CN103276478A - 一种无plc悬锭式粗纱机伺服控制系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统，包括锭翼电机、罗拉电机、卷绕电机及龙筋电机；与锭翼电机电连接且用于控制锭翼电机工作的第一驱动器，与罗拉电机电连接且用于控制罗拉电机工作的第二驱动器，与卷绕电机电连接且用于控制卷绕电机工作的第三驱动器，及与龙筋电机电连接且用于控制龙筋电机工作的第四驱动器，所述第一驱动器按照预设值计算并调节锭翼电机的工作转速Ns，锭翼电机的编码器反馈脉冲信号，第一驱动器将所述脉冲信号输出给所述第二驱动器、第三驱动器，所述第二驱动器、第三驱动器及第四驱动器分别以接收到的脉冲信号为基础时时调节罗拉电机、卷绕电机及龙筋电机的工作转速。有效减少了故障环节，且取消了PLC控制。

Description

一种无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统及其工作方法

技术领域

本发明属于电气控制领域，尤其涉及一种无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统及其工作方法。

背景技术

纺织领域中，粗纱机作为纺制细纱的前道工序的必备设备，被广泛应用于各大棉纺织厂，随着科技的快速发展，在纺织各工序设备都快速进步的环境下，如何更高速度、高质量的纺纱成为人们关注的焦点，使得人们对粗纱机的要求也日益提高，迫切的需要一种全新方案，来提高控制效率，优化产品性能。

目前，独立四电机悬锭式粗纱机逐渐进入各个纺织企业，该粗纱机主要是采用PLC控制技术来实现的，利用PLC进行计算，然后发脉冲或通讯给各变频设备进行执行，在控制过程中首先由PLC进行工艺分析、处理、计算，再发往各执行机构，然后执行机构再对接收到的数据再处理、计算后方能实现，因此该种控制具有一定的滞后性，且存在以下缺点：

1、在很大程度上影响了纺制成纱的质量，因此必须添加很多补偿算法及措施，再次增加了PLC计算的复杂度与延时性；

2、影响了整套系统运行的最高速度，即生成效率；

3、因PLC控制发送的脉冲或通讯都是弱电信号，在粗纱机所工作的强电环境下，易受外围强电影响发生错误。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中悬锭式粗纱机采用PLC控制带来的滞后性、效率低及容易发生错误的技术问题，提供一种无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统及其工作方法。本发明能够对粗纱机实现更快速、更高效及更精确地控制。

本发明提出的无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统包括：

锭翼电机、罗拉电机、卷绕电机及龙筋电机；

与锭翼电机电连接且用于控制锭翼电机工作的第一驱动器，与罗拉电机电连接且用于控制罗拉电机工作的第二驱动器，与卷绕电机电连接且用于控制卷绕电机工作的第三驱动器，及与龙筋电机电连接且用于控制龙筋电机工作的第四驱动器；

其中，所述第一驱动器按照预设值计算并调节锭翼电机的工作转速Ns，锭翼电机的编码器反馈脉冲信号，第一驱动器将所述脉冲信号输出给所述第二驱动器、第三驱动器及第四驱动器，所述第二驱动器、第三驱动器及第四驱动器分别以接收到的脉冲信号为基础时时调节罗拉电机、卷绕电机及龙筋电机的工作转速。

进一步地，所述悬锭式粗纱机伺服控制系统还包括与第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器及第四驱动器通讯连接的触摸屏，用于实现人机界面的参数修改、状态选择、状态监视、报警提示功能。

进一步地，所述悬锭式粗纱机伺服控制系统还包括用于控制粗纱机进行相应工作的按钮，所述按钮包括触点按钮、接近开关、旋钮开关、光电感应器、行程开关。

进一步地，所述预设值包括第一预设长度值、第二预设长度值；所述锭翼电机的工作转速Ns包括小纱转速、正常转速、以减速度a从正常转速到满纱转速的减速区间转速；

当罗拉出纱长度小于第一预设长度值时，第一驱动器控制锭翼电机的工作转速Ns为小纱转速；

当罗拉出纱长度等于第一预设长度值时，第一驱动器控制锭翼电机的工作转速Ns由小纱转速变为正常转速并稳定工作在正常转速，直到罗拉出纱长度等于第二预设长度值；

当罗拉出纱长度大于第二预设长度值时，第一驱动器控制锭翼电机的工作转速Ns从正常工作转速以减速度a减速到满纱转速。

进一步地，所述预设值还包括捻度T、罗拉直径Dl、比率P、卷绕铜管直径D、每层厚度h、模长M及减速比I。

本发明还提出一种=悬锭式粗纱机伺服控制系统的工作方法，所述工作方法包括：

第一驱动器根据预设值计算并调节锭翼电机的工作转速Ns；

锭翼电机的编码器反馈脉冲信号给第一驱动器，第一驱动器将所述脉冲信号输出给所述第二驱动器、第三驱动器及第四驱动器；

所述第二驱动器、第三驱动器及第四驱动器分别以接收到的脉冲信号为基础时时调节罗拉电机、卷绕电机及龙筋电机的工作转速。

进一步地，所述预设值包括第一预设长度值及第二预设长度值，所述第一驱动器根据预设值计算并调节锭翼电机的工作转速Ns的方法为：

当第一驱动器计算的罗拉出纱长度小于第一预设长度值时，第一驱动器控制锭翼电机的工作转速Ns为小纱转速；

当第一驱动器计算的罗拉出纱长度等于第一预设长度值时，第一驱动器控制锭翼电机的工作转速Ns由小纱转速变为正常转速并稳定工作在正常转速，直到计算的罗拉出纱长度等于第二预设长度值；

当第一驱动器计算的罗拉出纱长度大于第二预设长度值时，第一驱动器控制锭翼电机的工作转速Ns从正常转速以减速度a减速到满纱转速；

其中，所述小纱转速、正常转速、减速度a及满纱转速可以预先进行设定。

进一步地，所述预设值还包括捻度T、罗拉直径Dl、比率P、卷绕铜管直径D、每层厚度h、模长M及减速比I，所述第二驱动器、第三驱动器及第四驱动器分别以接收到的脉冲信号为基础时时调节罗拉电机、卷绕电机及龙筋电机的工作转速的方法为：

所述第二驱动器接收第一驱动器的控制信号，根据Nl/Ns=1000/（T×πDl）调整罗拉电机的工作转速Nl；

所述第三驱动器接收第一驱动器的控制信号，根据Nb/Ns=1+1000P/（T×πDx）调整卷绕电机的工作转速；

所述第四驱动器接收第一驱动器的控制信号，根据Na/Ns=（1000×P×10×I）/（T×πDx×M×h）调整龙筋电机的工作转速；

其中，Dx为铜管上绕第x层纱时的直径。

进一步地，所述第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器及第四驱动器相互之间通过IO互锁并可传递IO握手信号。

进一步地，所述工作方法还包括，

在第一驱动器根据预设值计算并调节锭翼电机的工作转速之前，预先设置第一预设长度值、第二预设长度值、捻度T、罗拉直径Dl、比率P、卷绕铜管直径D、每层厚度h、模长M、减速比I、小纱转速、正常转速、减速度a及满纱转速的值。

以上技术方案中，第一驱动器按照预设值计算并调节锭翼电机的工作转速Ns，并与第二驱动器、第三驱动器及第四驱动器进行通讯，时时调整罗拉电机、卷绕电机及龙筋电机的工作转速。将以往需要PLC计算的部分，优化、拆分后给予四台驱动器，分别进行边执行边计算的控制方式，实现了对粗纱机更快速、更高效及更精确地控制，有效减少了故障环节，缩短了控制繁杂度，提升了响应速度，且取消了PLC控制，减少了硬件成本。

附图说明

图1是本发明提出的无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统一实施例的结构组成示意图；

图2是本发明提出的无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统一实施例的工作原理图。

具体实施方式

结合图1所示，本发明一实施例提出的无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统，包括锭翼电机11、罗拉电机21、卷绕电机31及龙筋电机41；与锭翼电机11电连接且用于控制锭翼电机11工作的第一驱动器10，与罗拉电机21电连接且用于控制罗拉电机21工作的第二驱动器20，与卷绕电机31电连接且用于控制卷绕电机31工作的第三驱动器30，及与龙筋电机41电连接且用于控制龙筋电机41工作的第四驱动器40。

进一步地，所述无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统还包括与第一驱动器10、第二驱动器20、第三驱动器30及第四驱动器40通讯连接的触摸屏50，所述四台驱动器分与所述触摸屏50进行通讯。所述第一驱动器10、第二驱动器20、第三驱动器30及第四驱动器40之间，是通过I0点互锁，并且所述第一驱动器10将锭翼电机的编码器反馈脉冲信号发给其他三台驱动器，从而控制其他三台电机的工作转速。本发明的实施例提供的一种无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统通过四台上述驱动器里独立的CUP，应用本专利的优化算法，拆分、优化原来PLC所需计算的内容，并将原来PLC所需计算的内容转移到到4台驱动器，使得四台驱动器边执行边计算，时时的计算该伺服所控四台电机应有的位置及速度，并立刻执行，以此达到本发明的控制目的。

所述触摸屏50用于实现人机界面的参数修改、状态选择、状态监视、报警提示功能。

所要修改的参数包括：捻度、卷绕系数、特征系数、滚筒直径、线直径、小纱转速、工作转速、满纱转速、小纱米数、降速米数、总米数、落纱方式、指示灯生效、安全光电开关灵敏度、断纱光电开关灵敏度、断条光电开关灵敏度、10mm圈数、tan值、插管位置、伸头位置、上限长度、成型长度、工作中是否可超降、当前班组等。状态选择包括：安全光电开关是否生效、断纱光电开关是否生效、断条光电开关是否生效、是否开始加捻、选用哪种落纱方式、工作中是否可以超降等。状态监视包括：各IO点信号监视，如:龙筋上升、龙筋下降、启动、停止、点动、上限位、下限位、超降位、光电开关等；各运行数据，如：当前锭翼转速、当前罗拉转速、当前铜管转速、当前龙筋转速、当前米数、当前龙筋位置等；各预测数据，如：预测落纱时整纱直径、层数等。报警提示包括过流、过压、欠压、制动误打开、编码器故障、过载、电流传感器信号丢失、程序故障、通讯失败等故障报警。

作为本实施例更进一步地改进，所述无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统还包括用于控制粗纱机进行相应工作的按钮60，所述按钮60包括触点按钮、接近开关、旋钮开关、光电感应器、行程开关等，为操作及保护提供IO信号控制基础。所述按钮的作用对应于以下附表：

部件名称	控制要求	备注
			龙筋上升	控制龙筋手动/自动上升	按钮
龙筋下降	控制龙筋手动/自动下降	按钮
			启动按钮	整机启动	按钮
停止按钮	运行停止（复位）	按钮（常闭）
			点动按钮	整机点动	按钮
急停	整机急停	按钮（常闭）
			龙筋手/自动	手/自动控制方式切换	旋钮开关
光电选择开关	控制对于断纱、断条光电信号的处理方式	旋钮开关
			安全光电	安全光电开关	NPN
断纱光电	断纱光电开关	NPN
			断条光电	断条光电开关	NPN
上限位开关	整机运行时，强制停车	行程开关（常闭）
			下限位开关	整机运行时，强制停车	行程开关（常闭）
超降位开关	龙筋超降位标志开关	行程开关
			适位停车开关	适位停车标志	接近开关
巡回风机开关	控制巡回风机启动	旋钮开关
			门限位开关	动作时整机不启动/整机停车	NC
断路器过载1	动作时停车	NO
			断路器过载2	动作时停车	NO
断路器过载3	动作时停车	NO
			断路器过载4	动作时停车	NO
气压监测	动作时停车	NO

本实施例中，第一驱动器10作为悬锭式粗纱机伺服控制系统的控制主机，对锭翼电机11进行速度控制，按照触摸50屏写入的转速及各转速米数控制锭翼电机11的速度，本实施例中采用的均为伺服控制，故在四个电机上，都有编码器，在锭翼电机11正常运转的过程中，将锭翼电机的编码器反馈分别通过驱动器传输给罗拉、卷绕、龙筋的第二码盘接收口，然后通过伺服控制，调节电子齿轮比，实现对罗拉电机、卷绕电机及龙筋电机的比例同步控制。与现有技术相比，使用本发明实施例提供的无PLC粗纱机控制系统，完全抛开了PLC，实现了无PLC的伺服控制，从根本上去除并解决了现有的带有PLC的控制技术在数据计算及其传输过程中的滞后性及其衍生问题，本发明通过四台控制器实现原有的PLC控制部分的计算和控制，取代了原有PLC控制，不但降低了硬件成本，而且实现了控制更高效，产品更高质的目的。

下面将详述本发明无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统中对锭翼电机11、罗拉电机21、卷绕电机31及龙筋电机41的控制过程。

对锭翼电机11的控制：按照机械传动比，计算出锭翼电机11与前罗拉的电子齿轮比关系，再根据前罗拉周长，就可得出锭翼电机每转一圈的实际出纱量；例如，假设锭翼电机转1圈，前罗拉转2圈，锭翼电机编码器2500线，前罗拉周长10cm，即可得出2500×4÷2÷10×100=50000（脉冲/米），即锭翼电机走50000脉冲，实际罗拉出纱1米。

当罗拉出纱长度小于第一预设长度值时，第一驱动器10控制锭翼电机11的工作转速Ns为小纱转速；

当罗拉出纱长度等于第一预设长度值时，第一驱动器10控制锭翼电机11的工作转速Ns由小纱转速变为正常转速并稳定工作在正常转速，直到罗拉出纱长度等于第二预设长度值；

当罗拉出纱长度大于第二预设长度值时，第一驱动器10控制锭翼电机11的工作转速Ns从正常工作转速以减速度a减速到满纱转速。

本实施例中，所述预设值还包括捻度T、罗拉直径Dl、比率P、卷绕铜管直径D、每层厚度h、模长M及减速比I。

以上所述技术方案中，第一驱动器10根据预设值计算并调节锭翼电机11的工作转速Ns；锭翼电机的编码器反馈脉冲信号给第一驱动器10，第一驱动器10将所述脉冲信号输出给所述第二驱动器20、第三驱动器30及第四驱动器40；所述第二驱动器20、第三驱动器30及第四驱动器40分别以接收到的脉冲信号为基础时时调节罗拉电机21、卷绕电机31及龙筋电机41的工作转速。本系统通过四台驱动器里独立的CUP，应用本专利的优化算法，拆分、优化原来PLC所需计算的内容到四台驱动器，边执行边计算，时时的计算该伺服所控电机应有的位置及速度，并立刻执行，以此达到控制四个电机的目的。

下面，对上述的无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统的工作方法进行详细说明：

在所述无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统开始工作后，通过按钮60及触摸屏50预先设置好预设值及其他所有的工作参数，所述预设值包括第一预设长度值及第二预设长度值，所述第一驱动器10根据预设值计算并调节锭翼电机11的工作转速Ns。具体的控制调节方法为：

当第一驱动器10计算的罗拉出纱长度小于第一预设长度值时，第一驱动器10控制锭翼电机11的工作转速Ns为小纱转速；

当第一驱动器10计算的罗拉出纱长度等于第一预设长度值时，第一驱动器10控制锭翼电机11的工作转速Ns由小纱转速变为正常转速并稳定工作在正常转速，直到计算的罗拉出纱长度等于第二预设长度值；

当第一驱动器10计算的罗拉出纱长度大于第二预设长度值时，第一驱动器10控制锭翼电机的工作转速Ns从正常转速以减速度a减速到满纱转速；

其中，所述小纱转速、正常转速、减速度a及满纱转速可以预先进行设定。

所述预设值还包括捻度T、罗拉直径Dl、比率P、卷绕铜管直径D、每层厚度h、模长M及减速比I，所述第二驱动器、第三驱动器及第四驱动器分别以接收到的脉冲信号为基础时时调节罗拉电机、卷绕电机及龙筋电机的工作转速的方法为：

在锭翼电机11正常运转的过程中，将锭翼电机11的编码器的控制反馈信号分别传输给罗拉、卷绕、龙筋的第二码盘接收口。然后通过伺服控制，调节电子齿轮比，实现比例同步，同步模型计算如下：

针对罗拉电机21：所述第二驱动器20接收第一驱动器10的控制信号，根据Nl/Ns=1000/（T×πDl）调整罗拉电机的工作转速Nl。

针对卷绕电机31：所述第三驱动器30接收第一驱动器10的控制信号，根据Nb/Ns=1+1000P/（T×πDx）调整卷绕电机31的工作转速Nb。

针对龙筋电机41：所述第四驱动:40接收第一驱动器10的控制信号，根据Na/Ns=（1000×P×10×I）/（T×πDx×M×h）调整龙筋电机41的工作转速Na。

其中，Dx为铜管上绕第x层纱时的直径，根据铜管的直径Dl及每层厚度h可以计算得到Dx。

在上述的工作方法中所述第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器及第四驱动器相互之间通过IO互锁并可传递IO握手信号。

更近一步地，在第一驱动器10根据预设值计算并调节锭翼电机11的工作转速之前，可预先设置好第一预设长度值、第二预设长度值、捻度T、罗拉直径Dl、比率P、卷绕铜管直径D、每层厚度h、模长M、减速比I、小纱转速、正常转速、减速度a及满纱转速的值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统，其特征在于包括：

锭翼电机、罗拉电机、卷绕电机及龙筋电机；

与锭翼电机电连接且用于控制锭翼电机工作的第一驱动器，与罗拉电机电连接且用于控制罗拉电机工作的第二驱动器，与卷绕电机电连接且用于控制卷绕电机工作的第三驱动器，及与龙筋电机电连接且用于控制龙筋电机工作的第四驱动器；

其中，所述第一驱动器按照预设值计算并调节锭翼电机的工作转速Ns，锭翼电机的编码器反馈脉冲信号，第一驱动器将所述脉冲信号输出给所述第二驱动器、第三驱动器及第四驱动器，所述第二驱动器、第三驱动器及第四驱动器分别以接收到的脉冲信号为基础时时调节罗拉电机、卷绕电机及龙筋电机的工作转速。

2.根据权利要求1所述的无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统，其特征在于：所述悬锭式粗纱机伺服控制系统还包括与第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器及第四驱动器通讯连接的触摸屏，用于实现人机界面的参数修改、状态选择、状态监视、报警提示功能。

3.根据权利要求2所述的无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统，其特征在于：所述悬锭式粗纱机伺服控制系统还包括用于控制粗纱机进行相应工作的按钮，所述按钮包括触点按钮、接近开关、旋钮开关、光电感应器、行程开关。

4.根据权利要求1所述的无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统，其特征在于：所述预设值包括第一预设长度值、第二预设长度值；所述锭翼电机的工作转速Ns包括小纱转速、正常转速、以减速度a从正常转速到满纱转速的减速区间转速；

当罗拉出纱长度小于第一预设长度值时，第一驱动器控制锭翼电机的工作转速Ns为小纱转速；

当罗拉出纱长度等于第一预设长度值时，第一驱动器控制锭翼电机的工作转速Ns由小纱转速变为正常转速并稳定工作在正常转速，直到罗拉出纱长度等于第二预设长度值；

当罗拉出纱长度大于第二预设长度值时，第一驱动器控制锭翼电机的工作转速Ns从正常工作转速以减速度a减速到满纱转速。

5.根据权利要求1所述的无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统，其特征在于：所述预设值还包括捻度T、罗拉直径Dl、比率P、卷绕铜管直径D、每层厚度h、模长M及减速比I。

6.一种无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统的工作方法，所述无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统包括锭翼电机及与其电连接的第一控制器，罗拉电机及与其电连接的第二控制器，卷绕电机及与其电连接的第三控制器，龙筋电机及与其电连接第四控制器，所述工作方法包括：

第一驱动器根据预设值计算并调节锭翼电机的工作转速Ns；

锭翼电机的编码器反馈脉冲信号给第一驱动器，第一驱动器将所述脉冲信号输出给所述第二驱动器、第三驱动器及第四驱动器；

所述第二驱动器、第三驱动器及第四驱动器分别以接收到的脉冲信号为基础时时调节罗拉电机、卷绕电机及龙筋电机的工作转速。

7.根据权利要求6所述的无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统的工作方法，其特征在于：所述预设值包括第一预设长度值及第二预设长度值，所述第一驱动器根据预设值计算并调节锭翼电机的工作转速Ns的方法为：

当第一驱动器计算的罗拉出纱长度小于第一预设长度值时，第一驱动器控制锭翼电机的工作转速Ns为小纱转速；

当第一驱动器计算的罗拉出纱长度等于第一预设长度值时，第一驱动器控制锭翼电机的工作转速Ns由小纱转速变为正常转速并稳定工作在正常转速，直到计算的罗拉出纱长度等于第二预设长度值；

当第一驱动器计算的罗拉出纱长度大于第二预设长度值时，第一驱动器控制锭翼电机的工作转速Ns从正常转速以减速度a减速到满纱转速；

其中，所述小纱转速、正常转速、减速度a及满纱转速可以预先进行设定。

8.根据权利要求7所述的无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统的工作方法，其特征在于：所述预设值还包括捻度T、罗拉直径Dl、比率P、卷绕铜管直径D、每层厚度h、模长M及减速比I，所述第二驱动器、第三驱动器及第四驱动器分别以接收到的脉冲信号为基础时时调节罗拉电机、卷绕电机及龙筋电机的工作转速的方法为：

所述第二驱动器接收第一驱动器的控制信号，根据Nl/Ns=1000/（T×πDl）调整罗拉电机的工作转速Nl；

所述第三驱动器接收第一驱动器的控制信号，根据Nb/Ns=1+1000P/（T×πDx）调整卷绕电机的工作转速Nb；

所述第四驱动器接收第一驱动器的控制信号，根据Na/Ns=（1000×P×10×I）/（T×πDx×M×h）调整龙筋电机的工作转速Na；

其中，Dx为铜管上绕第x层纱时的直径。

9.根据权利要求8所述的无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统的工作方法，其特征在于：所述第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器及第四驱动器相互之间通过IO互锁并可传递IO握手信号。

10.根据权利要求9所述的无PLC悬锭式粗纱机伺服控制系统的工作方法，其特征在于：所述工作方法还包括，

在第一驱动器根据预设值计算并调节锭翼电机的工作转速之前，预先设置第一预设长度值、第二预设长度值、捻度T、罗拉直径Dl、比率P、卷绕铜管直径D、每层厚度h、模长M、减速比I、小纱转速、正常转速、减速度a及满纱转速的值。

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