邦納PLC和HMI在并條機上的應用

并條機系統(tǒng)概述

　　棉條在變成粗紗、細紗的過程中，被成百倍的牽伸，其很短范圍內(nèi)的重不勻?qū)⒂绊懞荛L范圍內(nèi)紗的質(zhì)量。粗紗前的梳棉和并條過程是改善棉條重不勻，進而顯著改善成紗質(zhì)量的關(guān)鍵工序。并條工序處在改善棉條重不勻的最后環(huán)節(jié)，其自調(diào)勻整控制的效果將直接影響成紗質(zhì)量。對并條機的自調(diào)勻整而言，主牽伸電機、輔助牽伸電機和條筒電機都需要進行控制，自調(diào)勻整的效果主要取決于主牽伸電機和輔助牽伸電機之間速   比的合理調(diào)節(jié)。條筒電機需要按照一定的速度與主牽伸電機和輔助牽伸電機同步啟動和停止，條筒電機帶動條筒的轉(zhuǎn)動，以保證棉條均勻纏繞在條筒中，其速度控制精度對棉條的質(zhì)量沒有大的影響，因此，主牽伸電機和輔助牽伸電機的快速和精確控制應該為研究的重點。

邦納PLC和HMI概述

　　美國邦納是國際知名的傳感檢測和自動化技術(shù)專家。公司BSP01系列PLC、THM系列人機界面特別適合在紡織機械領(lǐng)域使用。

　　BSP01系列可編程邏輯控制器結(jié)構(gòu)緊湊，性能卓越，功能豐富 ，通訊強大. A系列是高性能控制器，具有高的運算速度，大的程序容量，更多的應用指令，及更高的脈沖輸出和高速計數(shù)功能。PLC最多可以擴充3個通訊端口，并具有Computer link，Datalink和遠距離輸入輸出功能三種特殊的網(wǎng)絡通訊功能。THM人機界面性能卓越，外觀精美，產(chǎn)品系列齊全。除了具有監(jiān)視、操作、儲存數(shù)據(jù)的基本功能外，還支持與大多數(shù)品牌的控制器、PLC、變頻器等設備的通訊。在工廠自動化和過程自動化的各個領(lǐng)域都有廣泛的應用。

自調(diào)勻整控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　在高速并條機的自調(diào)勻整控制中，從棉條被檢測到相應的檢測點到達變速點，中間有一個延時過程。該延時過程的精確控制是決定開環(huán)自調(diào)勻整控制效果的一個關(guān)鍵因素。這個延時相比于自調(diào)勻整的控制周期很大，所以該系統(tǒng)是一個典型的純滯后大延時環(huán)節(jié)。該延時與系統(tǒng)速度有關(guān)，但是系統(tǒng)的模型未知，所以難以采用史密斯預估延時法。如果采用傳統(tǒng)的定時查詢法，CPU的大量時間耗費在查詢上，系統(tǒng)運行效率低、精度不高而且自調(diào)勻整所能控制的片斷的長度也降不下來?？梢岳糜布诘任灰茥l件下觸發(fā)中斷以實現(xiàn)與速度無關(guān)的精確延時，大大提高CPU效率，并能實現(xiàn)并條機全程自調(diào)勻整控制。

　　并條機自調(diào)勻整硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示，控制系統(tǒng)是主從式控制結(jié)構(gòu)，工控機為主，PLC為輔。主要的控制功能：棉條的自調(diào)勻整在工控機中實現(xiàn)，PLC主要實現(xiàn)系統(tǒng)的邏輯控制，如自動換筒等，使工控機控制程序得以簡化，提高了系統(tǒng)的可靠性。通用工控機、邦納BSP01 系列PLC、兩個伺服驅(qū)動器及1變頻器之間通過通訊進行控制；觸摸屏和PLC之間通過串口通訊，棉條的厚度由三個壓力傳感器測量，并通過工業(yè)控制計算機中的數(shù)據(jù)采集卡進行采集，進行自調(diào)勻整控制。

控制要點

　　并條機自調(diào)勻整的控制方式可分為開環(huán)、閉環(huán)和混合環(huán)三種形式。開環(huán)系統(tǒng)屬針對性勻整，適合短片段不勻，閉環(huán)系統(tǒng)適合長片段不勻，混合環(huán)系統(tǒng)能兼長短片段不勻，但機構(gòu)復雜，制造精度要求很高。并條工序?qū)刂瞥杉喼亓坎粍蚝椭亓科钪笜擞蟹浅Ｖ匾陌殃P(guān)作用，對勻整的針對性具有較高的要求。

　　并條機的檢測結(jié)構(gòu)如圖5所示，R1, R2, 和 R3 分別代表前羅拉（由主牽伸電機帶動）、后羅拉（由輔牽伸電機帶動）和給棉羅拉（通過傳動機構(gòu)：皮帶輪與R2保持恒定的速度比）。S1, S2, 和 S3 是三個棉條厚度傳感器， S3用于開環(huán)控制， S2用于閉環(huán)控制，S1用于波譜分析，B是喇叭口。主要通過合理調(diào)節(jié)R1與R2的速度比來達到自調(diào)勻整目的。為了改善棉條的不勻度，便于速度的調(diào)控，這里保持R1的速度不變，通過調(diào)節(jié)R2的速度實現(xiàn)自調(diào)勻整。因為是采用模擬量控制牽伸電機，所以，改變輸出到R2的電壓大小，就能調(diào)節(jié)R2的速度達到自調(diào)勻整的目的。

　　棉條的質(zhì)量取決于兩點：一是主、輔牽伸電機以及條筒電機三者的同步性，另一點即是三者之間合理的速度比。三者之間的合理的速度比通過后述的控制策略獲得。而三者的同步性依賴于硬件的快速響應和軟件的合理性，硬件的特點在前面已述。

　　對于并條機而言，開環(huán)控制可以消除死區(qū)，但是對來自牽伸系統(tǒng)干擾的影響無能為力，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較弱；閉環(huán)控制可以抑制干擾的影響，系統(tǒng)有著較強的魯棒性，但不能消除死區(qū)。

　　并條機的控制過程是一個非線性，動態(tài)變化的過程，容易受到外部干擾(牽伸波，噪聲等)，很難建立統(tǒng)一的數(shù)學、物理模型。因此，為了消除死區(qū)，降低干擾的影響，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，本文采用短開環(huán)和長閉環(huán)的混合控制模式，如圖6所示。

　　開環(huán)的目的是避免死區(qū)并獲得控制基本量uo，閉環(huán)的目的是抑制干擾，得到控制校正量△uc修正控制基本量uo。因此開環(huán)控制器和閉環(huán)控制器是并條機控制系統(tǒng)的核心。涉及的變量及其關(guān)系解釋如下。

圖6 并條機混合環(huán)控制策略

工藝配置分析

1． 合理選擇總牽伸倍數(shù)：并條機的牽伸范圍較大，為5～15倍，在實際生產(chǎn)中，應根據(jù)實際工藝條件和質(zhì)量要求，合理選擇總牽伸倍數(shù)。因為喂入須條在牽伸過程中產(chǎn)生附加不勻的纖維的移距偏差會隨著牽伸倍數(shù)的增大而增加，而移距偏差的增加勢必會影響牽伸質(zhì)量，因此，在實際生產(chǎn)中總牽伸倍數(shù)的選配不宜太大，一般而言，6根并合時在7倍以下，8根并合時在10倍以下較為適宜，否則，將不利于改善棉條條干水平。

2． 棉條定量的設定：盡管牽伸機構(gòu)設置較為合理，對棉條定量的適應性較大，但配置的定量也不能太大，以避免因棉條定量過大導致須條間產(chǎn)生分層現(xiàn)象，影響棉條質(zhì)量。

3． 合理選擇主牽伸區(qū)羅拉隔距：通常采用搖架彈簧加壓形式。在保證加壓充分的前提下，為了最大限度地減小較短纖維的浮游動程，改善主牽伸區(qū)的牽伸質(zhì)量，提高棉條條干水平，主牽伸區(qū)羅拉隔距以偏小掌握為宜。紡制長度整齊度較好的纖維時，主牽伸區(qū)羅拉隔距可適當放大。

4． 合理配置后區(qū)羅拉隔距和后區(qū)牽伸倍數(shù)：后區(qū)牽伸的主要作用是使喂入的條子略帶張力，使纖維伸直，使須條具有一定的緊密度進入中區(qū)，再由中區(qū)進入主牽伸區(qū)后能夠穩(wěn)定牽伸，提高牽伸質(zhì)量。后區(qū)牽伸倍數(shù)和后區(qū)羅拉隔距對棉條條干的影響較為明顯，可結(jié)合加壓壓力、纖維性能及紡制品種等進行優(yōu)選配置。

5． 選好壓力棒位置：壓力棒位置由二膠輥的前沖量和后移量來確定。在實際配置工藝時，可根據(jù)生產(chǎn)條件，對壓力棒位置進行優(yōu)選。

6． 合理確定托棉板入口大?。和忻薨迦肟诘拇笮∫鶕?jù)條子的定量和喂入根數(shù)確定，一般情況，8根并合時為12～16mm，6根并合時為9～13mm，也可根據(jù)實際情況隨時調(diào)整，以保證喂入條子既不發(fā)生重疊又不過于分散為原則。

總結(jié)：

　　作為自動化行業(yè)的領(lǐng)先者，美國邦納將利用幾十年產(chǎn)品研發(fā)與應用經(jīng)驗，結(jié)合邦納傳統(tǒng)的優(yōu)勢產(chǎn)品：光電傳感器系列、工業(yè)智能指示燈系列等等，與邦納PLC控制器及HMI人機界面相集成，配合這些檢測、信號傳輸?shù)犬a(chǎn)品，為用戶提供簡易完整、強大穩(wěn)定、可靠安全、靈活開放的解決方案，廣泛應用在水處理、冶金、石油天然氣、煤礦，水泥、印包、鋼鐵、電子、汽車、地鐵、紡機等要求苛刻的現(xiàn)場環(huán)境中，為廣大機器制造商和最終用戶提供完整、簡易，開放，集成和靈活的自動化解決方案。