CN105350119B - 用于亚麻湿纺细纱机的同步联动控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

用于亚麻湿纺细纱机的同步联动控制系统及控制方法，属于亚麻纺纱设备升级改造及软件开发技术领域。解决了现有的亚麻湿纺细纱机的各工作轴的联动都采用纯机械设计，使用和维修过程复杂，工作效率低下等问题。控制系统包括主轴电机变频器、牵伸轴电机变频器、喂入轴电机变频器、升降轴驱动器、主轴电机、牵伸轴减速电机、喂入轴减速电机、升降轴减速伺服电机和控制器，通过控制器来控制亚麻湿纺细纱机的主轴、牵伸轴、喂入轴以及升降轴的同步联动。本发明建立工艺参数同步联动数学模型，实现湿纺细纱机的主轴、牵伸轴、喂入轴和升降轴自主传动。本发明的应用将改造出高速智能化、高效率、低成本的现代化的亚麻湿纺细纱机，实现亚麻湿纺细纱机的更新换代。

Description

用于亚麻湿纺细纱机的同步联动控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于亚麻湿纺细纱机的同步联动控制系统，属于亚麻纺纱设备升级改造及软件开发技术领域。

背景技术

现有的亚麻湿纺细纱机包括主轴(锭轴)、两个转速方向相反的牵伸轴、两个转速方向相反的喂入轴以及升降轴，通过电机驱动主轴，再通过齿轮等复杂传动机构传递给其它工作轴。由于完全采用机械化设计，其结构、制造、使用和维修过程都很复杂。由于受齿轮传递相互联动的制约，复杂的机械结构限制了机器运转速度，锭子转数低，生产效率低，油垢污染严重，噪声大，工作环境差，属于淘汰产品。世界亚麻纺纱定数约为80万锭，湿纺细纱机存量约为3200台，这些亚麻湿纺细纱机一部分在低效率地服役，还有一部分处于闲置状置，造成了极大的浪费。针对现有的亚麻湿纺细纱机，亟待改造和更新，以再次实现其使用价值。

本发明的目的是提供一种用于亚麻湿纺细纱机的同步联动控制系统及控制方法，以解决现有的亚麻湿纺细纱机的各工作轴的联动都采用纯机械设计，使用和维修过程复杂，工作效率低下等问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种用于亚麻湿纺细纱机的同步联动控制系统，所述亚麻湿纺细纱机包括主轴(锭轴)(A)、两个转速方向相反的牵伸轴(B)、两个转速方向相反的喂入轴(C)以及升降轴(D)，其特征在于：所述控制系统使亚麻湿纺细纱机的主轴(A)、牵伸轴(B)、喂入轴(C)以及升降轴(D)即能分别自主传动又能同步联动运转；所述控制系统包括主轴电机变频器(1)、牵伸轴电机变频器(2)、喂入轴电机变频器(3)、升降轴驱动器(4)、主轴电机(5)、牵伸轴减速电机(6)、喂入轴减速电机(7)、升降轴减速伺服电机(8)和控制器(9)；

控制器(9)的主轴电机变频控制信号输出端通过主轴电机变频器(1)控制主轴电机(5)变频，主轴电机(5)用于驱动亚麻湿纺细纱机的主轴(A)动作；

控制器(9)的牵伸轴电机变频控制信号输出端通过牵伸轴电机变频器(2)控制牵伸轴减速电机(6)变频，牵伸轴减速电机(6)用于驱动亚麻湿纺细纱机的两个转速方向相反的牵伸轴(B)动作；

控制器(9)的喂入轴电机变频控制信号输出端通过喂入轴电机变频器(3)控制喂入轴减速电机(7)变频，喂入轴减速电机(7)用于驱动亚麻湿纺细纱机的两个转速方向相反的喂入轴(C)动作；

控制器(9)的升降轴驱动控制信号输出端通过升降轴驱动器(4)控制升降轴减速伺服电机(8)的工作状态，升降轴减速伺服电机(8)用于驱动亚麻湿纺细纱机的升降轴(D)动作。

进一步地，所述控制器(9)采用PLC机或可编程逻辑器件CPLD实现。

进一步地，所述主轴电机(5)、牵伸轴减速电机(6)和喂入轴减速电机(7)均为四极电机。

本发明还提供了一种用于亚麻湿纺细纱机的同步联动控制方法，所述同步联动控制方法为：根据纺纱工艺参数建立主轴电机频率、牵伸轴减速电机频率、喂入轴减速电机频率以及升降轴减速伺服电机速度之间的同步联动数学模型，从而实现对亚麻湿纺细纱机主轴(A)、牵伸轴(B)、喂入轴(C)以及升降轴(D)的动作控制。

所述同步联动控制方法的具体实现过程为：

步骤一、设定纺纱的输入工艺参数为牵伸倍数和捻度，

1)、牵伸倍数＝细纱支数/粗纱支数，

2)、

其中：细纱支数、粗纱支数为已知参数，修正系数取值范围为0.95～1；

步骤二、根据设定纺纱的输入工艺参数，通过工艺参数同步联动数学模型分别得出：主轴电机频率、牵伸轴减速电机频率、喂入轴减速电机频率、升降轴减速伺服电机速度，过程如下：

1)、主轴参数计算公式：

①主轴电机转速＝锭子转数/锭子传动比，

②主轴电机频率＝主轴电机转速*主轴电机额定频率/主轴电机额定转速；

2)、牵伸轴参数计算公式：

①牵伸轴线速度＝锭子转数/捻度，

②牵伸轴转速＝牵伸轴线速度/牵伸轴直径/π，

③牵伸轴减速电机频率＝牵伸轴电机转速*牵伸轴减速电机额定频率/牵伸轴减速电机额定转速；

3)、喂入轴参数计算公式：

①喂入轴线速度＝牵伸轴线速度/牵伸倍数，

②喂入轴转速＝喂入轴线速度/喂入轴直径/π，

③喂入轴减速电机频率＝喂入轴转速*喂入轴电机额定频率/喂入轴电机额定转速；

4)、升降轴参数计算公式：

①络纱时间＝纱支数*管纱重量/牵伸轴线速度＝管纱长/牵伸轴线速度，

②动程次数＝有效行程/级升高度，

③动程周期＝络纱时间/动程次数，

④级升时间＝级升高度/动程高度(取50㎜)*动程时间，

⑤升降轴减速伺服电机速度＝动程高度/升降轴周长*升降轴传动比/动程时间*60；

步骤三、根据步骤二得到的主轴电机频率、牵伸轴减速电机频率、喂入轴减速电机频率以及升降轴减速伺服电机速度，对亚麻湿纺细纱机主轴(A)、两个转速方向相反的牵伸轴(B)、两个转速方向相反的喂入轴(C)以及升降轴(D)的动作进行控制。

在步骤二中，

主轴参数计算公式中：锭子传动比取5.368；主轴电机额定频率取50赫，主轴电机额定转速取1460转/分；

牵伸轴参数计算公式中：牵伸轴直径取50㎜，π取3.14；牵伸轴减速电机额定频率取50赫，牵伸轴减速电机额定转速取1460转/分；

喂入轴参数计算公式中：喂入轴直径取45.4㎜，π取3.14；喂入轴电机额定频率取50赫，喂入轴电机额定转速取1460转/分；

升降轴参数计算公式中：有效行程取140㎜；动程高度取50㎜。

本发明的有益效果是：

本发明建立工艺参数同步联动数学模型，实现湿纺细纱机的主轴(锭轴)、牵伸轴、喂入轴和升降轴自主传动。按工艺参数同步联动数学模型编制的计算机软件技术，写入可编程逻辑器中，再通过可编程逻辑器(如PLC)对实现湿纺细纱机各轴统一控制，使湿纺细纱机各轴自主传动又能同步联动运转，实现同步联动纺纱功能。本发明是全新的计算机控制技术、变频和伺服电机技术、减速机技术的综合应用。本发明的推广使用替代了复杂的机械设计，降低制造成本，提高生产效率。全世界拥有亚麻湿纺纱能力在80万锭，亚麻湿纺细纱机存量约3200台，全部是机械同步联动结构，设计复杂，制造成本高，生产效率低，污染严重，急需更新换代。如利用本发明对现有3200台湿纺细纱机旧机的改造，可直接将改造的亚麻湿纺细纱机应用于纺纱作业中，具有很大的经济价值。本发明就是针对现有的亚麻湿纺细纱机而设计的，用于现有的亚麻湿纺细纱机的自动化升级改造，使现有废旧的亚麻湿纺细纱机二次利用，节约了能源。本发明的提出，将为亚麻湿纺细纱机改造和更新换代奠定了基础技术。

本发明采用四轴减速变频和伺服电机，分别自主传动，计算机统一控制，设计出工艺参数的数学模型和与之对应的软件操作系统，解决了智能化操作控制，智能化参数设定，智能化同步联动稳定启车，智能化同步联动稳定运行，智能化同步联动稳定停车，保持了纺纱过程的连续不断头和升头。实现操作全部智能化，旧机型改造提高效率最高40％，机械维修量减少50％，克服了环境的重污染，降低噪声15-20分贝，工作环境改善。

利用本发明设计出同步联动软件的应用，可使主轴锭子转数提高速度40％，其他的牵伸轴、喂入轴和升降轴，根据建立的数学模型的函数关系，由计算机软件统一控制，四轴的同步联动运转，实现纺纱从启动到额定速度运转，再从额定速度运转到停车，四轴都是按相互的函数关系，保持同步的联动运转，使纺纱过程中，启动、运转和停车，纱线连续不断头和升头。用同步联动的软件技术，即实现纱线不断头的连续生产，同时解开齿轮联动的制约，提高了设备设计生产率。本发明开发的软件技术，使用于驱动各轴的减速电机分别自主传动，取代了纷繁复杂的机械结构设计、制造、操作和维修，提高设计生产效率，降低制造和生产成本。该软件技术，无论在旧机型改造和新机型设计中应用，将改造出高速智能化、高效率、低成本的现代化的亚麻湿纺细纱机，实现亚麻湿纺细纱机的更新换代。

附图说明

图1是本发明的用于亚麻湿纺细纱机的同步联动控制系统的结构框图，图2是基于本发明所述的亚麻湿纺细纱机的同步联动控制方法开发的软件的流程框图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，本实施方式所述的用于亚麻湿纺细纱机的同步联动控制系统，所述亚麻湿纺细纱机包括主轴(锭轴)A、两个转速方向相反的牵伸轴B、两个转速方向相反的喂入轴C以及升降轴D，所述控制系统使亚麻湿纺细纱机的主轴A、牵伸轴B、喂入轴C以及升降轴D即能分别自主传动又能同步联动运转；所述控制系统包括主轴电机变频器1、牵伸轴电机变频器2、喂入轴电机变频器3、升降轴驱动器4、主轴电机5、牵伸轴减速电机6、喂入轴减速电机7、升降轴减速伺服电机8和控制器9；

控制器9的主轴电机变频控制信号输出端通过主轴电机变频器1控制主轴电机5变频，主轴电机5用于驱动亚麻湿纺细纱机的主轴A动作；

控制器9的牵伸轴电机变频控制信号输出端通过牵伸轴电机变频器2控制牵伸轴减速电机6变频，牵伸轴减速电机6用于驱动亚麻湿纺细纱机的两个转速方向相反的牵伸轴B动作；

控制器9的喂入轴电机变频控制信号输出端通过喂入轴电机变频器3控制喂入轴减速电机7变频，喂入轴减速电机7用于驱动亚麻湿纺细纱机的两个转速方向相反的喂入轴C动作；

控制器9的升降轴驱动控制信号输出端通过升降轴驱动器4控制升降轴减速伺服电机(8)的工作状态，升降轴减速伺服电机8用于驱动亚麻湿纺细纱机的升降轴D动作。

具体实施方式二：一种用于亚麻湿纺细纱机的同步联动控制方法，所述同步联动控制方法为：根据纺纱工艺参数建立主轴电机频率、牵伸轴减速电机频率、喂入轴减速电机频率以及升降轴减速伺服电机速度之间的同步联动数学模型，从而实现对亚麻湿纺细纱机主轴A、牵伸轴B、喂入轴C以及升降轴D的动作控制。

根据上述具体实施方式，再详细描述本发明的实现过程：

一、设计工艺参数数学模型

搞清亚麻湿纺细纱机的工作原理，掌握亚麻湿纺细纱机的主要工艺参数，根据工艺参数，确定四轴相互之间的函数关系，找到各轴之间的关联因子，确定工艺参数数学模型，设计四轴同步联动软件程序。本发明找到了四轴的关联因子，主轴同牵伸轴的关联因子是纱支捻度，通过捻度使主轴和牵伸轴建立了函数关系。牵伸轴和喂入轴的关联因子是牵伸倍数，通过牵伸倍数使牵伸轴和喂入轴建立了函数关系。主轴、牵伸轴、喂入轴和升降轴的关联因子是牵伸倍数，通过牵伸倍数和固定常数纱支、管纱重、动程、级升高度、升降轴传动比，建立了主轴、牵伸轴、喂入轴和升降轴的函数关系。通过这些函数计算式，在选定纱支和主轴转速，就可以方便的计算出主电机、牵伸电机、喂入电机频率和伺服电机速度，并计算出纺纱工艺需要的动程次数、动程时间，级升时间。包括纺纱过程中，需要调整的捻度和牵伸倍数，都在数模中实现了同步联动。

具体过程如下：

1、确定工艺参数数学模型

亚麻湿纺细纱机是由锭轴、牵伸轴、喂入轴和升降轴，四轴组成，按纺纱工艺相互间确定的函数关系，同步联动，完成纺纱过程。因此，四轴同步联动的函数关系，由原来靠机械不同的结构相互制约同步联动。现在设计出，工艺参数数学模型，转变为四轴分别自主传动，靠软件控制技术，四轴转动速度，都准确保持相互固定函数关系，同步联合运转。使配套计算机系统，电机变频器，伺服电机控制器等，在启、停过程中和高速运转过程中，同步联动运转。

A纺纱参数的选择：①纺纱支数(选择) ②捻度(选择) ③牵伸倍数(选择) ④级升高度(选择) ⑤动程高度50MM ⑥有效行程140MM ⑦管纱重量100克/管

B设备参数选择①锭子传动比5.368 ②牵伸减速电机传动比13.08 ③喂入减速电机传动比102.88 ④升降轴传动比3000 ⑤升降轴周长＝直径117MM*3.14＝367.38MM ③牵伸轴直径50MM ④喂入轴直径45.4MM ⑤电源频率50赫 ⑥四极电机额定转数1460转/分

C主轴参数计算公式①主电机转数＝锭子转数/锭子传动比

②主轴电机频率＝主轴电机转数*50/1460

D、牵伸轴参数计算公式①牵伸轴线速度＝锭子转数/捻度

②牵伸轴转数＝牵伸轴线速度/50/3.14*1000

③牵伸电机频率＝牵伸电机转数*50/1460

E、喂入轴参数计算公式①喂入电机线速度＝牵伸轴线速度/牵伸倍数

②喂入轴转速＝喂入轴线速度/45.4/3.14*1000

③喂入轴电机频率＝喂入轴转数*50/1460

F、升降轴参数计算公式①络纱时间＝纱支*管纱重/牵伸轴线速度＝管纱长/牵伸轴线

速度

②动程次数＝有效行程/级升高度

③动程周期＝络纱时间*3600/动程次数(3600，换算成秒)

④动程时间＝动程周期/2

⑤级升时间＝级升高度/50*动程时间

⑥伺服电机速度＝动程高度/升降轴周长*升降轴传动比/动程时间*60

2、根据工艺参数数学模型，设计软件方框图，如图2所示。

3、按同步联动软件框图，编制PLC软件程序、连机调试。

二、设计软件

根据已经确定的工艺参数的数学模型，找到软件技术的实现方法。首先，确定数学模型公式的算法。把计算结果送到各个执行单元，在执行单元中的额定纺纱速度，具体表现为主轴电机频率，牵伸轴电机频率，喂入轴电机频率和升降轴伺服电机运转速度，在同步联动的统一控制下，驱动四轴实行纺纱的运转过程。

三、建立同步联动的启动方式

从0到额定转数的启动程序，使各轴在变频器和驱动器在限定的加速时间中，同步联动加速到额定运行速度。运用计时器保持每一个轴从0速到额定转数同步和联动。

四、建立同步联动的停车方式

当四轴同步联动运行在额定转数下停车，同样要转到额定转数-0的停车程序，使各轴在变频器和驱动器在限定的加速时间中，同步联动减速到额定运行速度。运用计时器保持每一个轴从0速到额定转数同步和联动。

本发明的应用实施例：

在哈尔滨亚麻纺织有限公司，苏联产L-5亚麻湿纺细纱机，用本发明软件技术，改造完成2台，已经投入生产，实现了设备的更新换代。

在黑龙江普洛普纺织有限公司，金鹰公司产F-502亚麻湿纺细纱机，用本发明软件技术，改造完成1台，已经投入使用，实现了设备的更新换代。

苏联产L-5、8等湿纺细纱机，和金鹰公司仿制苏联L-5的F-502湿纺细纱机，丹东纺织机械厂等工厂仿制仿制苏联L-5、8湿纺细纱机，保护在这些湿纺细纱机，旧机改造中应用1、2项权利的使用。

本发明的工作原理：

亚麻湿纺细纱机是由一部电机传递，通过复杂的机械结构联动，使纺纱用的锭轴、牵伸轴、喂入轴和升降轴，按选定的相互间的函数关系，实现四轴同步联动运转，完成纺纱功能。本发明采用四轴分别自主传动，通过减速变频电机和减速伺服电机，在PLC计算机的统一控制之下，实现四轴按选定的相互间的函数关系，实现同步联动运转，完成纺纱功能。解决了受复杂机械结构的限制，四轴转动速度，只能局限在较低水平，生产效率低，制造成本高，调整参数难，维修工作量大，环境污染严重，属于淘汰产品。

采用四轴分别自主传动，由减速变频电机和减速伺服电机直接驱动，锭轴、牵伸轴、喂入轴和升降轴。同时，发挥计算机作用完成四轴机械自主传动，而相互间的函数关系，则有计算机控制完成，实现纺纱功能。

仅在旧机型改造，提高效率40％，机械维修量减少50％，克服了环境的重污染，降低噪声15-20分贝，工作环境改善。如果应用在新机型的设计上，会制造出结构简单，性能完善，高效率的现代湿纺细纱机。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于亚麻湿纺细纱机的同步联动控制方法，所述方法是基于亚麻湿纺细纱机的同步联动控制系统实现的，所述亚麻湿纺细纱机包括主轴(A)、两个转速方向相反的牵伸轴(B)、两个转速方向相反的喂入轴(C)以及升降轴(D)，所述控制系统使亚麻湿纺细纱机的主轴(A)、牵伸轴(B)、喂入轴(C)以及升降轴(D)即能分别自主传动又能同步联动运转；所述控制系统包括主轴电机变频器(1)、牵伸轴电机变频器(2)、喂入轴电机变频器(3)、升降轴驱动器(4)、主轴电机(5)、牵伸轴减速电机(6)、喂入轴减速电机(7)、升降轴减速伺服电机(8)和控制器(9)；

控制器(9)的主轴电机变频控制信号输出端通过主轴电机变频器(1)控制主轴电机(5)变频，主轴电机(5)用于驱动亚麻湿纺细纱机的主轴(A)动作；

控制器(9)的牵伸轴电机变频控制信号输出端通过牵伸轴电机变频器(2)控制牵伸轴减速电机(6)变频，牵伸轴减速电机(6)用于驱动亚麻湿纺细纱机的两个转速方向相反的牵伸轴(B)动作；

控制器(9)的喂入轴电机变频控制信号输出端通过喂入轴电机变频器(3)控制喂入轴减速电机(7)变频，喂入轴减速电机(7)用于驱动亚麻湿纺细纱机的两个转速方向相反的喂入轴(C)动作；

控制器(9)的升降轴驱动控制信号输出端通过升降轴驱动器(4)控制升降轴减速伺服电机(8)的工作状态，升降轴减速伺服电机(8)用于驱动亚麻湿纺细纱机的升降轴(D)动作，其特征在于：所述同步联动控制方法为：根据纺纱工艺参数建立主轴电机频率、牵伸轴减速电机频率、喂入轴减速电机频率以及升降轴减速伺服电机速度之间的同步联动数学模型，从而实现对亚麻湿纺细纱机主轴(A)、牵伸轴(B)、喂入轴(C)以及升降轴(D)的动作控制；

所述同步联动控制方法的具体实现过程为：

步骤一、设定纺纱的输入工艺参数为牵伸倍数和捻度，

1)、牵伸倍数＝细纱支数/粗纱支数，

2)、

其中：细纱支数、粗纱支数为已知参数，修正系数取值范围为0.95～1；

步骤二、根据设定纺纱的输入工艺参数，通过工艺参数同步联动数学模型分别得出：主轴电机频率、牵伸轴减速电机频率、喂入轴减速电机频率、升降轴减速伺服电机速度，过程如下：

1)、主轴参数计算公式：

①主轴电机转速＝锭子转数/锭子传动比，

②主轴电机频率＝主轴电机转速*主轴电机额定频率/主轴电机额定转速；

2)、牵伸轴参数计算公式：

①牵伸轴线速度＝锭子转数/捻度，

②牵伸轴转速＝牵伸轴线速度/牵伸轴直径/π，

③牵伸轴减速电机频率＝牵伸轴电机转速*牵伸轴减速电机额定频率/牵伸轴减速电机额定转速；

3)、喂入轴参数计算公式：

①喂入轴线速度＝牵伸轴线速度/牵伸倍数，

②喂入轴转速＝喂入轴线速度/喂入轴直径/π，

③喂入轴减速电机频率＝喂入轴转速*喂入轴电机额定频率/喂入轴电机额定转速；

4)、升降轴参数计算公式：

①络纱时间＝纱支数*管纱重量/牵伸轴线速度＝管纱长/牵伸轴线速度，

②动程次数＝有效行程/级升高度，

③动程周期＝络纱时间/动程次数，

④级升时间＝级升高度/动程高度*动程时间，

⑤升降轴减速伺服电机速度＝动程高度/升降轴周长*升降轴传动比/动程时间*60；

步骤三、根据步骤二得到的主轴电机频率、牵伸轴减速电机频率、喂入轴减速电机频率以及升降轴减速伺服电机速度，对亚麻湿纺细纱机主轴(A)、两个转速方向相反的牵伸轴(B)、两个转速方向相反的喂入轴(C)以及升降轴(D)的动作进行控制。

2.根据权利要求1所述的用于亚麻湿纺细纱机的同步联动控制方法，其特征在于，在步骤二中，

主轴参数计算公式中：锭子传动比取5.368；主轴电机额定频率取50赫，主轴电机额定转速取1460转/分；

牵伸轴参数计算公式中：牵伸轴直径取50㎜，π取3.14；牵伸轴减速电机额定频率取50赫，牵伸轴减速电机额定转速取1460转/分；

喂入轴参数计算公式中：喂入轴直径取45.4㎜，π取3.14；喂入轴电机额定频率取50赫，喂入轴电机额定转速取1460转/分；

升降轴参数计算公式中：有效行程取140㎜；动程高度取50㎜。