一.項(xiàng)目簡(jiǎn)介 宜昌紡織機(jī)械有限公司是中國(guó)紡織機(jī)械（集團(tuán)）總公司的骨干企業(yè)；現(xiàn)棣隸屬于經(jīng)緯紡織機(jī)械股份有限公司；是專業(yè)生產(chǎn)紡織機(jī)械中捻線機(jī)的廠家；其生產(chǎn)的直捻機(jī)系列、玻璃絲捻線機(jī)系列、倍捻機(jī)系列、細(xì)紗機(jī)系列、針織圓緯機(jī)系列產(chǎn)品深受用戶好評(píng)。隨著中國(guó)加入WTO,棉紡織品市場(chǎng)越來越被看好；特別是高支純棉紗需求越來越大。因此，在工藝上用新型倍捻機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)倍捻機(jī)是必然趨勢(shì)。 二.系統(tǒng)介紹 傳統(tǒng)的倍捻機(jī)由一臺(tái)主電機(jī)拖動(dòng)，經(jīng)過齒輪箱傳動(dòng)完成錠子旋轉(zhuǎn)、卷繞輥轉(zhuǎn)動(dòng)、橫動(dòng)移紗桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)這三部分動(dòng)作。各個(gè)傳動(dòng)部件靠4個(gè)齒輪箱傳動(dòng)，橫動(dòng)移紗靠成形凸輪實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)研，針對(duì)傳統(tǒng)倍捻機(jī)齒輪箱加工難度大、運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲大、漏油、特別是變換品種時(shí)間長(zhǎng)和復(fù)雜等缺點(diǎn)。率先在國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)出以西門子S7-200可編過程控制器CPU226為主控制單元，控制全機(jī)132個(gè)單錠電機(jī)錠子速度（臺(tái)達(dá)變頻器控制），卷繞電機(jī)速度（臺(tái)達(dá)變頻器控制），橫動(dòng)移紗電機(jī)速度（日本松下交流伺服驅(qū)動(dòng)器控制），用TD200文本顯示器設(shè)置和顯示工藝參數(shù)的控制方案。取消4個(gè)齒輪箱及全部工藝變換齒輪，取消移紗成形凸輪機(jī)構(gòu)。對(duì)主軸轉(zhuǎn)速信號(hào)采用高速計(jì)速，對(duì)卷繞輥進(jìn)行測(cè)速，同時(shí)得到紗線加捻長(zhǎng)度L=2πr/每轉(zhuǎn)；通過在TD200文本顯示器上用中文設(shè)置工藝參數(shù)如：錠子速度、捻度、交叉角α、定長(zhǎng)等；按F1-F4鍵對(duì)應(yīng)為甲班、乙班、丙班、丁班，任意時(shí)刻均可換班次，同時(shí)產(chǎn)量相對(duì)應(yīng)于班次計(jì)量。對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)的故障信息均在TD200文本顯示器上用中文顯示出來，為排除故障提供方便。并能實(shí)時(shí)顯示年、月、日為工廠查抄報(bào)表提供方便。總之,有變換品種快、維護(hù)操作方便，工藝參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)單，只需要1分鐘就可以完成，自動(dòng)化程度高，適應(yīng)市場(chǎng)需要等特點(diǎn)。 該機(jī)所用臺(tái)達(dá)自動(dòng)化產(chǎn)品的型號(hào)、數(shù)量、類型如下圖： 三．控制系統(tǒng)構(gòu)成 1．硬件配置 1.1 由西門子S7-200系列中CPU226為控制中心，硬件配置如下： 松下伺服驅(qū)動(dòng)器 VFD-B錠子變頻器 VFD-B卷繞變頻器 TD200文本顯示器 Q0.0 Q0.1 PORT1 PORT0 CPU226（DC/DC/DC） I0.0 I0.1 錠子 卷繞 速度 速度 1.2 S7-200可編過程控制器的特點(diǎn) 西門子S7-200系列中CPU226可編過程控制器，性能價(jià)格比高，它的主要特點(diǎn)和性能如下： ① 6個(gè)高速計(jì)數(shù)器，每個(gè)30KHZ。倍捻機(jī)錠子速度為5000-15000轉(zhuǎn)/分，而脈沖數(shù)為8個(gè)/轉(zhuǎn)，其它型號(hào)PLC計(jì)數(shù)器（一般為5 KHZ）不能滿足計(jì)數(shù)要求；而CPU226高速計(jì)數(shù)器能滿足要求。 ② 2個(gè)脈沖輸出點(diǎn)，每個(gè)20KHZ。橫動(dòng)移紗由交流伺服驅(qū)動(dòng)器完成，152MM的動(dòng)程橫動(dòng)移紗桿要1分鐘往返80次；其脈沖信號(hào)要求達(dá)20KPPS，而CPU226脈沖串輸出PTO功能正好滿足該要求。 ③ 2個(gè)RS485通迅口，用PPI方式可以和TD200文本顯示器連接。用自由口方式，可以和兩臺(tái)臺(tái)達(dá)VFD-B型變頻器連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通迅。 ④ 內(nèi)置EEPROM，可永久性地存儲(chǔ)用戶程序和其它重要參數(shù)，而不需要后備電池。 ⑤ 具有結(jié)構(gòu)緊湊、編程簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)。 1.3 西門子TD200文本顯示器的特點(diǎn) ① TD200文本顯示器具有牢固的、具備IP65保護(hù)級(jí)別的塑料前面板； ② 采用了具有備光的高效率的LCD液晶顯示器； ③ 內(nèi)置連接通迅電纜的接口，在短距離（2.5米）無需外接電源； ④ 能顯示二行20個(gè)中文漢字。最多可顯示80多條信息，每條信息最多4個(gè)變量的狀態(tài)，每屏最多可顯示40個(gè)字符。 ⑤ 前面板上具有8個(gè)可編程的功能鍵（F1-F8） ⑥ 利用S7-200編程軟件，可方便地對(duì)它進(jìn)行編程。 1.4 系統(tǒng)PLC開關(guān)量輸入表 I0.0 — 錠子速度 I0.1 — 卷繞速度 I0.3 — 左換向接近開關(guān) I0.4 — 右換向接近開關(guān) I0.5 — 左換向限位開關(guān) I0.6 — 右換向接近開關(guān) I1.0 — 機(jī)器停車按鈕 I1.1 — 機(jī)器起動(dòng)按鈕 I1.3 — 編程開關(guān)“關(guān)”位 I1.4 — 編程開關(guān)“開”位 I2.1 — 錠子變頻器故障報(bào)警點(diǎn) I2.2 — 卷繞變頻器故障報(bào)警點(diǎn) I2.3 — 伺服驅(qū)動(dòng)器變頻器故障報(bào)警點(diǎn) 1.5 系統(tǒng)PLC開關(guān)量輸出表 Q0.0 — 伺服驅(qū)動(dòng)器脈沖串信號(hào) Q0.1 — 伺服驅(qū)動(dòng)器方向信號(hào) Q1.0 — 錠子變頻器使能 Q1.1 — 錠子變頻器方向（S捻,Z捻） Q1.2 — 卷繞變頻器使能 1.6 CPU226的通迅口PORT1與2臺(tái)臺(tái)達(dá)VFD-B型變頻器采用自由口通迅（MODBUS通訊協(xié)議8，E，1forRTU），完成頻率的寫入、啟動(dòng)、停車的控制。 CPU226的通迅口PORT0連接TD200文本顯示器，完成工藝參數(shù)的設(shè)置和顯示，其它故障報(bào)警、班次、時(shí)間、紗線長(zhǎng)度的顯示。 CPU226的Q0.0和Q0.1采用PTO脈沖串輸出，控制交流伺服驅(qū)動(dòng)器。 1.7 錠子變頻器和卷繞變頻器采用臺(tái)達(dá)VFD-B系列變頻器，橫動(dòng)移紗采用日本松下交流伺服驅(qū)動(dòng)器MSDA083A1A型。 2．程序的編制 程序采用以主程序?yàn)橹鞲桑宰映绦蚝椭袛喑绦驗(yàn)橹Ц傻臉錉畛绦蚪Y(jié)構(gòu)。 2.1 主程序負(fù)責(zé)控制程序的運(yùn)行，子程序的調(diào)用和中斷事件的處理。子程序主要包括初始化子程序，完成具體事件子程序，系統(tǒng)監(jiān)控子程序等共16個(gè)。中斷程序主要是時(shí)間中斷和事件中斷程序，和PTO處理中斷程序共7個(gè)。 2.2 子程序是程序的主要組成部分 ① 初始化程序 包括上電初始化程序SBR1（錠子和卷繞變頻器初始化）和啟動(dòng)初始化程序SBR10（橫動(dòng)PTO脈沖輸出初始化計(jì)算和啟動(dòng)參數(shù)的計(jì)算）。 ② 完成具體事件子程序 主要包括錠子和卷繞速度測(cè)定，超出正常范圍的判斷和處理程序SBRO。卷繞運(yùn)行序SBR2、橫動(dòng)運(yùn)行程序SBR3、班產(chǎn)量程序SBR4、橫動(dòng)啟動(dòng)段控制程序SBR5、橫動(dòng)停車段控制程序SBR6、全機(jī)停車程序SBR7、通迅用計(jì)算BCC程序SBR9、通迅用發(fā)送和初始化XMT定時(shí)器程序SBR11、卷繞啟動(dòng)段控制程序SBR12、全機(jī)零位程序SBR13、卷繞停車段控制程序SBR14、錠子速度控制程序SBR15。 ③ 系統(tǒng)監(jiān)控程序 包括故障檢測(cè)程序SBR8。 2.3 中斷程序 發(fā)送結(jié)束的中斷處理程序INT0 發(fā)送超時(shí)的中斷處理程序INT1 接收字符中斷處理程序INT2 接收起時(shí)中斷處理程序INT3 橫動(dòng)交叉角α變換中斷程序INT4 橫動(dòng)起動(dòng)中斷程序INT5 橫動(dòng)停車中斷程序INT6 2.4 TD200文本顯示器的顯示程序：利用S7-200編程軟件，能很容易地編制顯示程序，參數(shù)的顯示屏和設(shè)定屏的顯示程序主要在VB區(qū)。同時(shí)，在主程序中對(duì)功能鍵F1～F8作了定義 F1-F4 甲、乙、丙、丁四個(gè)班次設(shè)定和產(chǎn)量清零 F5 故障復(fù)位 F6 總產(chǎn)量清零 F8 工藝參數(shù)顯示 2.5 程序框圖附后 2.6 程序（略） 四.控制系統(tǒng)的功能 YF1702倍捻機(jī)全機(jī)有132個(gè)單錠單電機(jī)，由西門子S7-200系列中CPU226可編過程控制器作為控制核心，以TD200文本顯示器為人機(jī)界面窗口，以臺(tái)達(dá)VFD-B系列變頻器和日本松下伺服驅(qū)動(dòng)器為主要控制對(duì)象的機(jī)種。倍捻機(jī)的主要指標(biāo)紗線捻度不勻率要小于3.5%。這就要求錠子速度與卷繞速度始終保持為恒定值關(guān)系；要求控制錠子速度和卷繞速度的變頻器有很高的性能，綜合考慮決定采用臺(tái)達(dá)VFD-B系列變頻器。而卷繞速度是由卷繞輥速度與橫動(dòng)移紗速度合成得來。又因?yàn)榧喚€成形需要要進(jìn)行防迭處理，紗線每經(jīng)過一段長(zhǎng)度交叉角α就要變化一次，但要求卷繞輥速度與橫動(dòng)移紗速度的合成速度始終保持不變。 2×n錠子速度 T（捻度） =U卷繞速度 U卷繞輥速度 U卷繞速度 α U橫動(dòng)移紗速度 U 卷繞輥速度 = U卷繞速度 ·cos α（交叉角） U 橫動(dòng)移動(dòng)速度 = U卷繞速度·sin α（交叉角） 該機(jī)在起動(dòng)階段、運(yùn)行階段、減速停車階段要求各電機(jī)保持相應(yīng)的比例關(guān)系做到同步；而各電機(jī)的目標(biāo)值，加減速斜率都動(dòng)態(tài)的，而且在起動(dòng)停車過程中更難控制同步，如何解決這一問題是項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。我的方法是以錠子速度為基準(zhǔn)值，把各速度曲線微分，把變速曲線細(xì)分為多個(gè)t，每經(jīng)過一個(gè)t就會(huì)有一組新的目標(biāo)值，由變頻器的一個(gè)新定值控制每個(gè)t時(shí)間內(nèi)的加減速過程，如果t足夠?。?00ms），這時(shí)t時(shí)間內(nèi)的速度變化過程所產(chǎn)生的誤差就在要求范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)它采用西門子S7-200可編過程控制器PLC與臺(tái)達(dá)VFD-B系列變頻器通迅的方式來完成。而在運(yùn)行階段,每30秒鐘對(duì)錠子速度和卷饒速度進(jìn)行檢測(cè),判斷它是否在允許范圍內(nèi),若超過范圍,還要判斷是上超差還是下超差,然后S7-200PLC通過通訊方式修正變頻器頻率值,使之回到正常范圍內(nèi),保證紗線的關(guān)鍵品質(zhì)。 五.結(jié)束語 經(jīng)過試制該機(jī)各方面性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在今年10月份北京國(guó)際紡織機(jī)械展覽會(huì)上將要展出。今后這種單錠單電機(jī)的自動(dòng)控制方式是紡織機(jī)械的發(fā)展方向。