并條機(jī)系統(tǒng)概述
棉條在變成粗紗,、細(xì)紗的過程中,，被成百倍的牽伸，其很短范圍內(nèi)的重不勻?qū)⒂绊懞荛L范圍內(nèi)紗的質(zhì)量,。粗紗前的梳棉和并條過程是改善棉條重不勻，進(jìn)而顯著改善成紗質(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(jié),，其自調(diào)勻整控制的效果將直接影響成紗質(zhì)量。對并條機(jī)的自調(diào)勻整而言,，主牽伸電機(jī),、輔助牽伸電機(jī)和條筒電機(jī)都需要進(jìn)行控制，自調(diào)勻整的效果主要取決于主牽伸電機(jī)和輔助牽伸電機(jī)之間速 比的合理調(diào)節(jié),。條筒電機(jī)需要按照一定的速度與主牽伸電機(jī)和輔助牽伸電機(jī)同步啟動和停止,，條筒電機(jī)帶動條筒的轉(zhuǎn)動，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)量沒有大的影響,，因此，主牽伸電機(jī)和輔助牽伸電機(jī)的快速和精確控制應(yīng)該為研究的重點(diǎn),。
美國邦納是國際知名的傳感檢測和自動化技術(shù)專家,。公司BSP01系列PLC、THM系列人機(jī)界面特別適合在紡織機(jī)械領(lǐng)域使用,。
BSP01系列可編程邏輯控制器結(jié)構(gòu)緊湊,，性能卓越，功能豐富 ,，通訊強(qiáng)大. A系列是高性能控制器,，具有高的運(yùn)算速度，大的程序容量,，更多的應(yīng)用指令,，及更高的脈沖輸出和高速計(jì)數(shù)功能。PLC最多可以擴(kuò)充3個(gè)通訊端口，并具有 Computer link,，Datalink和遠(yuǎn)距離輸入輸出功能三種特殊的網(wǎng)絡(luò)通訊功能,。THM人機(jī)界面性能卓越，外觀精美,，產(chǎn)品系列齊全,。除了具有監(jiān)視、操作,、儲存數(shù)據(jù)的基本功能外,，還支持與大多數(shù)品牌的控制器、PLC,、變頻器等設(shè)備的通訊,。在工廠自動化和過程自動化的各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
自調(diào)勻整控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
在高速并條機(jī)的自調(diào)勻整控制中,，從棉條被檢測到相應(yīng)的檢測點(diǎn)到達(dá)變速點(diǎn),，中間有一個(gè)延時(shí)過程。該延時(shí)過程的精確控制是決定開環(huán)自調(diào)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(diào)勻整的控制周期很大,，所以該系統(tǒng)是一個(gè)典型的純滯后大延時(shí)環(huán)節(jié)。該延時(shí)與系統(tǒng)速度有關(guān),，但是系統(tǒng)的模型未知,，所以難以采用史密斯預(yù)估延時(shí)法。如果采用傳統(tǒng)的定時(shí)查詢法,，CPU的大量時(shí)間耗費(fèi)在查詢上,，系統(tǒng)運(yùn)行效率低、精度不高而且自調(diào)勻整所能控制的片斷的長度也降不下來,?？梢岳糜布诘任灰茥l件下觸發(fā)中斷以實(shí)現(xiàn)與速度無關(guān)的精確延時(shí)，大大提高 CPU效率,，并能實(shí)現(xiàn)并條機(jī)全程自調(diào)勻整控制,。
并條機(jī)自調(diào)勻整硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示，控制系統(tǒng)是主從式控制結(jié)構(gòu),，工控機(jī)為主,，PLC為輔。主要的控制功能：棉條的自調(diào)勻整在工控機(jī)中實(shí)現(xiàn),，PLC主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯控制,，如自動換筒等，使工控機(jī)控制程序得以簡化,，提高了系統(tǒng)的可靠性,。通用工控機(jī),、邦納BSP01 系列PLC、兩個(gè)伺服驅(qū)動器及1變頻器之間通過通訊進(jìn)行控制,；觸摸屏和PLC之間通過串口通訊,，棉條的厚度由三個(gè)壓力傳感器測量，并通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集,，進(jìn)行自調(diào)勻整控制,。
控制要點(diǎn)
并條機(jī)自調(diào)勻整的控制方式可分為開環(huán)、閉環(huán)和混合環(huán)三種形式,。開環(huán)系統(tǒng)屬針對性勻整,，適合短片段不勻，閉環(huán)系統(tǒng)適合長片段不勻,，混合環(huán)系統(tǒng)能兼長短片段不勻,，但機(jī)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求很高,。并條工序?qū)刂瞥杉喼亓坎粍蚝椭亓科钪笜?biāo)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(jī)的檢測結(jié)構(gòu)如圖5所示,，R1, R2, 和 R3 分別代表前羅拉（由主牽伸電機(jī)帶動）,、后羅拉（由輔牽伸電機(jī)帶動）和給棉羅拉（通過傳動機(jī)構(gòu)：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。主要通過合理調(diào)節(jié)R1與R2的速度比來達(dá)到自調(diào)勻整目的,。為了改善棉條的不勻度,，便于速度的調(diào)控，這里保持R1的速度不變,，通過調(diào)節(jié)R2的速度實(shí)現(xiàn)自調(diào)勻整,。因?yàn)槭遣捎媚M量控制牽伸電機(jī)，所以,，改變輸出到R2的電壓大小,，就能調(diào)節(jié)R2的速度達(dá)到自調(diào)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(jī)以及條筒電機(jī)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后述的控制策略獲得,。而三者的同步性依賴于硬件的快速響應(yīng)和軟件的合理性,，硬件的特點(diǎn)在前面已述,。
對于并條機(jī)而言，開環(huán)控制可以消除死區(qū),，但是對來自牽伸系統(tǒng)干擾的影響無能為力,，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較弱；閉環(huán)控制可以抑制干擾的影響,，系統(tǒng)有著較強(qiáng)的魯棒性,，但不能消除死區(qū)。
并條機(jī)的控制過程是一個(gè)非線性,，動態(tài)變化的過程,，容易受到外部干擾(牽伸波，噪聲等),，很難建立統(tǒng)一的數(shù)學(xué),、物理模型。因此,，為了消除死區(qū),，降低干擾的影響，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,，本文采用短開環(huán)和長閉環(huán)的混合控制模式,，如圖6所示。
開環(huán)的目的是避免死區(qū)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。因此開環(huán)控制器和閉環(huán)控制器是并條機(jī)控制系統(tǒng)的核心,。
工藝配置分析
1． 合理選擇總牽伸倍數(shù)：并條機(jī)的牽伸范圍較大,，為5～15倍，在實(shí)際生產(chǎn)中,，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工藝條件和質(zhì)量要求,，合理選擇總牽伸倍數(shù)。因?yàn)槲谷腠殫l在牽伸過程中產(chǎn)生附加不勻的纖維的移距偏差會隨著牽伸倍數(shù)的增大而增加,，而移距偏差的增加勢必會影響牽伸質(zhì)量,，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中總牽伸倍數(shù)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(shè)定：盡管牽伸機(jī)構(gòu)設(shè)置較為合理,，對棉條定量的適應(yīng)性較大,，但配置的定量也不能太大,，以避免因棉條定量過大導(dǎo)致須條間產(chǎn)生分層現(xiàn)象，影響棉條質(zhì)量,。
3． 合理選擇主牽伸區(qū)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程,，改善主牽伸區(qū)的牽伸質(zhì)量,，提高棉條條干水平，主牽伸區(qū)羅拉隔距以偏小掌握為宜,。紡制長度整齊度較好的纖維時(shí),，主牽伸區(qū)羅拉隔距可適當(dāng)放大。
4． 合理配置后區(qū)羅拉隔距和后區(qū)牽伸倍數(shù)：后區(qū)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(qū)，再由中區(qū)進(jìn)入主牽伸區(qū)后能夠穩(wěn)定牽伸,，提高牽伸質(zhì)量,。后區(qū)牽伸倍數(shù)和后區(qū)羅拉隔距對棉條條干的影響較為明顯，可結(jié)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確定。在實(shí)際配置工藝時(shí),，可根據(jù)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?jù)條子的定量和喂入根數(shù)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(jù)實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整,，以保證喂入條子既不發(fā)生重疊又不過于分散為原則,。
總結(jié)：
作為自動化行業(yè)的領(lǐng)先者，美國邦納將利用幾十年產(chǎn)品研發(fā)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),，結(jié)合邦納傳統(tǒng)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(jī)界面相集成,，配合這些檢測,、信號傳輸?shù)犬a(chǎn)品，為用戶提供簡易完整,、強(qiáng)大穩(wěn)定,、可靠安全,、靈活開放的解決方案，廣泛應(yīng)用在水處理,、冶金,、石油天然氣、煤礦,，水泥,、印包、鋼鐵,、電子,、汽車、地鐵,、紡機(jī)等要求苛刻的現(xiàn)場環(huán)境中,，為廣大機(jī)器制造商和最終用戶提供完整、簡易,，開放,，集成和靈活的自動化解決方案。