1. 引言
轉(zhuǎn)杯紡紗是一種新型紡紗技術(shù)，是將并條加工的熟條開松成單纖維，由氣流輸送到高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)杯（高達(dá)15萬轉(zhuǎn)/分）內(nèi)進(jìn)行凝聚和加捻成紗，最后紗線繞在紡紗器外的紗筒上，制成圓柱形或圓錐形紗筒。
與傳統(tǒng)的環(huán)錠紡紗相比，轉(zhuǎn)杯紡紗具有工序短（省略了粗紗與絡(luò)筒工序）、產(chǎn)量高（3～8倍）、大卷裝等特點(diǎn)，同時(shí)使用原料范圍廣，紗線質(zhì)量優(yōu)于環(huán)錠紗、紡紗成本也可降低，總體趨勢是向著高速、大卷裝、智能化、高自動(dòng)化和低捻（針織紗）等方面發(fā)展。目前，我國的轉(zhuǎn)杯紡只占環(huán)錠紡的2%，較世界水平（歐洲為25%）還有較大的差距；技術(shù)方面，局限于粗支紗的加工，無法紡較細(xì)的紗支，因此，轉(zhuǎn)杯紡在我國有較大的發(fā)展空間。
轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)的控制系統(tǒng)主要包括三個(gè)方面的控制：首先是每個(gè)轉(zhuǎn)杯的控制，需要實(shí)現(xiàn)斷紗檢測和半自動(dòng)接頭功能；其次，為保證起動(dòng)和停機(jī)時(shí)不斷紗，紡杯速度、引紗電機(jī)與喂棉電機(jī)之間的動(dòng)作必須協(xié)調(diào)同步，同時(shí)要求較高的速度精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)；第三，需要實(shí)現(xiàn)主控制器與分控制器之間的總線連接和通訊，以及用于操作和監(jiān)控的人機(jī)界面。
2. 控制系統(tǒng)方案
轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)的控制系統(tǒng)采用了施耐德電氣公司根據(jù)客戶要求量身定作的轉(zhuǎn)杯專用控制器，實(shí)現(xiàn)每個(gè)紗錠的斷紗檢測和半自動(dòng)接頭功能，傳動(dòng)系統(tǒng)采用帶閉環(huán)磁通反饋功能的ATV58F或ATV58變頻器（加VW3A58202編碼器反饋卡），主控制器采用Twido PLC或Micro PLC，通過通訊擴(kuò)展口實(shí)現(xiàn)與專用控制器的Modbus總線通訊，通過模擬量輸出ATV58F或ATV58變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速和同步控制，同時(shí)配Magelis XBT-G 10.4” 彩色STN觸摸屏（XBT-G5230）或TSX08 HMI文本圖形顯示器進(jìn)行操作和系統(tǒng)監(jiān)控。
此外，通過將主軸喂紗電機(jī)使用Twin Line系列伺服系統(tǒng)，變換喂紗速度（速度在高速和低速間頻繁切換），實(shí)現(xiàn)紗線粗細(xì)的有規(guī)則變化或無規(guī)則的變化，可以紡制出竹節(jié)紗等特種紗線。
3. 控制系統(tǒng)簡介
Twido PLC是施耐德電氣公司推出的結(jié)構(gòu)緊湊、配置靈活、功能豐富的小型PLC系列產(chǎn)品，有模塊化和一體化兩種CPU本體、以及多種離散量、模擬量I/O模塊供用戶選擇配置，最多可擴(kuò)展7個(gè)I/O模塊，最大I/O點(diǎn)數(shù)可達(dá)264點(diǎn)；同時(shí)具有4路高速計(jì)數(shù)、2路脈沖輸出和2路RS485通訊口；程序容量可達(dá)3000步（通過存儲(chǔ)器擴(kuò)展插件可擴(kuò)展至6000步）。Twido PLC采用基于Windows的TwidoSoft編程軟件，提供包括浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、PID指令等豐富的指令集和方便系統(tǒng)調(diào)試的應(yīng)用程序?yàn)g覽器，可以實(shí)現(xiàn)硬件配置、可逆的梯形圖和指令列表編程，具有完全的符號(hào)化編程以及ASCII碼導(dǎo)入/導(dǎo)出等功能，為客戶提供簡單、靈活、可靠的解決方案。
轉(zhuǎn)杯專用控制器施耐德電氣公司根據(jù)客戶對(duì)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)應(yīng)用的各項(xiàng)功能要求，通過施耐德上海研發(fā)中心高水平的技術(shù)開發(fā)力量和施耐德無錫電子工廠可靠的制造加工能力，為客戶量身定作的專用控制器。轉(zhuǎn)杯專用控制器基于Twido PLC的軟、硬件平臺(tái)，不僅具有與Twido PLC相同的功能和編程軟件開發(fā)環(huán)境，而且根據(jù)客戶的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了恰當(dāng)數(shù)量的I/O點(diǎn)（每個(gè)控制器控制16個(gè)或12個(gè)轉(zhuǎn)杯）和相應(yīng)的輸入/輸出方式，并且內(nèi)置了轉(zhuǎn)杯紡紗半自動(dòng)接頭等特殊指令；同時(shí)，控制器的安裝方式、接線方式、通訊方式等也通過專門設(shè)計(jì)以符合轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)的實(shí)際應(yīng)用和連接狀況，充分地滿足了客戶的對(duì)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)控制的特定需求。
ATV58系列變頻器是施耐德電氣公司推出的磁通矢量控制通用變頻器，功率范圍 0.37～75kW，輸出頻率最大到500Hz，具有低速大轉(zhuǎn)矩特性、150%的高制動(dòng)力矩，以及低電網(wǎng)電壓運(yùn)行 （大于60%正常電壓可運(yùn)行） 等功能；額定速度下，調(diào)速精度開環(huán)為±1%，閉環(huán)為±0.1%（配測速發(fā)電機(jī)反饋卡）或±0.02%（配編碼器反饋卡）。ATV58變頻器內(nèi)置了EMC濾波器、進(jìn)線電抗器、制動(dòng)單元等，有效地降低了系統(tǒng)集成成本，提高了系統(tǒng)可靠性。此外，ATV58變頻器除內(nèi)置的Modbus通訊接口（即操作面板接口）外，通過通訊擴(kuò)展卡，可以提供多種通訊網(wǎng)絡(luò)接口（包括工業(yè)以太網(wǎng)、FIPIO、Modbus Plus、CANopen、Interbus-S、Profibus-DP、DeviceNet、AS-i、Uni-telway等）和相應(yīng)的通訊控制方式，極大地豐富了變頻器的應(yīng)用范圍，為傳動(dòng)系統(tǒng)中常見的多電機(jī)同步控制、變頻器遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控、變頻器控制和狀態(tài)信息的雙向交換等復(fù)雜應(yīng)用提供了簡單、可靠、便捷的解決方案。
TSX08 HMI系列產(chǎn)品是施耐德電氣公司面向中國市場推出的極具競爭力、功能豐富的中文文本圖形顯示器，有兩行文本圖形和四行文本圖形兩種型號(hào)，具有64K存儲(chǔ)容量，通過Modbus、JBus等通訊協(xié)議與PLC連接，通過面板上的8個(gè)功能鍵實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入等操作。采用TSX08 HMI Configurator開發(fā)軟件，可以配置多達(dá)60個(gè)應(yīng)用、報(bào)警和幫助頁面，其中變量可以以字母、數(shù)字、位圖、棒圖、趨勢圖等豐富的形式表示，同時(shí)提供I/O交叉索引、HMI/PLC交互控制、以及模擬仿真運(yùn)行等高級(jí)功能，可以很好地滿足客戶的需求。
在轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)的控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)杯專用控制器安裝在各單元機(jī)臺(tái)內(nèi)部，在實(shí)現(xiàn)每個(gè)轉(zhuǎn)杯的斷紗檢測及半自動(dòng)接頭等功能的同時(shí)，作為Modbus從站與主控制器Twido PLC或Micro PLC交換信息：轉(zhuǎn)杯控制的相關(guān)參數(shù)由人機(jī)界面輸入，通過主控制器送達(dá)轉(zhuǎn)杯專用控制器；轉(zhuǎn)杯的狀態(tài)信息通過主控制器輪詢后，在人機(jī)界面上顯示。引紗電機(jī)與喂棉電機(jī)之間的同步控制，由主控制器根據(jù)工藝參數(shù)和編碼器反饋信息，經(jīng)PID調(diào)節(jié)運(yùn)算后，通過模擬量輸出控制。主控制器還執(zhí)行轉(zhuǎn)杯、風(fēng)機(jī)、橫動(dòng)及落筒等工藝控制。
