施耐德电气M218PLC在半自动接头抽气式转杯纺纱机的应用

       R**30系列抽气式转杯纺纱设备应用了施耐德电气的PLC整体解决方案，而施耐德电气公司最新推出的M218系列PLC作为整台设备的灵魂——主控制器，是整套自动化控制系统的控制中枢，在其中担负着承上启下，不可替代的重要作用。

        客户介绍

        该客户为浙江某大型机械制造有限公司。公司集开发、设计、生产、制造及销售于一体，累积十余年技术与经验，专业从事纺织机械设备的设计、制造。该公司研发生产了R**10、R**20、R**30系列半自动接头抽气式转杯纺纱机、R**40全自动抽气式转杯纺纱机、R**系列
紧密纺纱机、R*321系列倍捻机、R*231系列并纱机等产品。
        关键词：
        M218、XBTOT、ATV312、ATV61、ATV71

        工艺简介

        转杯纺纱是从上世纪70年代以来迅速发展到大规模工业应用的一项新技术。国内外转杯纺纱技术在近二、三十年内不断发展。转杯纺纱机的使用是以棉纺行业为主，现已逐步渗透到毛、麻、丝和化纤行业，纺纱号数从73～29 tex(8s～20s) 逐步扩展到117～14tex(5s～40s)。织物品种从机织物向低捻针织、产业用品、装饰用品和特种用途产品方向发展。转杯纺纱线已占全球纱线总产量的比例，以长度计达到25%，以重量计达到40%以上。全世界转杯纺设备头数已达到800万头(占环锭纺锭数的5％)，我国转杯纺设备头数只有约60万头 (占环锭纺锭数的2％)。因此，我国和发展中国家的转杯纺纱仍有很大的发展潜力。
        2003 年该公司开发的R*10半自动转杯纺纱机作为我国自行研制的第一套半自动气流纺高速纺纱机推向市场，到2008年该公司又开发出了填补国内空白的R*40全自动接头转杯纺纱设备公司的新品研发总是走在国内纺机行业的前面。目前该公司的半自动转杯纺纱设备已经发展到第三代，新推出的R**30系列质量与产销量也一直侪身国内同类产品的前列，纺纱质量已经达到了国外同类产品的先进水平。主要以生产中高支优质纱为主。该机具有高速 (转杯90000转/分)、优质、半自动接头、大卷装、适纺范围广、机电一体化强等特点，且拥有自主知识产权、申请了三项国家专利。
        抽气式转杯纺纱系统的主要工作原理为：喂给罗拉以稳定的速度转动 (速度可以调节)，将棉条通过喂棉喇叭送入纺纱器中，由喂给罗拉和喂给板通过加一定压力的方式积极握持住棉条，将棉条以恒定的速度输向分梳辊。分梳辊的表面覆有锯齿，这些锯齿通过高速旋转的把形成棉条的束纤维分解成单纤维，这些单纤维随分梳辊向前运动， 在离心力和由风机反转抽气产生的负压形成的气流的双重作用下，一方面将纤维从分梳辊上剥离而送向转杯， 另一方面气流能进一步除去棉条中的杂质。纤维离开分梳辊后沿一条短小的通道通过隔离盘向纺纱杯壁运动。在纺纱杯壁上， 一方面由于纤维的惯性运动，另一方面由于气流在转杯内部造成的负压， 纤维沿着转杯杯壁运动到转杯的凝聚槽。纤维在凝聚槽内被加速到与转杯同样的速度运转， 由于负压和高速回转形成的离心力使纤维在凝聚槽中形成平行排列的须条。正常纺纱时凝聚槽的须条是开环的， 其头端为一段加捻区， 纺制成的纱线一端被引纱罗拉握持，这个头端随着转杯高速回转而被加上真捻， 捻度随着纱线向凝聚槽的须条传递， 不断地形成新的纱线。纺制成的纱线通过假捻盘和引纱电机驱动的引纱管转动被不断引出纺纱器，与此同时给棉罗拉送来的纤维又不断形成新的纤维层。新形成的纱线不断被引出，同时新的纤维层不断形成，从而构成一个连续的纺纱过程。这只是抽气式转杯纺纱设备数百个纺纱锭子其中之一的纺纱工作过程，而实际上一台完整的纺纱设备整体结构非常复杂，主要包括车头、车尾和中段三部分，设备总长超过30米。主要电气控制设备和喂给、引纱、分梳、转杯、横动等驱动电机都安装在车头，这也是设备的心脏，车尾主要安装负压风机、落筒和排杂电机等，相当于呼吸与排泄系统，中段一般由若干节结构一模一样的中段机组成，中段机的数量可按照客户要求随意增减，一般都在12节以上，最多时可安装22节。每节上各安装有16锭纺纱锭子和相关的半自动辅助接头机构，这样设备运行后可同时纺纱192锭(12节)-352 锭 (22节)，极大的提高了生产效益。
        抽气式转杯纺纱设备在车头需要一套PLC主控制系统，而每一节中段机也都需有一套能单独工作的PLC控制系统，而同时这些中段PLC控制系统，又需要与车头主控制系统交换数据，接收车头发来的接头工艺参数及锭长设定值，并将各锭的工作状态及纺纱产量送回车头。而且车头的喂给、引纱、分梳、转杯、横动以及车尾的负压风机都需要变频控制。所以其采用的电气产品也非常丰富，采用的产品涵盖了低压电器产品、自动控制产品、驱动产品、人机对话产品、开关电源产品等几乎所有的自动控制产品门类。

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        系统描述

        PLC 控制系统要求：

        车头PLC：
        DI：24点。其中：脉冲捕捉输入速度反馈 4 点 (光电开关—5KHz信号)、整机启停 4 点，落筒控制3点，留尾控制2点等；
        DO：24 点。 其中：转杯4点，引纱、喂给、横动、落筒、左分梳、右分梳、上蜡各1点，负压风机5点、排杂3点等。
        AO：6 路 (0～10v)，主要是给转杯、引纱、喂给、横动、左/右分梳以及负压风机7台变频器提供模拟量速度给定。
        中段PLC：
        DI：48 点。其中：断纱传感器 16 点、喂给接头按钮16点、锭长清零按钮16点等；
        DO：72 点。其中：断纱报警灯 2 点、挂纱电磁铁16点、落筒电磁铁16点、给棉罗拉16点、锭节状态指示灯16点等；

        施耐德电气方案

        R**30系列抽气式转杯纺纱设备应用了施耐德电气的整体解决方案。

        而施耐德电气公司最新推出的M218系列PLC作为整台设备的灵魂——主控制器，是整套自动化控制系统的控制中枢，在其中担负着承上启下，不可替代的重要作用。主PLC的CPU采用M218系列的TM218LDA40DR2HN。该CPU还自带了两路模拟量输出，再加上扩展的两块2路模拟量输出模块TM2AVO2HT，刚好可提供6路模拟量输出用于分别控制引纱、喂给、横动、左/右分梳变频器 (共用1路模拟量)、转杯、负压风机7台变频器。它自带的4路高速脉冲捕捉计数功能，刚好可以接收引纱、喂给、左/右分梳变频器和转杯4台电机的速度反馈信号，根据工艺要求，分梳和转杯电机因为速度控制精度要求不高，收集的速度反馈信号仅用于触摸屏显示，引纱和喂给电机的控制精度要求较高，其速度偏差将直接影响棉纱质量。所以，对引纱电机和喂给电机我们采用了闭环控制，我们在引纱电机和喂给电机上安装了码盘，选用价廉物美的=S=的E-SINBA系列高速接近开关替换了高价而娇贵的旋转编码器，不仅节约了成本，大大降低了系统的故障概率，测速精度也得到了有效保证。而且通过高精度的浮点运算，通过一定的工艺算法，按用PID调节方式，控制协调两台电机以均衡速度稳定运行，极大的提高了纺纱质量。
        车头主PLC不仅要控制好车头、车尾各台电机的的准确运行，还要将触摸屏上设定的半自动接头参数和单锭定长参数整理后，分别发送给中段的各子站PLC，并将中段的各子站PLC送回的各锭当前产量，统计汇总后送给触摸屏，以备用户查询。中段各PLC子站也选用了M218系列PLC，只是型号换成了TM218LDA40DRPHN，并配上TM2DDI8DT、TM2DDI16DT、TM2DRA8RT各1块及3块TM2DRA16RT共6块扩展模块。再加上CPU本体上的24DI/16DO，整套PLC共可提供48DI/72DO，可满足中段PLC的半自动接头和产量统计等各项工作要求。
        整套系统能正常稳定工作，全都得益于M218系列PLC以低端PLC的价格，却同时集成了只有中高端PLC才有的浮点运算、PID调节、高速计数、双通讯口Modbus通讯等各种丰富实用的功能，充分满足客户的自动系统应用的各项需求，使客户用小系统控制大设备成为可能。

        总结
        目前已有上千台该公司的转杯纺纱设备服务于纺纱行业，虽然该公司的设备的价格是国内同类设备中最高的，但设备以高产、高效、优质的成纱质量、优良的售后服务及设备运行的稳定性已得到了用户的认可，在纺纱行业中具有很高的知名度。销量一直在国内同行中名列前茅，产品供不应求。而且产品不光在国内畅销，还远销海外。目前设备供不应求，生产也一直处于超负荷运行中，随着市场的进一步开放，对转杯纺纱机的需求量越来越大，R**系列转杯纺纱机的市场占有率也会越来越大。我们开发的这套施耐德电气控制系统也同时赢得了该公司技术人员和销售人员的广泛好评。

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