作者簡介：陳宗雨，男，博士，現任美國邦納控制器和HMI產品經理，擁有紡織領域豐富的項目經驗。

    摘要：紡織機械種類多，大量采用PLC等控制器類產品。邦納SHP一體式控制器集成了PLC、HMI、網絡和I/O的功能，非常適合在紡織機械上使用。本文涉及的細紗機控制系統，就是SHP非常典型的應用。

    關鍵字： 邦納； SHP； 細紗機； 紡織

    隨著經濟和工業的快速發展，中國已經成為全球的中心。小型PLC在制造業，尤其是OEM制造業中，成為大部分控制系統的核心，OEM廠商因此越來越關注PLC的性能和價格。美國邦納公司2009年成功發布了SHP系列小型PLC家族的新成員—SHP一體式控制器，憑借簡單、經濟和高效三大理念，吸引住眾多OEM制造商的目光，以下以紡織機械行業為例介紹邦納SHP一體式控制器在紡機上的應用。

    1 項目背景

    紡織生產是從紡織原料加工到生產出高質量紡織產品的復雜過程，應用的紡織機械達2千多個品種、5萬多種型號，歸納起來大體可分為三個主要加工過程和五大類紡織機械。圖1為紡織機械的分類圖。


                


                              圖1 紡織機械分類圖

    2 系統概述

    細紗工序是成紗的最后一道工序，是將粗紗進一步牽伸30～50倍并加捻，紡成具有一定特數、符合相關質量標準的細紗、供捻線、機織或針織使用。傳統細紗機的牽伸原理與粗紗機基本相同，而卷繞和加捻則是由鋼領和鋼絲圈來完成的。環錠細紗機和傳統粗紗機一樣由一臺電機傳動，通過齒輪箱變換各機構需要的速度。在環錠細紗機各組成部分中，牽伸系統是反映細紗機性能和影響紗線質量的最關鍵因素，而新型的緊密紡紗技術通過對牽伸部分進行創造性改造，將牽伸區和集合區分離，在環錠紡羅拉牽伸與加捻之間疊加對纖維須條的氣動凝聚或集聚技術，增加了須條的緊密度，毛羽減少約20％，強力則提高約10％，同時，條干均勻度、機器效率等也有不同程度的提高，不僅可以降低加工成本，同時可以減少后加工工序。緊密紡的另一優點是與原細紗機完全一致，只多出一對集聚羅拉，在原環錠細紗機上也可進行改裝，具有廣闊的市場前景。

    緊密紡細紗機的控制系統較環錠細紗機復雜許多，首先是前后羅拉的嚴格同步，實現牽伸倍數和捻度的精密控制，保證高支數紗線的成紗質量；其次是通過取消鋼領板的傳動齒輪，采用先進的伺服控制技術實現卷裝的電子成形技術，從而實現了機械機構的簡化、生產速度的提高、以及紗線支數和管紗成形的自動調節。

    3 控制系統結構

                

                             圖2　緊密紡細紗機傳動方案原理圖

    在緊密紡細紗機的控制系統，采用了三套伺服驅動系統和無刷伺服電機，分別控制前、后羅拉以及鋼領板；采用1臺變頻器控制主傳動電機，采用1臺變頻器控制風機；整個系統采用邦納SHP一體式控制器進行控制和監控，SHP一體式控制器與變頻器及伺服間采用高速CANopen總線進行通訊，同時采用SHP集成的觸摸屏進行系統操作和監控。

    4 控制要點

    （1）可編程控制器：由邦納SHP一體式控制器實現整機的邏輯控制和參數計算，實現整機的最優控制

    SHP控制器是與傳統的控制產品不同，新型的邦納SHP控制器可以同時完成PLC和觸摸屏的功能，集成I/O和網絡接口人機界面，成本大大低于同性能PLC與人機界面組合，此款設備包括控制器、人機界面、內置I/O、網絡和可移動的大容量數據存儲器，成為一個一體化單元，畫面和控制程序用同一個工業級軟件BAPS完成。由SHP一體式集成的觸摸屏實現紡紗參數的設定、顯示和故障監控。

    （2）細紗的成形：由伺服控制鋼領板升降

    應用伺服控制器的電子凸輪功能， 預先下載兩條曲線至伺服驅動器，在機器啟動后，伺服接受信號輸入啟動凸輪曲線后兩條曲線交替切換工作。用戶可從人機界面上輸入相關參數，然后通過通訊傳到伺服相關參數可以修正曲線以適應不同的產品需求。關于停電后恢復生產的功能，電子凸輪提供實時讀取當前主軸位置的功能，TLC6的內存區內可以提供若干斷電記憶的變量區間，利用這些功能將斷電前瞬間的位置記住，在恢復電源之后重新進行生產過程。

                  

                             圖4 鋼領板升降電子凸輪曲線

    （3）自動落紗:由位置型伺服實現細紗的高速、精準、全自動落紗

    應用伺服控制器的(位置型) 點到點精確定位，同時應用伺服控制器的內置編程功能實現停電時的位置記憶。

    （4）SHP一體式集成觸摸屏清晰的操作屏幕：12” TFT， 800 x 600像素， 實現32768色彩色控制和監視。

    （5）現場總線通訊：速率高達1M的CANopen總線

    CANopen總線是基于CAN BUS的高層協議，秉承了CAN總線的抗干擾性強、高速、實時的優點，另外CANopen應用PDO、SDO、NMT等通訊對象，方便了總線的管理和應用。邦納SHP一體式控制器具有強大通訊能力：內置10/100M以太網接口，支持3個串口，可用Modbus/RTU master 或slave, Modbus/TCP，ASCII讀寫和調制解調器，除支持CANopen通迅之外還支持Profibus通訊。采用SHP一體式控制器不僅可獲得高性能的總線通訊，而且非常經濟。

   摘自《自動化博覽》2010年第八期