并捻联合机的捻度闭环控制系统

                                

       并捻联合机在纺织行业中得到广泛应用。目前国内联合机普遍采用微机控制，虽然自动化程度较但由于现场工作环境恶劣，微机控制仍需继电器和行程开关，系统仍具有接线复杂，性能不稳定，维护困难等不利因素”。针对以往的不足，从提高控制系统的控制性能出发，设计出并捻联合工艺基于PLC和变频器的恒定捻度闭环控制系统。该系统运行稳定，操作维修简单，性价比高。
     1 联合工艺系统的运动分析
       原并纱和捻线工序中纱线都要经过张力机构、导丝机构和卷绕机构，如图1所示。纱线自管纱筒上退绕下来，经导纱器2、张力器3和清纱器4，再经过玻璃杆5，在并纱罗拉6处纱线合二为一，由牵引罗拉7拉动并纱线然后经导丝钩8和钢领10上的钢丝圈9而绕上纱锭11，锭子的回转由电机经锭带传动钢领由往复机构带动。
  并纱张力不均匀会导致纱线捻度不均匀，在织造过程中易产生经柳、懈丝(松紧丝)和档子。因此保证捻度均匀是保证纱线质量的关键，也是该控制系统的根本目标。

1一管纱筒子  2一导丝器  3一张力器  4一清纱器
5—玻璃杆  6—并纱罗拉  7—牵引罗拉
8—导丝钩 9—钢丝圈  10—纲领 11—纱锭
   2 控制系统的配置及运行
    并捻联合机恒定捻度控制系统的硬件结构如图，2所示，PLC是系统的核心，采用三菱公司FXIS2430MR，它通过RS-485通信方式控制3台变频器，每台变频器控制1台电机，分别对应牵引罗拉的转动、导丝横动和锭带传动，变频器根据电机型号选用VFD—M系列。和捻度相关的只有罗拉转速和锭带传动转速，因此只需检测反馈这2个速度值。牵引罗拉转速和锭带传动速度采用相同的反馈环节，数字光电转速传感器将信号回传到PLC实现闭环控制。另外，导丝变频器带动与交流电机1相联的滚珠丝杆，由安装在滚珠丝杆上的编码器将编码信号回传到PLC实现闭环控制。所需参数可通过控制面板进行设置和调整。 

图2  络并捻联合工序的控制系统
    系统工作过程如下：启动PLC巡回扫描初输入状态，驱动3台变频器工作，系统运转。数字光电转速传感器不断把牵引罗拉和锭带的速度信息传送到PLC输入端，编码器也不断地把导丝杆位置信息传送到PLC输入端，PLC不断扫描输入端子，吸收反馈的速度及位置信息，再进行内部的PID运算，然后调整输出，通过变频器调整电机转速。如此周而复始，保持罗拉转速与锭带转速的恒定，从而保证了纱线捻度的恒定。
 3  控制系统的PID参数整定及软件设计
    为保证此控制系统运行平稳，超调量小而准确，使用数字PID控制器，采用增量式PID控制算法。其实质是根据输入的偏差值，按比例、积分、微分的函数关系进行计算，其运算结果的增量用以控制输出。图3给出了数字PID控制器的结构框图。由比例系数kp直接决定控制作用的强弱，适当调节Kp可以减少系统的稳态误差，提高系统的响应速度在比例调节的基础上，加上积分控制可以消除系统的稳态误差，只要偏差存在，积分所产生的控制量就用来消除稳态误差；而微分控制产生超前校正作用，用以减少超调，克服振荡，使系统趋于稳定，改善系统的动态性能。

图3  数字PID控制器结构框图
  整个PLC程序包括主程序、初始化程序和中断周用程序3部分。主程序完成对2个中断子程序的周用，从而实现对2个速度的调控；初始化程序包括通过对相关数据单元的设置完成与变频器的RS—485通信、对功能设置变量的初始化、定义参数值、溢出值和对参考值进行设定；中断程序是整个控制系统的核心部分，进行平均值及其差值的计算，具体实现PID控制器的整个控制过程，并对输出值限定，通过变频器保证所控制速度平稳准确。中断程序如图4所示。

4 总  结
    该系统采用的是PLC控制。它作为DCS（集散控制系统）中的最底层网络，增加和上层网络的通讯程序就可以直接使用。该系统的关键技术已应用于浙江宁波星源纺机厂和四川宜宾三江厂的制线机中。

摘自 纺织学报