摘要：傳統粗紗機，多采用錐輪（俗稱鐵炮）和差速箱裝置，機械結構上較復雜，依賴于更換齒輪等方式的調整紡紗參數方式，已不適應客戶對高速、高質、大卷裝、人機友好型粗紗機需求；同時現代紡織技術及工藝的差異化發展，要求紡紗過程中能快速有效的調整控制諸元．目前我公司開發的獨立四軸懸錠粗紗機，很好的適應這一要求。
關鍵詞：粗紗機；PLC；伺服；變頻器；HMI

一． 引言

粗紗機是將并條后的熟條加工成不同號數和捻度的粗紗，供細紗機紡制細紗的設備，適用普梳和精梳棉型纖維、60mm以下的化學纖維及其它混紡纖維。

我國粗紗機的技術進步，在過去幾十年中相對于傳統紡紗的其他設備發展較為滯后．這其中有多道粗紗機改單程粗紗機，并受細紗技術進步的影響和超大牽伸細紗機研制開發爭論的干擾。20世紀90年以來，隨著先進的粗紗機機械結構和控制理論的成熟，適應客戶要求的高速、高質、大卷裝、人機友好型粗紗機得到快速發展。

粗紗機就落紗過程的不同，分托錠式和懸錠式；其中懸錠式粗紗機依據電機軸數量又分： 兩軸式、三軸式、四軸式和七軸式粗紗機；四軸懸錠式粗紗機為本輪技術發展的重點．四軸懸錠式粗紗機又分帶差速箱式和四軸獨立式；本文基于臺達機電產品，就變頻和伺服構成的四軸獨立式懸錠粗紗機闡述其技術要點．

二．機械結構及相關工藝

1.四軸獨立懸錠式粗紗機整體結構如圖1：

圖1 整機圖
2. 傳動結構和工藝

傳動結構 如圖2：

圖2 傳動結構
圖中 1.卷繞伺服電機 2 .羅拉伺服電機 3. 錠翼變頻電機 4 .龍筋升降電機
5 .羅拉裝置（其牽伸原理如圖3） 6 .錠翼裝 7 .卷繞裝置
8 .龍筋9 .萬向節

圖3 羅拉牽伸原理
根據紡紗工藝的要求，粗紗機將棉條熟條經羅拉牽伸后，由前羅拉出紗，錠翼恒速旋轉進行加捻；同時卷繞系統帶動筒管旋轉，按照卷裝成型的要求，將加捻后的紗卷繞在筒管上．由于前羅拉出紗速度是恒定的，卷繞速度隨著卷繞直徑的增大而降速．同時龍筋緩慢升降，托動其上紗管上下往復動作，配合卷繞裝置使紗線逐層纏繞在紗管上，直到到達預設層數或紗線長度。

事實上，完整的懸錠粗紗機還應包含清潔裝置：懸錠粗紗機普遍采用積極回轉式上下清潔器．由于其結構獨立，工作方式較為簡單，本文不再贅述。

三．基于臺達機電產品的電氣系統構架

1. 電氣系統的構架考量

四軸獨立懸錠式粗紗機，控制系統的關鍵在于四軸的同步比例聯動，來模擬兩軸粗紗機差速箱合成各軸速度的過程；四軸獨立懸錠式粗紗機系統動作過程中，各軸速度要求有高的響應性和穩定性。同時，電機對外部負載的合理變化要求有快速而有效的應變能力。

基于設備的以上技術特征和客戶高品質要求，結合臺達完整、全面的產品線，我們選用臺達EH2系列PLC作為主控，選用臺達VE系列高性能矢量變頻器控制錠翼軸；臺達A+系列大功率伺服系統控制卷繞軸；羅拉軸和龍筋軸分別選用臺達AB系列伺服系統控制；觸摸屏為臺達A系列真彩界面。

2. 電氣系統的整體構架

構建的電氣系統 如圖4：

圖4 電氣系統構架
3. 主要控制器件功能

A．觸摸屏： 四軸懸錠式粗紗機參數設定量大，本屏可直觀、便捷的設定和監控各種參數；
B．PLC： EH2系列型，運算速度快，支持4路高速脈沖輸出，穩定可靠，可依據控制工藝擴展I/O點數；
C．羅拉伺服：提供羅拉軸動力，速度恒定，大小決定于錠翼轉速和捻度；
D．卷繞伺服：提供紗管卷繞動力，速度隨紗的卷繞直徑增大而降低；
E．龍筋伺服：提供龍筋升降動力，升降速度越小，紗線纏繞越密；
F．錠翼變頻：提供錠翼旋轉動力，速度恒定，由觸摸屏設定；變頻系統加裝速度回授PG卡，電機加裝臺達編碼器，實現閉環控制．考慮到粗紗機電控箱的配置離機頭較遠，應用現場電磁環境復雜，建議選用差動型編碼器。

4. 周邊控制線路

根據工藝要求，粗紗機身上并聯安裝多組操作盒，每組操作盒上設啟動、停止、點動按鈕，均能啟停點動整臺機器，以方便檔車工操作；紡紗過程中，斷紗斷條均要求自動停車，故加裝光電傳感器，已檢測紗條是否工作正常；紡紗成型完成，龍筋自動下降到落紗位置，方便擋車工快速取下紗錠；同時，紗錠取下完成一次紡粗紗后，再次安裝新的紗管，操作觸摸屏相關按鈕，要求龍筋自動上升到初繞位置停止，將新穿過錠翼的紗線手工纏繞在紗管初繞位置，操作啟動按鈕，新的紡紗過程開始．這就要求，在龍筋上下升降的行程中，加裝落紗位置檢測開關、初繞位置檢測開關．考慮到龍筋上下升降行程不能超過極限值，必須加裝龍筋上下極限檢測開關。

以上控制點，直接接入PLC輸入點，控制邏輯由PLC運算處理。

圖5 觸摸屏程序之參數設定界面
四．調試難點、要點及應對

1. 紗線張力控制

四軸懸錠式粗紗機，從羅拉牽伸出的紗線，需穿過錠翼形成捻度再纏繞在筒管上，整個過程是一個動態過程；由于捻度有限，紗線的極限張力較小，在整個紡紗過程，受傳動機械比例聯動同步性的波動、紗管時時直徑理論值和實際值的誤差，造成紗線出紗位置的上下波動（如圖3箭頭處所示），大的波動不僅影響紗錠成型質量，甚至超成斷頭，使整機停機，影響紡紗效率。

目前行業內主要分兩種途徑解決上述問題：

第一種： 由張力CCD傳感器在線檢測粗紗張力，反饋到PLC運算。

這種方式，減低了核心運算難度，簡化了纏繞和龍筋軸的控制計算量．但由于CCD檢測在實際使用過程中，對環境要求較高，必須保持鏡面清潔，且面對市場成本壓力，此種解決方式普及度并不高，但值得關注。

第二種： 在標準理論計算公式下，增加張力補償程序，進而微調紗管旋轉速度和龍筋升降速度，達到調整粗紗張力的目的．同時針對不同的紗線要求自動調用不同的補償系數．其普遍采用的是補償微調卷繞軸速度。

此種方式，成本小，效果明顯，不依賴于檢測外部器件，柔性好．但調試時要反復測試，不斷積累不同紗線在不同層數的修正系數值．本案采用此方式。