引言

中國(guó)作為世界紡織大國(guó)，棉紗、棉布、呢絨、絲織品、化纖、服裝等產(chǎn)量均居世界第一位,服裝出口也多年來(lái)始終保持著世界第一位。紡織織帶是指以各種紗線為原料制成狹幅狀織物或管狀織物，其品種繁多，廣泛用于服飾、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍需、交通運(yùn)輸?shù)雀鳟a(chǎn)業(yè)部門。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的織帶行業(yè)起步較早，已完全進(jìn)入成熟期，由于生產(chǎn)成本高等因素將織帶行業(yè)轉(zhuǎn)到發(fā)展中國(guó)家生產(chǎn)。目前中國(guó)是世界上最大的織帶生產(chǎn)國(guó)，但是近年由于印度、越南等地?fù)碛械膭趧?dòng)成本優(yōu)勢(shì)，正在成為中國(guó)紡織業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，所以只有通過(guò)提高以自動(dòng)化為核心的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力，才能保持世界第一的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)。

1 盤帶機(jī)工藝分析

1.1 盤帶機(jī)工藝

1)工藝原理紡織織帶盤帶機(jī)設(shè)備工藝的目的是把大卷的帶材卷成長(zhǎng)度一定的小卷，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及收卷結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

2)工藝指標(biāo)設(shè)計(jì)在把大卷的帶材卷成小卷的過(guò)程中，帶材上的張力要恒定，從而保證卷曲材料的內(nèi)外卷曲張力恒定。每一個(gè)工序從空芯安裝到機(jī)器上再到滿卷停車成品下線，卷曲長(zhǎng)度為15 m的需要的時(shí)間不>12 s，卷曲長(zhǎng)度為30 m的需要的時(shí)間不>15 s，包括變頻器啟動(dòng)停止時(shí)間以及機(jī)械動(dòng)作時(shí)間(從上空卷到滿卷產(chǎn)品完成)。經(jīng)過(guò)測(cè)量，機(jī)械動(dòng)作時(shí)間會(huì)占用6 s左右，所以當(dāng)卷曲長(zhǎng)度為15 m時(shí)變頻器從啟動(dòng)到停止的時(shí)間不能>6 s，卷曲長(zhǎng)度為30 m時(shí)變頻器從啟動(dòng)到停止的時(shí)間不能>9 s。由于用戶要求停止后定長(zhǎng)切割，在牽引輪上安裝有編碼器用來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度，所以系統(tǒng)要精確停止。

1.2 收卷系統(tǒng)分析

收卷采用泡沫卷心，并且是通過(guò)夾板與卷心之間的摩擦力來(lái)進(jìn)行收卷，所以要求張力比較小。

當(dāng)張力較大時(shí)，容易讓泡沫卷心變形，甚至粉碎。

計(jì)算卷曲長(zhǎng)度，有

2 自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案

2.1 方案的確定

該系統(tǒng)要求張力小響應(yīng)快，根據(jù)公式

F=ma (3)

式中：F為張力;

m為質(zhì)量;

a為加速度。

得出如果要求張力小，則要求F小;當(dāng)F小時(shí)，要求a就小;如果要求響應(yīng)快，則要求a大;當(dāng)a大時(shí)，要求F 就大。所以最終決定采用加張力擺桿，收卷工作在張力閉環(huán)狀態(tài)下，測(cè)量后擺桿的幅度為DC 1~8 V。

最后確定，自動(dòng)化系統(tǒng)原理如圖3所示，變頻器接線如圖4 所示。

2.2 速度曲線設(shè)計(jì)

為了滿足加減速時(shí)間，同時(shí)希望最高速度保持在一定范圍內(nèi)，所以最終決定將速度運(yùn)行曲線做適當(dāng)修改，除了加速過(guò)程和減速過(guò)程，還增加一個(gè)穩(wěn)速過(guò)程，速度圖形如圖5 所示。

如果按照以上曲線運(yùn)行，當(dāng)長(zhǎng)度為30 m，變頻器工作時(shí)間為9 s時(shí)，將加速時(shí)間，穩(wěn)速時(shí)間以及減速時(shí)間都設(shè)定為3 s，則理論上帶材最快速度只需要300 m/min，最高線速度有所降低。

2.3 張力控制系統(tǒng)

1)放卷采用恒線速度運(yùn)行方式，當(dāng)前線速度由PLC 通過(guò)通訊方式給定。放卷電機(jī)安裝有編碼器，卷徑通過(guò)厚度積分法來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要設(shè)置材料的厚度。由于此系統(tǒng)配置HMI，材料厚度由客戶自行設(shè)定。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度由當(dāng)前線速度和當(dāng)前卷徑來(lái)計(jì)算。

2)收卷將擺桿信號(hào)接入到收卷變頻器。為了實(shí)現(xiàn)恒張力控制，就必須保證收卷跟隨放卷的線速度，即保證在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中使擺桿穩(wěn)定在某個(gè)位置。這就決定了收卷電機(jī)要快速響應(yīng)而且在控制上能夠?qū)崿F(xiàn)擺桿的快速穩(wěn)定，特別是在加速過(guò)程和減速過(guò)程中。為了提高電機(jī)的速度響應(yīng)，在電機(jī)尾部增加了編碼器，使變頻器工作在閉環(huán)控制模式下;為了實(shí)現(xiàn)擺桿的快速穩(wěn)定，使用了變頻器內(nèi)部的卷徑計(jì)算模塊和擺桿PID 模塊，卷徑計(jì)算通過(guò)厚度積分法來(lái)計(jì)算。

3 系統(tǒng)調(diào)試

3.1 放卷變頻器

由于放卷電機(jī)安裝有編碼器，所以變頻器工作在閉環(huán)模式下。PLC 實(shí)現(xiàn)卷徑計(jì)算，設(shè)置材料的實(shí)際厚度以及線速度來(lái)源以及機(jī)械齒輪比。線速度通過(guò)通訊由PLC 給定。

3.2 收卷變頻器

收卷變頻器內(nèi)部設(shè)有卷徑計(jì)算模塊以及擺桿PID模塊，可設(shè)置目標(biāo)值以及得到反饋來(lái)源，擺桿的反饋電壓范圍為DC 1~8 V。根據(jù)運(yùn)行情況設(shè)置適當(dāng)?shù)腜，I，D值以及PID 限制，為了滿足快速響應(yīng)性，P值需要適當(dāng)設(shè)置大些，I 值要設(shè)置小些，為了防止出現(xiàn)過(guò)沖現(xiàn)象，PID限制相對(duì)設(shè)置小。限于篇幅，臺(tái)達(dá)變頻器具體參數(shù)設(shè)置略。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，織帶產(chǎn)品質(zhì)量高，卷繞系統(tǒng)運(yùn)行速度滿足盤帶機(jī)自動(dòng)化要求。實(shí)際測(cè)試結(jié)果，當(dāng)卷曲長(zhǎng)度為15 m時(shí)，整個(gè)運(yùn)行過(guò)程的時(shí)間是9.5 s，變頻器從啟動(dòng)到停止的時(shí)間為5.4 s;當(dāng)卷曲長(zhǎng)度為30 m時(shí)，整個(gè)運(yùn)行過(guò)程時(shí)間是12.9 s，變頻器從啟動(dòng)到停止的時(shí)間不能>8.8 s，均小于工藝要求，客戶十分滿意。