后一道工序，是将粗纱进一步牵伸30～50倍并加捻，纺成具有一定特数、符合相关质量标准的细纱、供捻线、机织或针织使用。传统细纱机的牵伸原理与粗纱机基本相同，而卷绕和加捻则是由钢领和钢丝圈来完成的。环锭细纱机和传统粗纱机一样由一台电机传动，通过齿轮箱变换各机构需要的速度。在环锭细纱机各组成部分中，牵伸系统是反映细纱机性能和影响纱线质量的最关键因素，而新型的紧密纺纱技术通过对牵伸部分进行创造性改造，将牵伸区和集合区分离，在环锭纺罗拉牵伸与加捻之间叠加对纤维须条的气动凝聚或集聚技术，增加了须条的紧密度，毛羽减少约20％，强力则提高约10％，同时，条干均匀度、机器效率等也有不同程度的提高，不仅可以降低加工成本，同时可以减少后加工工序。紧密纺的另一优点是与原细纱机完全一致，只多出一对集聚罗拉，在原环锭细纱机上也可进行改装，具有广阔的市场前景。

    紧密纺细纱机的控制系统较环锭细纱机复杂许多，首先是前后罗拉的严格同步，实现牵伸倍数和捻度的精密控制，保证高支数纱线的成纱质量；其次是通过取消钢领板的传动齿轮，采用先进的伺服控制技术实现卷装的电子成形技术，从而实现了机械机构的简化、生产速度的提高、以及纱线支数和管纱成形的自动调节。

    3 控制系统结构

                

                             图2　紧密纺细纱机传动方案原理图

    在紧密纺细纱机的控制系统，采用了三套伺服驱动系统和无刷伺服电机，分别控制前、后罗拉以及钢领板；采用1台变频器控制主传动电机，采用1台变频器控制风机；整个系统采用邦纳SHP一体式控制器进行控制和监控，SHP一体式控制器与变频器及伺服间采用高速CANopen总线进行通讯，同时采用SHP集成的触摸屏进行系统操作和监控。

    4 控制要点

    （1）可编程控制器：由邦纳SHP一体式控制器实现整机的逻辑控制和参数计算，实现整机的最优控制

    SHP控制器是与传统的控制产品不同，新型的邦纳SHP控制器可以同时完成PLC和触摸屏的功能，集成I/O和网络接口人机界面，成本大大低于同性能PLC与人机界面组合，此款设备包括控制器、人机界面、内置I/O、网络和可移动的大容量数据存储器，成为一个一体化单元，画面和控制程序用同一个工业级软件BAPS完成。由SHP一体式集成的触摸屏实现纺纱参数的设定、显示和故障监控。

    （2）细纱的成形：由伺服控制钢领板升降

    应用伺服控制器的电子凸轮功能， 预先下载两条曲线至伺服驱动器，在机器启动后，伺服接受信号输入启动凸轮曲线后两条曲线交替切换工作。用户可从人机界面上输入相关参数，然后通过通讯传到伺服相关参数可以修正曲线以适应不同的产品需求。关于停电后恢复生产的功能，电子凸轮提供实时读取当前主轴位置的功能，TLC6的内存区内可以提供若干断电记忆的变量区间，利用这些功能将断电前瞬间的位置记住，在恢复电源之后重新进行生产过程。

                  

                             图4 钢领板升降电子凸轮曲线

    （3）自动落纱:由位置型伺服实现细纱的高速、精准、全自动落纱

    应用伺服控制器的(位置型) 点到点精确定位，同时应用伺服控制器的内置编程功能实现停电时的位置记忆。

    （4）SHP一体式集成触摸屏清晰的操作屏幕：12” TFT， 800 x 600像素， 实现32768色彩色控制和监视。

    （5）现场总线通讯：速率高达1M的CANopen总线

    CANopen总线是基于CAN BUS的高层协议，秉承了CAN总线的抗干扰性强、高速、实时的优点，另外CANopen应用PDO、SDO、NMT等通讯对象，方便了总线的管理和应用。邦纳SHP一体式控制器具有强大通讯能力：内置10/100M以太网接口，支持3个串口，可用Modbus/RTU master 或slave, Modbus/TCP，ASCII读写和调制解调器，除支持CANopen通迅之外还支持Profibus通讯。采用SHP一体式控制器不仅可获得高性能的总线通讯，而且非常经济。

   摘自《自动化博览》2010年第八期