西门子6ES7518-4UP00-0AB0详细说明
微丝在纺织行业中有广泛的应用，微拉属于拉丝机行业，它是新兴的未来发展潜在空间极大的行业。近年来随着人们生活水平的不断提高，对于穿衣的要求也逐渐趋于理性。在体恤、衬衣、毛衣、手套、袜子等衣物中都会用到微丝，以减少电磁辐射和防止静电对人体的影响。该行业在国外已经趋于成熟，但在国内该行业还处于起步阶段，中国是纺织大国，可以预期在不远的将来随着生产关键技术的解决，该产业将会迅速发展。微拉拉出的微丝要能成为成品丝，必须经过退火这一道关键的工序，以去除不锈钢丝的张力。在为客户成功地开发出了微拉机后，紧接着又为客户成功地开发出了退火装置，生产实践表明，开发出的系统运行稳定可靠。以下对开发中的一些关键技术问题作粗略讨论。
2 微拉机控制相关技术
现在以设备的左右两边各20头的退火一边为例（另一边相同），系统框图如图1所示。系统中的硬件设备选型，如可编程控制器，步进电机、接近开关和开关电源等如表1 所示。
图1 退火设备单边配置的系统结构图
对微拉机控制的要求有别于退火控制系统，尽管两个系统有一定的相似之处，退火系统在控制要求方面更加强调排线的效果，因为成品丝目前主要市场是在国外，国外厂家用户对于排线的要求非常高，以保证在倒丝时不会出现叠丝和绕丝的现象，相比之下微拉机则更加注重张力的控制，因此两个控制系统在控制要求谁是有差别的。但它们有相似之处，以往的微拉退火设备在电气传动方面要求比较简单，设备的左右两边一般各10个头，共20个单元。每边只有一套电气设备（收丝、排线），其它全部是机械联动，所以导致在生产过程中，如果有一个头断丝或者出现问题，该单元不能单独停止工作，要停止工作只能20个头或10个头都全部停止，以进行故障处理，排除故障后再启动机器运行，因此影响生产效率。此外不能同时将不同规格的丝进行同时退火，很不灵活，加上机械的磨损，使得排线参差效果不齐，控制效果极差。在这种情况下，设备厂家纷纷要求电气升级，要求做到单头单控，我们用台达工控套件产品开发出了性价比极高的系统。
表1 系统硬件配置表
从图1可见，电气设备的控制由PLC执行。控制中用到的相关术语解释如下：节距，指排线时每两根丝之间的距离,单位为丝；步距角，步进电机每接收一个脉冲所转动的角度，本系统所选KINCO的步进电机,步距角为1.8°,选择4细分。因此步进转动一圈需要800个脉冲，因为步进通过丝杆连接排线装置.丝杆的导程为4mm=400丝,所以1丝对应于两个脉冲。
控制工艺及要求可概括如下：（1）退火速度高达到15m/s以上,退火丝径:1.03-6丝；（2）退火的线速度恒定；（3）启动、停车要平稳，不能断丝；（4）排线要均匀，不能中间高两头低或中间低两头高；（5）斜排量要**,启动时排线从右极限开始向左极限运行,当运行至左极限,排线电机立即反向向右极限运行；（6）自动停车的功能,当实际收线的重量大于或等于在人机上设定的重量后,自动停车,同时保证定排线和收线电机同步减速停止，保证张力的恒定,不能断丝；（7）能实时根据材料密度,收线速度,运行时间计算出当前收线的重量,在人机上显示。
3 技术工艺说明
（1）线速度恒定
退火的速度要求从空芯卷径到满卷卷径的过程中，线速度保持恒定。这是为了保证退火的均匀，同时也使排线比较均匀。为了实现这样的效果，需要实时地计算卷径，其方法是通过每层进行叠加的方式进行，因此在HMI上需要让操作者输入微丝的线径、空芯卷径。当排线从一边排到另一边时，收卷的卷径增加2倍微丝的线径。所以在生产过程中，对排线电机从一端到另一端运行的次数要进行累计，然后将得到的该参数乘以2再加上空芯卷径，就能够实时地算出当前的收卷卷径。因为线速度是在HMI上设定的，在整个生产过程中始终保持恒定，因此可知，随着收卷卷径由小到大变化，收卷电机的转速是逐渐下降的。反应到变频器上就是运行频率是逐渐降低的。
（2）排线要求均匀
排线均匀是为了防止出现叠丝的现象。保证排线均匀的主要要求是排线的速度要随着收卷转速的变化而变化。同时要求跟随性能好，即排线的响应速度要快，一旦收丝电机的转速发生变化了，排线电机要立刻就能作出相应的反应。排线控制与以下因素有关:与收线电机的转速成正比；与线径成正比；与节距成正比。
其计算数学公式可以归纳为
N排线=Kd*F收线*D线径*τ节距
上式中：Kd，排线速度系数，在调试中根据调试效果确定；F收线，收线电机的运行频率； D线径；丝的直径,单位为丝；τ节距，线轴上丝与丝之间的距离,单位为丝。
Kd的调整方法是将F收线、D线径和τ节距都换算成标准单位,因为收线的频率给定是通过模拟量给定的,在做运算时,5000对应50Hz. D线径换算成长度，单位为丝；τ节距换算成标准的长度，单位为丝，通过乘以Kd(0
（3）排线步进高频率的计算
当收线速度达到大值,线径大,节距大,当线轴为空芯卷径时排线速度高，排线前进后退可通过1丝相应于2个脉冲转换，,因此可以计算出排线电机的高脉冲频率小于10K, PLC完全满足控制要求，KINCO步进电机性能为脉冲频率在2K左右时, 对速度命令的加减速处理的相当平滑, 基本上不会出现失步现象。系统启动后, 加减速是通过点动按钮进行加减速的, 加减速的过程比较慢并且比较平缓，所以通过公式算出来的N排线本身就是由小到大变化的, 随着收线电机频率的升高而逐渐增大，巧妙地避开了步进电机升降速需要平滑的问题。因此不需要在程序中对排线电机进行加减速的处理，使得程序大大简化，只要将Kd调整好，就能保证排线电机速度严格地按照收线电机的速度由小到大或由大到小的变化。
（4）斜排量**
斜排量**可以保证在放丝时不会出现叠丝和断丝的情况，具体方法是将控制排线电机的脉冲输出接到PLC的高速计数的端子上，进行高速计数，当排线运行到一端时，就可计算出需要发送的脉冲数，这样处理后,可以消除斜排量的累计误差。因为每次排线总是先到极限位置后,然后才按照高速计数的设定值再运行相应的行程，不存在累计误差，同时为了用户能对斜排量进行手动微调,在上述基础上还加上一个可调节变量，该变量可正可负，对算出来的斜排量(以脉冲为单位)加一或减一，以使斜排量更加准确。
4 系统运行实现
系统运行操作是通过人机界面实现的。通过三个画面可完成是一个单元所有的操作，如图2、图3和图4所示。整个退火设备有20个单元，每个单元在人机界面上都有相同的这三个画面。只不过各元件对应的PLC的站号不同，其它均相同。通信方式采用COM2以RS-485的方式与PLC连接，一个人机可带10台PLC，两个人机共带20台PLC。
图2 系统菜单
图3 系统操作画面
图4 系统乘数画面
5 结束语
上述微拉机控制系统和退火装置控制系统的开发均采用台达工控套件产品，生产实践表明，开发出的系统运行稳定可靠，受到用户好评，说明台达工控产品是经得起市场考验的。
1 引言
棉纺工程中的并条过程是现代纺纱技术提升纺纱质量的关键工艺。并条工艺输入的原料是来自前端梳棉工艺段的具有纱条初级形态的“生条”，并条工艺成品是经过并和、牵引、混合、成条四项工艺处理过的“熟条”。“熟条”通常经过盘条后由送交后端粗纱机。机电一体化并条机的关键技术是解决并条速度与并条质量的矛盾，又好又快的加工“生条”。
本项目研发的自动化高速并条机主要应用于76mm以下精梳、普梳棉、化纤和混纺工艺的并合牵伸，以提高棉条长片段均匀度及纤维的伸直平行，使不同质量的纤维在棉条中的混合更均匀。一般用于精梳机后一道工序，具有较好的熟条质量，尤其是表现在降低重量不匀率，改善条干CV（混合均匀度）值等方面均有明显效果，其质量指标达到或者优于相关国标要求，对后续粗纱机、细纱机与自动络筒机的成纱品质带来很大帮助。
2 工艺原理
并条工艺简要概括为并和、牵引、混合、成条4项功能。由于梳棉机生产的生条不匀率很大,纤维排列紊乱,直接纺成细纱质量很差,通过上述步骤有效改善条干均匀度即纤维状态。
并合。将6-8根棉条并合喂入并条机制成一根棉条
牵伸。将棉条拉长拉细到原来程度同时改变纤维状态,可以有效地控制熟条定量
混合。用反复混合的方法进一步实现单纤维的混合,保证棉条的成分均匀,稳定成纱质量
成条。将制成棉条利用圈条盘有规则地放在棉条桶内,便于搬运,供下道工序使用
3 项目设计
3.1 设计概述
目前国产新型高速并条机设计速度一般在600-800m／min或以上，实开车速度多在360-420m／min,国产新型高速并条机目前大多为双眼出条，少数采用单眼结构但是多用于配置瑞士乌斯特自调匀整系统的机型。 新型高速并条机做了较大电气的变化，取消了原来一些机械结构，使用大量的电气控制，使机器性能大幅提高，新型高速并条机外观如图1所示。
3.2 设计项目
双眼输出；适纺纤维22－76mm；高机械速度800m／min；采用开环控制的自调匀整系统，实现短片段的自调匀整，可改善棉条的不匀率和条干CV％值，加工出优质纱条；大量采用同步带传动，实现“无间隙”传动，噪声低，稳定牵伸，降低出条不匀；左右眼除自动换筒外其余均单独传动，可消除对牵伸传动的干扰；三上三下附导向皮辊压力棒双区曲线牵伸，上清洁采用回转绒布带或浮动金属棒、下清洁采用往复摆动式丁腈刮圈清洁装置；加压有气动加压和弹簧加压两种方式由用户选用，气体加压压力可调节；运用了可编过程控制器（PLC）、触摸屏显示、变频调速等技术，预留中央网络接口，可实现故障远程诊断；主电机变频调速，可实现平稳启动，加减速时间可调，自选佳起动状态；液晶触摸屏显示实现人机对话，有中英文两种方式任选；加压摇架起落由气缸完成，按钮操作，圈条、前区、后区和导条四大张力牵伸均可实现多级调节，且无键连接，提高了适纺性能；吸风、上、下各由单独气管与吸棉箱联接，棉箱内自动拨落棉，保持吸风均匀，不会因落棉积聚过厚而影响吸风效果；具备自动剥棉、自动释压、自动换筒、自动润滑等功能 ，免去工艺变换轮，维护操作简单方便；自动换筒设有积极式断条机构，功能可靠；关键零件加工工艺**，采用高精度是高质量熟条的保证；产品外型新颖美观。
图1 新型高速并条机
4 基于台达机电一体化技术的高速并条机
新型高速并条机采用全系列台达机电一体化技术实现单一自动化平台工艺控制过程。控制系统框图如图2所示。项目由DVP60ES00R2型PLC负责控制全机的运行,同时配备DOPA57GSTD或者DOPAS57BSTD型号触摸屏,PLC与触摸屏之间采用RS232方式通讯,运用中文与图形符号显示产量.条速.转速.定长.班次等参数,并对出现的故障进行实时显示,使控制更加人性化,即利于全机的操作,也方便了管理，而PLC与伺服驱动器以及E系列变频器之间通过MODBUSRS485方式实现数据交换和通讯控制。
本机主传动即一罗拉采用台达VFD055E43A型变频器驱动变频电机,通过台达ES3-06CG6941型光学编码器将转速信号送到后级台达ASDA1521MA型伺服驱动装置,由伺服电机驱动二三罗拉运行,其中伺服接受编码器脉冲信号由PLC依据标准定量与检测定量的差值运算结果后通过MODBUS总线方式发出指令改变伺服电子齿轮比,从而达到动态改变牵伸比的目的,直到检测定量符合国标工艺要求。
项目实现以前的机型基于单板机控制，数码管显示，系统操作界面麻烦，电控系统的稳定性导致经常更换电路板。现在把台达的人机界面,ES系列可编程控制器,变频器与伺服驱动器,编码器等应用在并条机控制上大幅度提高了机器的可靠性, 因为不再需要先前的轻重牙齿轮机械装置，只需动态改变伺服电子齿轮比即可实现总牵伸倍数的改变，从而使得机器系统简洁可靠，操作维护简便,在变更生条种类时牵伸倍数由机器自适应调整,体现了在OEM设备上台达产品整合的优势, 贮存和显示内容广泛，自调匀整，张力控制，轻松实现班产/总产量自动统计，数据掉电保存等系统功能。
图2控制系统框图