CN110344147A - 一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制系统及方法，系统包括HMI单元、PLC控制器，三个定位单元、主轴变频器、五个伺服驱动器、变频电机、五个伺服电机、五个传动轴、四个检测单元，PLC控制器与HMI单元电连接，本发明解决了变频器开环控制不稳定性、产生的纺纱条干不均匀、纺纱成型松紧不一致等问题，大大提高了纺纱和成型的的精准度、质量和均匀性，对于高支高密及高质量纺纱均能达到纺纱质量要求。本发明即保证了纺纱的精确和纺纱质量，也避免了全伺服控制方法的复杂性和高成本，是一种经济实用的新型控制系统及方法。

Description

一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用于棉纺和亚麻细纱机的新型控制传动系统方法，具体的说，涉及一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制系统及方法，属于纺纱技术领域。

背景技术

细纱机是纺纱过程中把半制品粗纱或条子经牵伸、加拈、卷绕成细纱管纱的纺纱机器。细纱机是纺纱的主要机器,细纱的产量、质量是纺纱工艺各道工序优劣的综合反映。

传统的细纱机利用复杂的机械齿轮及凸轮结构，通过繁琐的更换机械齿轮来变换纱线工艺的目的，结构复杂，机械传动磨损大，工艺变换比较麻烦,存在设备的制造和维护成本高,整机稳定性差等缺陷。正逐步被各种高科技智能化的新型纺纱技术所淘汰和代替。

国际竞争不断增强，劳动力成本不断提高，现代国际纺织行业也不断升级和发展，科技不断进步，纺织设备也不断改造和更新，出现了形形色色的先进的新型设备和工艺技术，各有特色。新型的控制方法和技术，不仅生产效率高，成纱品质高和用工少，更方便实现设备的网络一体化管理，是未来企业发展的必然趋势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制系统及方法，变频、伺服联动控制装置结构简单、自动化程度高，纺纱品种转换便捷，成纱品质高，运行和维护成本低，提高了整机的纺纱质量和稳定性。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制系统，包括HMI单元、PLC控制器，三个定位单元、主轴变频器、五个伺服驱动器、变频电机、五个伺服电机、五个传动轴、四个检测单元， PLC控制器与HMI单元电连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述三个定位单元分别为定位单元、定位单元、定位单元，五个伺服驱动器分别为钢领板伺服驱动器、左牵伸伺服驱动器、右牵伸伺服驱动器、左喂入伺服驱动器、右喂入伺服驱动器，五个伺服电机分别为钢领板伺服电机、左牵伸伺服电机、右牵伸伺服电机、左喂入伺服电机、右喂入伺服电机，五个传动轴分别为主轴、钢领板升降轴、左牵伸传动轴、右牵伸传动轴、左喂入传动轴、右喂入传动轴，四个检测单元分别为牵伸轴检测单元、喂入轴检测单元、钢领板检测单元、主轴检测单元。

所述主轴与主轴变频电机传动连接，PLC控制器与主轴变频器电连接，主轴变频器与主轴变频电机电连接。

所述钢领板升降轴与钢领板伺服电机传动连接，钢领板伺服电机与钢领板伺服驱动器电连接，钢领板伺服驱动器通过定位单元与PLC控制器电连接。

所述左牵伸传动轴与左牵伸伺服电机传动连接，右牵伸传动轴与右牵伸伺服电机传动连接；左牵伸伺服电机由左牵伸伺服驱动器驱动，右牵伸伺服电机由右牵伸伺服驱动器驱动，左牵伸伺服驱动器通过定位单元与PLC控制器电连接，右牵伸伺服驱动器通过定位单元与PLC控制器电连接。

所述左喂入传动轴与左喂入伺服电机传动连接，右喂入传动轴与右喂入伺服电机传动连接，左喂入伺服电机由左喂入伺服驱动器驱动，右喂入伺服电机由右喂入伺服驱动器驱动，左喂入伺服驱动器通过定位单元与PLC控制器电连接，右喂入伺服驱动器通过定位单元与PLC控制器电连接。

所述左牵伸传动轴电连接有牵伸轴检测单元，左喂入传动轴电连接有喂入轴检测单元，钢领板升降轴电连接有钢领板检测单元，主轴电连接有主轴检测单元。

一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制方法，所述控制方法开始于步骤S1，在HMI单元中设置好基本参数和纺纱工艺参数基本参数是根据当前的设备硬件和纺纱品种输入的一些参数。纺纱工艺参数是根据当前的纺纱类型在纺纱过程中要达到一个好的纺纱效果而设置的纺纱速度和卷绕参数，然后进入步骤S2；

在步骤S2，检查钢领板是否在最低点，即零点位置，若在零点位置，进入步骤S3，若不在零点位置，进入步骤S4；

在步骤S4，手动下降钢领板至零点位置，再进入步骤S3；

在步骤S3，启动设备，进入步骤S5。

在步骤S5，各轴启动运转，PLC控制器根据HMI单元中设定的工艺参数进行计算，并对各轴运转速度通过数学模型进行分配，使各轴按照数学公式函数协调运行，然后分别进入步骤S6和步骤S7；

在步骤S6，在HMI单元显示当前各轴的运行状态和数据，供参考和调整。

在步骤S7，根据设定的锭子工艺曲线进行纺纱，然后进入步骤S9，若需要中途停车，则进入步骤S8，设备纺纱进行完当前行程，减速停车，再进入步骤S3，继续纺纱；若需要中途落纱，则进入步骤S11，PLC控制器会立即发出控制命令，降低纺纱速度，以落纱速度运转，做落纱准备工作，然后进入步骤S10。

在步骤S9，随着纱管中纺纱不断增高，检测纺纱是否满管，如果否，重新回到步骤S7，如果是，当钢领板到达满管位置时，PLC控制器会收到一个满管信号，及时减速各轴，降低纺纱速度，和中途落纱一样以落纱速度运转，做落纱准备工作，进入步骤S10；

在步骤S10，控制钢领板迅速下落到最低端零点位置，进入步骤S12；

在步骤S12，根据尾纱的预留要求，控制各轴的停转时间，停止纺纱，进入步骤S13；

在步骤S13，等待落纱。

本发明采取以上技术方案，具有以下优点：本发明解决了变频器开环控制不稳定性、产生的纺纱条干不均匀、纺纱成型松紧不一致等问题，大大提高了纺纱和成型的的精准度、质量和均匀性，对于高支高密及高质量纺纱均能达到纺纱质量要求。本发明即保证了纺纱的精确和纺纱质量，也避免了全伺服控制方法的复杂性和高成本，是一种经济实用的新型控制系统及方法。

本控制系统中，使用了PLC多轴控制器，通过三个定位模块分别与钢领板伺服驱动器、牵伸伺服驱动器和喂入伺服驱动器相连，钢领板、牵伸、喂入驱动器分别与相应电机相连，进行控制，实现纺纱的精准控制；通过一个RS485通讯模块与主变频器相连，控制纺纱过程中主轴电机按工艺设定运转。此用于细纱机的变频+伺服联动控制方法，结构简单、自动化程度高，纺纱品种转换便捷，运行和维护成本低，提高了整机的成纱品质和稳定性。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

附图1为本发明实施例中用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制系统的结构示意图；

附图2为本发明实施例中用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制系统的原理图；

附图3为本发明实施例中用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制方法的流程示意图。

图中，1-HMI单元，2-PLC控制器，3-定位单元，4-定位单元，5-定位单元，6-主轴变频器，7-钢领板伺服驱动器，8-左牵伸伺服驱动器，9-右牵伸伺服驱动器，10-左喂入伺服驱动器，11-右喂入伺服驱动器，12-主轴变频电机，13-钢领板伺服电机，14-左牵伸伺服电机，15-右牵伸伺服电机，16-左喂入伺服电机，17-右喂入伺服电机，18-主轴，19-钢领板升降轴，20-左牵伸传动轴，21-右牵伸传动轴，22-左喂入传动轴，23-右喂入传动轴，24-RS485通讯线，25-RS232通讯线，26-牵伸轴检测单元，27-喂入轴检测单元，28-钢领板检测单元，29-主轴检测单元。

具体实施方式

实施例，如附图1所示：一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制系统，包括HMI单元1、PLC控制器2，三个定位单元、主轴变频器6、五个伺服驱动器、变频电机12、五个伺服电机、五个传动轴、四个检测单元，PLC控制器2的型号为：AFPORC32T ，PLC控制器2与HMI单元1电连接。

三个定位单元分别为定位单元3、定位单元4、定位单元5，五个伺服驱动器分别为钢领板伺服驱动器7、左牵伸伺服驱动器8、右牵伸伺服驱动器9、左喂入伺服驱动器10、右喂入伺服驱动器11，五个伺服电机分别为钢领板伺服电机13、左牵伸伺服电机14、右牵伸伺服电机15、左喂入伺服电机16、右喂入伺服电机17，五个传动轴分别为主轴18、钢领板升降轴19、左牵伸传动轴20、右牵伸传动轴21、左喂入传动轴22、右喂入传动轴23，四个检测单元分别为牵伸轴检测单元26、喂入轴检测单元27、钢领板检测单元28、主轴检测单元29。

一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制系统，还包括RS485通讯线24和RS232通讯线25。

主轴18与主轴变频电机12传动连接，PLC控制器2通过RS485通讯线24与主轴变频器6电连接，主轴变频器6与主轴变频电机12电连接。

钢领板升降轴19与钢领板伺服电机13传动连接，钢领板伺服电机13与钢领板伺服驱动器7电连接，钢领板伺服驱动器7通过定位单元3与PLC控制器2电连接。

左牵伸传动轴20与左牵伸伺服电机14传动连接，右牵伸传动轴21与右牵伸伺服电机15传动连接；左牵伸伺服电机14由左牵伸伺服驱动器8驱动，右牵伸伺服电机15由右牵伸伺服驱动器9驱动，左牵伸伺服驱动器8通过定位单元5与PLC控制器2电连接，右牵伸伺服驱动器9通过定位单元5与PLC控制器2电连接。

左喂入传动轴22与左喂入伺服电机16传动连接，右喂入传动轴23与右喂入伺服电机17传动连接，左喂入伺服电机16由左喂入伺服驱动器10驱动，右喂入伺服电机17由右喂入伺服驱动器11驱动，左喂入伺服驱动器10通过定位单元4与PLC控制器2电连接，右喂入伺服驱动器11通过定位单元4与PLC控制器2电连接。

左牵伸传动轴20电连接有牵伸轴检测单元26，左喂入传动轴22电连接有喂入轴检测单元27，钢领板升降轴19电连接有钢领板检测单元28，主轴18电连接有主轴检测单元29。

如图2所示，一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制系统的控制原理为：

1、通过HMI单元1设定参数给定值：捻度、牵伸倍数等，系统读入到PLC控制器2中进行计算和数据分配，设备启动时，PLC控制器2将运行数据分配给变频器和各轴驱动器，然后控制各轴协调运转。

2、各轴运转的同时，牵伸轴检测单元26、喂入轴检测单元27、钢领板检测单元28、主轴检测单元29会把当前的运行数据进行采集，将采集数据反馈到PLC控制器2输入端，通过PLC控制器2内部与给定值进行比较，根据比较的偏差进行计算和修正，形成了一个闭合的全自动控制过程，从而提高了各轴运行精度，提高纺纱稳定性和质量。

3、对于检测单元检测的数据，因机械传动机构存在皮带打滑和传动效率等问题产生的误差，可以通过修正系数来修正检测数据，以求达到更准确的检测数据，因此设置了牵伸倍数修正系数和捻度修正系数，使牵伸倍数测量值反馈和捻度测量值反馈数据更精确，因而提高了控制精度和纺纱精度。

如图3所示，为一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制方法流程图，所述控制方法开始于步骤S1，在HMI单元1中设置好基本参数和纺纱工艺参数基本参数是根据当前的设备硬件和纺纱品种输入的一些参数。纺纱工艺参数是根据当前的纺纱类型在纺纱过程中要达到一个好的纺纱效果而设置的纺纱速度和卷绕参数，然后进入步骤S2；

在步骤S2，检查钢领板是否在最低点，即零点位置，若在零点位置，进入步骤S3，若不在零点位置，进入步骤S4；

在步骤S4，手动下降钢领板至零点位置，再进入步骤S3；

在步骤S3，启动设备，进入步骤S5；

在步骤S5，各轴启动运转，PLC控制器2根据HMI单元1中设定的工艺参数进行计算，并对各轴运转速度通过数学模型进行分配，使各轴按照数学公式函数协调运行，然后分别进入步骤S6和步骤S7，具体数学模型及函数公式如下：

1）、锭子转速

式中：

——锭子转速（r/min）

——主电机频率（Hz）

——电机皮带轮直径（mm）

——主轴皮带轮直径（mm）

——滚盘直径（mm）

——锭盘直径（mm）

——锭带厚度（mm）

2）、牵伸罗拉转速

式中：

——牵伸罗拉转速（r/min）

——锭子转速（r/min）

——细纱特数（g/km）

——捻度系数

——牵伸罗拉直径（mm）

3)、喂入罗拉速度

——喂入罗拉速度（r/min）

——牵伸罗拉速度（r/min）

——牵伸倍数

4）、钢领板级升

式中：

——钢领板级升距离（mm）

——卷装容积的平均密度

——卷绕半锥角

——牵伸罗拉直径（mm）

——锭子转速（r/min）

——牵伸罗拉速度（r/min）

——细纱捻度（T/mm）

5）、细纱捻度

——细纱捻度（T/mm）

——锭子转速（r/min）

——牵伸罗拉直径（mm）

在步骤S6，在HMI单元1显示当前各轴的运行状态和数据，供参考和调整。

在步骤S7，根据设定的锭子工艺曲线进行纺纱，然后进入步骤S9，若需要中途停车，则进入步骤S8，设备纺纱进行完当前行程，减速停车，再进入步骤S3，继续纺纱；若需要中途落纱，则进入步骤S11，，PLC控制器2会立即发出控制命令，降低纺纱速度，以落纱速度运转，做落纱准备工作，然后进入步骤S10；

在步骤S9，随着纱管中纺纱不断增高，检测纺纱是否满管，如果否，重新回到步骤S7，如果是，当钢领板到达满管位置时，PLC控制器2会收到一个满管信号，及时减速各轴，降低纺纱速度，和中途落纱一样以落纱速度运转，做落纱准备工作，进入步骤S10；

在步骤S10，控制钢领板迅速下落到最低端零点位置，进入步骤S12；

在步骤S12，根据尾纱的预留要求，控制各轴的停转时间，停止纺纱，进入步骤S13；

在步骤S13，等待落纱。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制系统，其特征在于：包括HMI单元（1）、PLC控制器（2），三个定位单元、主轴变频器（6）、五个伺服驱动器、变频电机（12）、五个伺服电机、五个传动轴、四个检测单元， PLC控制器（2）与HMI单元（1）电连接。

2.如权利要求1所述的一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制系统，其特征在于：所述三个定位单元分别为定位单元（3）、定位单元（4）、定位单元（5），五个伺服驱动器分别为钢领板伺服驱动器（7）、左牵伸伺服驱动器（8）、右牵伸伺服驱动器（9）、左喂入伺服驱动器（10）、右喂入伺服驱动器（11），五个伺服电机分别为钢领板伺服电机（13）、左牵伸伺服电机（14）、右牵伸伺服电机（15）、左喂入伺服电机（16）、右喂入伺服电机（17），五个传动轴分别为主轴（18）、钢领板升降轴（19）、左牵伸传动轴（20）、右牵伸传动轴（21）、左喂入传动轴（22）、右喂入传动轴（23），四个检测单元分别为牵伸轴检测单元（26）、喂入轴检测单元（27）、钢领板检测单元（28）、主轴检测单元（29）。

3.如权利要求2所述的一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制系统，其特征在于：所述主轴（18）与主轴变频电机（12）传动连接，PLC控制器（2）与主轴变频器（6）电连接，主轴变频器（6）与主轴变频电机（12）电连接。

4.如权利要求3所述的一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制系统，其特征在于：所述钢领板升降轴（19）与钢领板伺服电机（13）传动连接，钢领板伺服电机（13）与钢领板伺服驱动器（7）电连接，钢领板伺服驱动器（7）通过定位单元（3）与PLC控制器（2）电连接。

5.如权利要求4所述的一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制系统，其特征在于：所述左牵伸传动轴（20）与左牵伸伺服电机（14）传动连接，右牵伸传动轴（21）与右牵伸伺服电机（15）传动连接；左牵伸伺服电机（14）由左牵伸伺服驱动器（8）驱动，右牵伸伺服电机（15）由右牵伸伺服驱动器（9）驱动，左牵伸伺服驱动器（8）通过定位单元（5）与PLC控制器（2）电连接，右牵伸伺服驱动器（9）通过定位单元（5）与PLC控制器（2）电连接。

6.如权利要求5所述的一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制系统，其特征在于：所述左喂入传动轴（22）与左喂入伺服电机（16）传动连接，右喂入传动轴（23）与右喂入伺服电机（17）传动连接，左喂入伺服电机（16）由左喂入伺服驱动器（10）驱动，右喂入伺服电机（17）由右喂入伺服驱动器（11）驱动，左喂入伺服驱动器（10）通过定位单元（4）与PLC控制器（2）电连接，右喂入伺服驱动器（11）通过定位单元（4）与PLC控制器（2）电连接。

7.如权利要求6所述的一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制系统，其特征在于：所述左牵伸传动轴（20）电连接有牵伸轴检测单元（26），左喂入传动轴（22）电连接有喂入轴检测单元（27），钢领板升降轴（19）电连接有钢领板检测单元（28），主轴（18）电连接有主轴检测单元（29）。

8.一种如权利要求1所述的用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制方法，其特征在于：所述控制方法开始于步骤S1，在HMI单元（1）中设置好基本参数和纺纱工艺参数基本参数是根据当前的设备硬件和纺纱品种输入的一些参数；

纺纱工艺参数是根据当前的纺纱类型在纺纱过程中要达到一个好的纺纱效果而设置的纺纱速度和卷绕参数，然后进入步骤S2；

在步骤S2，检查钢领板是否在最低点，即零点位置，若在零点位置，进入步骤S3，若不在零点位置，进入步骤S4；

在步骤S4，手动下降钢领板至零点位置，再进入步骤S3；

在步骤S3，启动设备，进入步骤S5。

9.如权利要求8所述的一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制方法，其特征在于：在步骤S5，各轴启动运转，PLC控制器（2）根据HMI单元（1）中设定的工艺参数进行计算，并对各轴运转速度通过数学模型进行分配，使各轴按照数学公式函数协调运行，然后分别进入步骤S6和步骤S7；

在步骤S6，在HMI单元（1）显示当前各轴的运行状态和数据，供参考和调整；

在步骤S7，根据设定的锭子工艺曲线进行纺纱，然后进入步骤S9，若需要中途停车，则进入步骤S8，设备纺纱进行完当前行程，减速停车，再进入步骤S3，继续纺纱；若需要中途落纱，则进入步骤S11，PLC控制器（2）会立即发出控制命令，降低纺纱速度，以落纱速度运转，做落纱准备工作，然后进入步骤S10。

10.如权利要求9所述的一种用于细纱机纺纱的变频、伺服联动控制方法，其特征在于：在步骤S9，随着纱管中纺纱不断增高，检测纺纱是否满管，如果否，重新回到步骤S7，如果是，当钢领板到达满管位置时，PLC控制器（2）会收到一个满管信号，及时减速各轴，降低纺纱速度，和中途落纱一样以落纱速度运转，做落纱准备工作，进入步骤S10；

在步骤S10，控制钢领板迅速下落到最低端零点位置，进入步骤S12；

在步骤S12，根据尾纱的预留要求，控制各轴的停转时间，停止纺纱，进入步骤S13；

在步骤S13，等待落纱。