SIEMENS/6ES7214-1HG40-0XB0
系统概述
细纱工序是成纱的*后一道工序，是将粗纱进一步牵伸30～50倍并加捻，纺成具有一定特数、符合相关质量标准的细纱，供捻线、机织或针织使用。传统细纱机的牵伸原理与粗纱机基本相同，而卷绕和加捻则是由钢领和钢丝圈来完成的。环锭细纱机和传统粗纱机一样由一台电机传动，通过齿轮箱变换各机构需要的速度。在环锭细纱机各组成部分中，牵伸系统是反映细纱机性能和影响纱线质量的*关键因素，而新型的紧密纺纱技术通过对牵伸部分进行创造性改造，将牵伸区和集合区分离，在环锭纺罗拉牵伸与加捻之间叠加对纤维须条的气动凝聚或集聚技术，增加了须条的紧密度，毛羽减少约20％，强力则提高约10％，同时，条干均匀度、机器效率等也有不同程度的提高，不仅可以降低加工成本，同时可以减少后加工工序。紧密纺的另一优点是与原细纱机完全一致，只多出一对集聚罗拉，在原环锭细纱机上也可进行改装，具有广阔的市场前景。
紧密纺细纱机的控制系统较环锭细纱机复杂许多，首先是前后罗拉的严格同步，实现牵伸倍数和捻度的精密控制，保证高支数纱线的成纱质量；其次是通过取消钢领板的传动齿轮，采用先进的伺服控制技术实现卷装的电子成形技术，从而实现了机械机构的简化、生产速度的提高、以及纱线支数和管纱成形的自动调节。
方案原理图
图1 紧密纺细纱机传动方案原理图
在紧密纺细纱机的控制系统，采用了三套施耐德电气公司的Twin Line系列伺服驱动系统和无刷伺服电机，分别控制前、后罗拉以及钢领板；采用1台ATV71变频器控制主传动电机，采用1台ATV31变频器控制风机；整个系统采用Micro PLC控制，Micro PLC与变频器及伺服间采用高速CANopen总线进行通讯，同时采用XBT-G 5.7”黑白触摸屏进行系统操作和监控。
Micro+ATV71+ATV31+TWLIN+XBTG方案硬件配置
控制特点
控制器：由Micro PLC实现整机的逻辑控制和参数计算，实现整机的*优控制。
Micro系列PLC是施耐德电气公司推出的具有强大处理能力和较大的存储空间的中小型PLC(I/O点*多256点)。通过Micro PLC准确的运算和高精度的模拟量输出，控制Twin Line系列伺服系统，可以实现紧密纺细纱机所要求的前、后罗拉精密同步、以及钢领板电子成形；Micro PLC的内存扩展功能也为紧密纺细纱机控制所需的大容量数据存储区提供了有力的保障。
人机界面：由触摸屏XBTG HMI实现纺纱参数的设定、显示和故障监控。
锭子和罗拉的变频调速（ATV71）
锭子利用变频器的多段速功能很好地满足了细纱的工艺要求,前后罗拉通过ATV71进行严格速度同步，实现对粗纱的精密牵伸。其主要优势在于能够根据落纱大、中、小纱的张力变化，实现自动无级变速，优化纺纱条件，以尽可能地保持纺纱各阶段的张力稳定，对进一步降低断头，减少毛羽，实现优质高产，降低能耗和减轻值车工劳动强度都将起到积极作用。
ATV71系列变频器是施耐德电气公司推出的基于现代控制理论矢量控制技术的具有高性能和强大功能的全系列变频器。调速范围1～100(开环)，1～1000(闭环)；调速精度为10%(开环)， 0.01%(闭环)；过力矩能力为170%60s或220%2s。集成EMC A级滤波器，集成了Modbus和CANopen两种工业现场总线。
风机的变频调速（ATV31）: ATV31系列变频器具有可靠性高、结构紧凑、便于使用等特点，内置A级EMC滤波器，集成了Modbus和CANopen两种工业现场总线。
图2 紧密纺细纱机锭子的多段速
细纱的成形：由伺服控制钢领板升降。
应用伺服控制器的电子凸轮功能， 预先下载两条曲线至伺服驱动器，在机器启动后，伺服接受信号输入启动凸轮曲线后两条曲线交替切换工作。用户可从人机界面上输入相关参数，然后通过通讯传到伺服相关参数可以修正曲线以适应不同的产品需求。关于停电后恢复生产的功能，电子凸轮提供实时读取当前主轴位置的功能，TLC6的内存区内可以提供若干断电记忆的变量区间，我们利用这些功能将断电前瞬间的位置记住，在恢复电源之后重新进行生产过程。
图3 钢领板升降电子凸轮曲线
自动落纱:由位置型伺服实现细纱的高速、精准、全自动落纱。
应用伺服控制器的(位置型) 点到点**定位，同时应用伺服控制器的内置编程功能实现停电时的位置记忆。
现场总线通讯：速率高达1M的CANopen总线。
CANopen总线是基于CAN BUS的高层协议，秉承了CAN总线的抗干扰性强、高速、实时的优点，另外CANopen应用PDO、SDO、NMT等通讯对象，方便了总线的管理和应用。施耐德的ATV31、ATV71及伺服系统TWLIN均内置了CANopen，因此，将CANopen应用于多电机传动的紧密纺细纱机，不仅可获得高性能的总线通讯，而且非常经济。1、引言
细纱工序是成纱的*后一道工序，是将粗纱进一步牵伸30～50倍并加捻，纺成具有一定特数、符合相关质量标准的细纱，供捻线、机织或针织使用。纺织厂生产规模的大小是以细纱机总锭数表示的；细纱产量是决定各工序数量的依据；细纱的质量水平、原料物料耗电量等指标、劳动生产率等是技术和管理水平的体现，因此，细纱工序在纺织厂中占有重要的地位。
传统细纱机的牵伸原理与粗纱机基本相同，而卷绕和加捻则是由钢领和钢丝圈来完成的，所以称为环锭细纱机。环锭细纱机和传统粗纱机一样由一台电机传动，通过齿轮箱变换各机构需要的速度。在环锭细纱机各组成部分中，牵伸系统是反映细纱机性能和影响纱线质量的*关键因素，而新型的紧密纺纱技术通过对牵伸部分进行创造性改造，将牵伸区和集合区分离，在环锭纺罗拉牵伸与加捻之间叠加对纤维须条的气动凝聚或集聚技术，增加了须条的紧密度，毛羽减少约20％，强力则提高约10％，同时，条干均匀度、机器效率等也有不同程度的提高，不仅可以降低加工成本，同时可以减少后加工工序。紧密纺的另一优点是与原细纱机完全一致，只多出一对集聚罗拉，在原环锭细纱机上也可进行改装，具有广阔的市场前景。
紧密纺细纱机的控制系统较环锭细纱机复杂许多，首先是前后罗拉的严格同步，实现牵伸倍数和捻度的精密控制，保证高支数纱线的成纱质量；其次是通过取消钢领板的传动齿轮，采用先进的伺服控制技术实现卷装的电子成形技术，从而实现了机械机构的简化、生产速度的提高、以及纱线支数和管纱成形的自动调节。
2、控制系统方案
在紧密纺细纱机的控制系统，我们采用了三套施耐德电气公司的Twin Line系列伺服驱动系统和无刷伺服电机，分别控制前、后罗拉以及钢领板；采用两台ATV31系列变频器，分别控制主传动电机和风机；整个系统采用Micro PLC控制，同时采用XBT-G 5.7”黑白触摸屏进行系统操作和监控。
3、控制系统简介
Micro系列PLC是施耐德电气公司推出的具有强大处理能力和较大的存储空间的中小型PLC(I/O点*多256点)，采用灵活的模块化设计，结构紧凑，为要求精密功能(PID调节、高速计数、**定位、人机对话等)的复杂机器提供经济型的解决方案。Micro PLC内置人机界面接口和多种通讯扩展接口，易于实现与其它设备的连接；高密度的应用(64点I/O模块等)使Micro PLC成为*紧凑的控制器。
Micro PLC编程软件与Premium PLC兼容，具有中型PLC同样的通讯语句、PID调节语句、各种运算语句等精心设计的功能函数，和在线修改等高性能的调试诊断工具，极大地丰富了Micro PLC的应用范围，减少了系统设计的时间。
Twin Line系列是施耐德电气公司推出的宽范围的伺服驱动器和无刷伺服电机产品，集成了先进和优化的无刷电机控制技术，并具备IEC 61131-3标准的编程功能和各种开放的接口，通过脉冲/方向、I/O或现场总线等方式控制，电机功率范围为0.3～13.8 Nm，速度范围为4500～12000 rpm，可以灵活满足各种实时应用要求，实现经济化、智能化的应用解决方案。
通过Micro PLC准确的运算和高精度的模拟量输出，控制Twin Line系列伺服系统，可以实现紧密纺细纱机所要求的前、后罗拉精密同步、以及钢领板电子成形；Micro PLC的内存扩展功能也为紧密纺细纱机控制所需的大容量数据存储区提供了有力的保障。
ATV31系列变频器是*新推出的、ATV28系列变频器的升级产品，功率范围从0.18～15 kW，有6个逻辑输入口、3个模拟输入口、1个逻辑/模拟输出口和2个继电器输出口。ATV31系列变频器具有可靠性高、结构紧凑、便于使用等特点，内置A级EMC滤波器，集成了Modbus和CANopen两种工业现场总线，提供电机和变频器保护、加/减速斜波、16段预置速度、双极(±10V)信号给定、PI调节器、制动顺序、以及横动控制(Traverse Function)等众多功能，可以很好地满足各种机械的应用要求。
4、细纱的电子成形控制
细纱的管纱如右图所示，分管顶、管身和管底三个部分，卷绕形式采用圆锥形交叉卷绕形式(又称短动程升降卷绕)，同一层纱各处的卷绕直径不同，以实现退绕时纱可从管顶抽出而管体不转动，适应高速退绕的目的。
卷绕成形运动由两个运动组合而成：
· 圆周运动：电动机通过锭带拖动筒管恒速转动
· 轴向移动：钢领板短动程升降运动引导纱在卷绕面上均匀分布
其中：
· 卷绕转速(nW)=锭子转速 - 钢丝圈转速 ? v/(pdx) (v：前罗拉线速度，dx：筒管的卷绕直径)
· 钢领板升降速度(vR)＝= D * nW (D：卷绕节距)
因此，在细纱的电子成形控制中，采用伺服系统控制钢领板短动程升降运动，根据前罗拉的出线速度和纱线的粗细度设定卷绕节距和成形高度，计算出纱线在管身和管底卷绕所须的钢领板升降速度；通过编码器检测钢领板的位置，由PLC输出相应的速度信号给伺服系统，实现细纱的电子成形。