雙捻機(jī)設(shè)計(jì)原理

1、16雙捻機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)資料 Technology Libraries No Comments 鋼簾線是用優(yōu)質(zhì)高碳鋼制成的表面鍍有黃銅且具有特殊用途的細(xì)規(guī)格鋼絲股或繩，主要用于各種車輛輪胎 和飛機(jī)輪胎及其他橡膠制品的骨架材料1。鋼簾線的生產(chǎn)主要包括拉絲和捻制兩個(gè)工藝過程，雙捻機(jī)將拉 成的多股鋼絲捻制成鋼簾線繩。雙捻機(jī)根據(jù)放線工字輪位置分為兩種基本類型，一種是放線工字輪在主機(jī) 飛輪的里邊，而收線工字輪在飛輪的外面，即“內(nèi)放外收”型；另一種是放線工字輪在主機(jī)飛輪的外面，而 收線工字輪在飛輪的里邊即“外放內(nèi)收型”2。本文研究的是用于鋼簾線生產(chǎn)的“內(nèi)放外收”型雙捻機(jī)控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)。1雙捻機(jī)工作原理雙

2、捻機(jī)的基本原理是機(jī)身旋轉(zhuǎn)一周，捻出兩個(gè)捻距的股或繩的鋼絲繩。其結(jié)構(gòu)以及工作原理如圖1所示。圖1中，收線工字輪位于旋轉(zhuǎn)體的外部,7個(gè)放線工字輪（1個(gè)芯線輪和6個(gè)絲輪）分兩面安裝在飛輪內(nèi)部 的搖籃上。鋼絲和芯線從內(nèi)部放線工字輪引出，通過若干過線導(dǎo)輪匯集到固定在搖籃上的過線軸B，再經(jīng) 過固定在飛輪軸右端的過線輪A后，到達(dá)固定在左端飛輪軸上的過線輪C，繼而到達(dá)過捻器。再經(jīng)過若干 導(dǎo)輪和相關(guān)檢測裝置到達(dá)收線工字輪。在BA段和CD段分別實(shí)現(xiàn)了主捻和過捻，捻出了兩個(gè)捻距3。根據(jù)雙捻機(jī)的工作原理分析，其生產(chǎn)工藝主要包括主捻、過捻和收排線三道工序。其中，捻股部分由主 電機(jī)驅(qū)動飛輪旋轉(zhuǎn)體實(shí)現(xiàn)主捻和扭轉(zhuǎn)伺服電機(jī)驅(qū)動

3、過捻器實(shí)現(xiàn)過捻（即完成雙稔）；收線部分由電機(jī)驅(qū)動 收線輪和排線電機(jī)控制排線；此外還有搖籃電機(jī)控制搖籃翻轉(zhuǎn)；吸風(fēng)、排風(fēng)電機(jī)對機(jī)器內(nèi)部進(jìn)行冷卻。根 據(jù)工藝要求，整個(gè)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)速度能夠根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，而且要求主捻電機(jī)、過捻電機(jī)和收線電機(jī)轉(zhuǎn)速 之間保持一定的比例，即各電機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)。所以，雙捻機(jī)控制系統(tǒng)的核心功能就是控制設(shè)備中各個(gè)電機(jī)根 據(jù)工藝要求轉(zhuǎn)速間始終保持一定比例的同步運(yùn)行。同時(shí)系統(tǒng)還要求具有運(yùn)行控制、工藝參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)調(diào) 試、成品長度計(jì)算、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障報(bào)警處理等功能。2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)通過工作原理和控制需求分析，確定本雙捻機(jī)的控制方案。運(yùn)用PLC作為系統(tǒng)的控制核心，對主捻電 機(jī)、過捻電機(jī)

4、、收線電機(jī)和排線電機(jī)均采用交流變頻器進(jìn)行同步控制。采用觸摸屏技術(shù)提供友好的操作和 監(jiān)控畫面。由于系統(tǒng)電機(jī)數(shù)目少，且分布比較集中，因此決定采用通過控制PLC設(shè)定運(yùn)行參數(shù)，然后通過D/A轉(zhuǎn)換模塊發(fā)出信號控制變頻器的速度指令，使各個(gè)變頻器驅(qū)動電機(jī)按給定的速度運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂葡到y(tǒng)原理圖如圖2所示。主機(jī)圖？控制窯說也最曲觸摸:耳控制系統(tǒng)主要包括主捻控制、過捻控制、收線控制和排線控制等子系統(tǒng)。2.1主捻控制主捻電機(jī)M1根據(jù)負(fù)荷選用Y160M-4 11 KW型電機(jī)，變頻器1選擇臺達(dá)VFD185B43A 18.5 KW型變 頻器，主電機(jī)速度檢測選用臺達(dá)ES3-0CCN6942型編碼器。主捻控制在觸摸屏中設(shè)定主捻電機(jī)

5、的升降速 度值給PLC，PLC通過編碼器反饋主捻電機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制變頻器的加減速運(yùn)行，主捻在工作過程中決定了 鋼簾線捻距。2.2過捻控制過捻控制是整個(gè)控制的核心。其起停運(yùn)行必須與主捻電機(jī)同步，鋼絲繩的捻制合格與否主要取決于過捻 電機(jī)的工作狀況。選用臺達(dá)ASD-A1521MA伺服驅(qū)動器+ECMA-E31315ES 1.5 KW伺服電機(jī)，就是臺達(dá) 伺服的ASD-A的驅(qū)動器驅(qū)動和ASD-B的電機(jī)的A+B的配置。這種控制回路采用高速數(shù)字信號處理器 (DSP)，可以高速、高精度地完成各種復(fù)雜控制的運(yùn)算。采用強(qiáng)健性控制技術(shù)，使得伺服馬達(dá)的低速特性 更佳，配合增益自動調(diào)整、指令平滑功能的設(shè)計(jì)、軟件分析與監(jiān)控，

6、使得ASD系列交流伺服真正做到高性 能、高響應(yīng)、高精度、高可靠3。采用蘭寶公司的LR18BF08LUM型電感接近傳感器，通過檢測扭轉(zhuǎn)輪軸 由扭轉(zhuǎn)力引起旋轉(zhuǎn)角度來調(diào)整過捻電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，提高控制精度。2.3收線控制收線電機(jī)的控制直接影響成品線在后道工序的質(zhì)量。隨著收線卷徑不斷擴(kuò)大，收線電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之逐步 減小，以保證線速恒定。選用Y90S-4 1.1 KW的電機(jī)并采用臺達(dá)VFD015B43W1.5 KW變頻器控制，通過卷徑計(jì)算(變頻器內(nèi)部處理)，張力反饋裝置來調(diào)節(jié)收線電機(jī)速度，以實(shí)現(xiàn)線速度恒定4?？刂品桨赣脧埩﹂]環(huán)控制的速度模式為:u f 1忒(RJ D)十如由帶(線)材的瓏速度和卷筒

7、的卷徑實(shí)時(shí)計(jì)算出同步 速度甘用少,然后觀過張力檢測裝置反饋的張力信 號與張力設(shè)定值構(gòu)成P1D 環(huán)“調(diào)整變頻器的頻率指 令:,甘為卷曲第定速度；邊為主機(jī)實(shí)除輸出的線速度.利 用主驅(qū)動變頻器VIJ的模推輸出A0,按空卷時(shí)對應(yīng)的 比例取得才鞏為空筒卷役為實(shí)際卷徑沾*為過程 P】D的輸出量,由變頻器內(nèi)置P1D買現(xiàn),反憤信號為張IG布彳*加由eewrwitf.wm.CT a f a 1 4 力擺桿(電位器)的輸舊張力的變化衍下擺祕乞*32.4排線控制對于成品絲來說，排線的質(zhì)量很關(guān)鍵。采用VFD007E43A 0.75 KW變頻器控制排線電機(jī)的換向。排線 控制分為恒排距和恒排速兩種方案。恒排距即排線速度會

8、隨著收線速度的變化而變化，保證工字輪上卷繞 絲之間的排距恒定不變；恒排速即在整個(gè)過程中排線速度不變，工字輪上卷繞絲之間的排距不斷變化，隨 著收線速度減小，排距增大6。本系統(tǒng)在程序中采用的是恒排速控制。3 PLC控制設(shè)計(jì)3.1控制要求根據(jù)雙捻機(jī)的工作要求，控制系統(tǒng)需具備以下功能：電機(jī)的控制：7臺電機(jī)的啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及速度的動態(tài)調(diào)節(jié)都由PLC對變頻器進(jìn)行控制， 從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制。電機(jī)的同步控制由PLC程序根據(jù)工藝參數(shù)計(jì)算，而后分別控制相應(yīng)的變頻器實(shí)現(xiàn)。邏輯控制：系統(tǒng)的邏輯控制由PLC檢測設(shè)備的各種開關(guān)信號、傳感器信號實(shí)現(xiàn)，把這些信號作為PLC 程序中關(guān)于啟動、停止、各種故障和工作狀態(tài)的

9、條件觸點(diǎn)，用這些觸點(diǎn)設(shè)置梯形圖的觸發(fā)條件來實(shí)現(xiàn)邏輯 控制。工藝參數(shù)設(shè)置：各種工藝參數(shù)的設(shè)定、顯示都通過觸摸屏完成。(4 )設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障顯示：在觸摸屏上顯示各種狀態(tài)參數(shù)，包括電機(jī)飛輪的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速、收線、芯線、 單絲的實(shí)時(shí)長度以及當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)的故障信息等7。3.2 PLC選型及I/O分配根據(jù)控制要求，PLC選用西門子公司的S7-200 EM226CN型，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際配置，共增加了 3個(gè)擴(kuò)展模塊：6ES7 223-1PL22-0XA8 的 16 點(diǎn)輸入輸出模塊，6ES7 231-0CH22-0XA8 的 AI 4x12 bit 模擬量輸 入模塊，6ES7 232-0HB22-0XA8的

10、AO 2x12 bit模擬量輸出模塊。I/O分配表如表1所示。表】PLC的I/O分配表輸入信號輸出信號地址功瞠世址功能C.0主抽博器主機(jī)琶行FC.2全車點(diǎn)動QC.畋線運(yùn)行0.5主機(jī)制車Q0.2主制.升速0.4股綬剽車Q0.3-主機(jī)陣速0.5建籃我全開關(guān)QC.4主鼠快停0.6孺籃左爵拭咨5收袋反輯FC.7拌攜正哲.0主機(jī)安全罩開QC.7主機(jī)反轉(zhuǎn).變獨(dú)器故P#Q3整凱運(yùn)行.2伺服憤能Ql .4記米到.S曝機(jī)某保護(hù)Q.5整止指示.4扭轉(zhuǎn)速度到達(dá)Q.6寰成的L.5it林溫一a主哥財(cái)材.6E%怵.7主機(jī)安全溶美豆主機(jī)電機(jī)窈合12.0主機(jī)甲汽匹矛到位貯q扁至5】2.主機(jī)最汽休關(guān)到位Q2.4-俱充汽竹頂針開

11、關(guān)Q2.5主（JL宣全洛.限但23全車啟動收線電機(jī)野合2.4全車?止Q2.T斐布囂放障坦也12.5安全梢到位檢測g底部風(fēng)機(jī)2.6擂籃割斷蚱檢剖Q3.揮線反箸2.7牽引前斷蛭檢測拌統(tǒng)電機(jī)3.0吹我劍斷蚱檢測Q3_3葡輯電如3 安全罩睡位到位Q3.4同服反轉(zhuǎn)3.2放綬割斷些檢測Q3.5同服正輯【3 一 3Q3.6伺服啟命由一 5鋼陞斷迎檢測Q5.7伺服旻位3.6擇宣正陽位3.7排線反限位TFt” “3.3控制程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制軟件采用模塊化設(shè)計(jì)?？刂瞥绦虻木幹瓶梢酝ㄟ^在PC機(jī)上用STEP7-Micro/WIN32軟件創(chuàng)建、測試、仿真和修改PLC控制程序，然后通過專用電纜將程序下載到PLC中。其主要功

12、能模塊如表2所示。表2系統(tǒng)主要功能模塊序號快換神號模換功能OB主程序2SB而初始化3故障粒測判別4SBR2遙行方式迭管5 A祝起主電機(jī)速段調(diào)整QI計(jì)半忙度計(jì)算七ICgHF ELE:TRQNI鼠誓螂叫Ea/ 貌=gSBR7虱警信ioSBR&生電機(jī)速度設(shè)置iSBK13fKCOJNIT12SBRI4岐卷沈比計(jì)蟬13SBRL6-1Z 睥史14程序由主程序OB1和各功能模塊組成，在主程序中對各個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)用。程序運(yùn)行時(shí)，先判斷系統(tǒng)的 狀態(tài)，然后根據(jù)不同的狀態(tài)執(zhí)行不同的動作。對電機(jī)控制時(shí)，首先根據(jù)狀態(tài)計(jì)算各個(gè)電機(jī)的給定速度，通 過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換把速度轉(zhuǎn)換成頻率形式，然后調(diào)用相關(guān)功能模塊完成對各電機(jī)的控制。初始化

13、設(shè)置故障校測讀畚運(yùn)宿報(bào)警顯示并急停*垣位訪來|匚1I匿三停J成至設(shè)定點(diǎn)動點(diǎn)動調(diào)整I雙捻機(jī)控制系統(tǒng)PLC程序流程如圖3所示。4觸摸屏設(shè)計(jì)觸摸屏是觸摸式工業(yè)圖形顯示器的簡稱，是一種人機(jī)界面，也稱為HMI (Human Machine Interface) 8。本系統(tǒng)從性價(jià)比的角度選用了臺達(dá)DOP-A57BSTD型觸摸屏，使用Screen Editor Version : 1.05.82 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在人機(jī)界面中，設(shè)計(jì)了 12幅畫面，包括開始、機(jī)床運(yùn)行、計(jì)米復(fù)位、工藝設(shè)置、計(jì)米設(shè)定、 計(jì)米系數(shù)、方向選擇、監(jiān)視、調(diào)試、收線、速度設(shè)置和故障查詢。故障顯示使用指示器，給出位元件即可 實(shí)現(xiàn)閃動效果，讓操作者很方便地知道故障部位，整體感強(qiáng)。本系統(tǒng)采用PLC+VVVF控制模式，其中用PLC作為控制平臺的控制核心，具有集成度高、抗干擾能力 強(qiáng)等特點(diǎn)；采用變頻器實(shí)現(xiàn)對電機(jī)實(shí)時(shí)同步控制，收線張力恒定；采用觸摸屏(HMI)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了人機(jī)操 作界面友好，機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控及時(shí)全面，方便調(diào)試與維護(hù)。通過實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行，控制精度得到很大提高， 成本大大降低，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，極大地提高了生產(chǎn)效率。參考文獻(xiàn)1陳曉軍.鋼簾線拉絲機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.微電機(jī)，2009, 38(11)： 74.2韓鐵繼.對雙捻機(jī)捻制過程的分析J.金屬制品，1995,24(22)： 35.3中達(dá)電通公司.ASD-A交流伺服系統(tǒng)