嘉友产品四：嘉友（细纱机电子牵伸系统2.0）
随着数字控制技术的发展，将数控技术应用于纺纱领域以实现纺纱过程的智能控制已经势不可挡。使用数字牵伸传动避免了传统齿轮传动维护工作量大、密封不好、易形成油污染，电子牵伸传动相对齿轮牵伸传动有本质上的飞跃，不仅避免了齿轮传动的劣势，抗力强，而且工艺调整不需要更换一系列的交换齿轮，实现了罗拉转速的精确控制，使牵伸环境稳定可靠，提高了牵伸控制精度和成纱质量。针对上述问题，嘉友提出了解决方案——细纱机电子牵伸系统。
一、牵伸的改进
1、本公司目前改进方案一：牵伸型式采用三罗拉双皮圈摇架加压，总牵伸倍数在10 ～ 40 倍，后区牵伸倍数控制在1.02 ～ 1.10，罗拉直径为27mm，交流伺服电机M1、M2分别同步传动牵伸罗拉和喂入罗拉，因喂入罗拉和中间罗拉转速接近，可采用齿轮传动降低成本，牵伸倍数则通过改变牵伸罗拉转速来实现，以避免传统细纱机通过变换齿轮达到牵伸罗拉传动和锭子转动之间、牵伸罗拉和成形凸轮之间以及罗拉之间的牵伸变换。该牵伸系统具备两大优势。
一是电子牵伸可以改变喂入罗拉转速和速度变化时间间隔，生产不同种类的竹节纱。因为罗拉转速的变化决定粗节大小，速度变化频率决定粗节出现的规律。
二是电子牵伸能够更方便地调整牵伸系统的牵伸倍数和牵伸分配，不需要进行齿轮调换，并实现了实时微调。
两个电机的独立传动喂入罗拉和牵伸罗拉采集系统传感器的输入信号，并向伺服电机等执行机构发出信号，控制三个罗拉的转速，从而实现对牵伸倍数的改变。
2、本公司目前改进方案二：电子牵伸传动在超大牵伸细纱机上应用更有利于细纱机形成稳定可靠的牵伸环境，从而为实现超大牵伸纺纱技术提供了有力的条件。本公司运用西门子S7-200系列PLC224XP通过通讯方式与触摸屏连接，采集系统各种传感器的输入信号，并向变频器、伺服驱动器等执行机构发出控制信号，伺服驱动器驱动伺服电机，控制3 个罗拉的转速，从而实现对细纱机牵伸机构的控制。
超大牵伸细纱机电子牵伸传动机构简介： 本公司涉及到的细纱机超大牵伸型式为四罗拉四皮圈摇架加压，总牵伸倍数在50 ～ 300倍之间，前区牵伸倍数控制在10 ～ 50倍，中区牵伸倍数控制在 2 ～ 4倍，后区牵伸倍数控制在 2 倍以内，罗拉直径为27mm。交流伺服电机M1、M2、M3分别同步传动前罗拉、第二罗拉和第三罗拉，由于后区牵伸倍数不大，第三罗拉和后罗拉转速接近，它们之间采用齿轮传动，以降低成本。三个电机独立传动三列罗拉，牵伸倍数的改变可通过对前罗拉转速的改变来实现。
二、硬件设计及组成
1、触摸屏
本系统采用威伦MT6056i触摸屏，根据所纺纱线要求在触摸屏上输入相关的参数值，并对纺纱过程中的机器状态实施在线检测。主要纺纱工艺参数有：锭速、捻度、粗纱定量、细纱特数、前区牵伸倍数、中区牵伸倍数和后区牵伸倍数等。
2、PLC控制器
本系统采用的可编程控制器为西门子S 7 -200CPU224XP，最多可扩展 7 个模块，本身带两个通讯口、两个PTO/PWM高速脉冲发生器，脉冲发生器频率可达100kHz，最多支持 8 个PID控制回路。PLC接收触摸屏传送过来的消息，根据建立的牵伸传动数学模型计算出发送给交流伺服电机的脉冲个数和周期。本系统PLC控制 3或4 台伺服系统，而S7-200只有两个高速脉冲发生器，所以需要添加位控模块EM253，EM253提供单轴、开环运动控制，此外，还需要添加I/O扩展单元EM223。
3、交流伺服驱动系统
伺服控制系统包括伺服驱动器和伺服电机，本系统采用松下伺服AE5，伺服驱动器的型号为MEDHT7364E，伺服电机的型号为MDME202GCG。控制模式分为位置控制、速度控制、转矩控制和全闭环控制等 4 种，牵伸传动系统采用速度控制模式，速度频率响应1.6 kHz，转速可达2 000 r/min。交流伺服驱动器接收由PLC发送过来的脉冲个数和周期控制交流伺服电机转速，实现对牵伸机构的控制。
4、编码器
本系统所采用的编码器型号为OVW2-20-2MHT，编码器解析度为2 000 p/r。利用编码器测量主轴转速，速度检测方法采用M法测速，在固定的时间间隔Ts内读取速度信号的脉冲数从而计算出转速的大小。
三、软件设计
上电后用户输入参数，编码器实测主轴转速反馈给PLC控制器，算得锭子转速，如果实际测得的锭子速度与设定的锭子速度偏差超过设定范围，按照PID算法计算出修订频率，并将修订后的频率发给变频器，从而调整主轴转速，实现锭速的稳定；如果实际测得的锭子速度与设定的锭子速度偏差在设定范围内，则计算 2或3 个伺服电机的转速，再根据伺服电机转一圈所需要的脉冲数求得脉冲周期和个数，向伺服驱动器发送脉冲，控制三列罗拉运转。
1、触摸屏
本系统采用威伦MT6056i触摸屏，根据所纺纱线要求在触摸屏上输入相关的参数值，并对纺纱过程中的机器状态实施在线检测。主要纺纱工艺参数有：锭速、捻度、粗纱定量、细纱特数、前区牵伸倍数、中区牵伸倍数和后区牵伸倍数等。
2、PLC控制器
本系统采用的可编程控制器为西门子S 7 -200CPU224XP，最多可扩展 7 个模块，本身带两个通讯口、两个PTO/PWM高速脉冲发生器，脉冲发生器频率可达100kHz，最多支持 8 个PID控制回路。PLC接收触摸屏传送过来的消息，根据建立的牵伸传动数学模型计算出发送给交流伺服电机的脉冲个数和周期。本系统PLC控制 3或4 台伺服系统，而S7-200只有两个高速脉冲发生器，所以需要添加位控模块EM253，EM253提供单轴、开环运动控制，此外，还需要添加I/O扩展单元EM223。
3、交流伺服驱动系统
伺服控制系统包括伺服驱动器和伺服电机，本系统采用松下伺服AE5，伺服驱动器的型号为MEDHT7364E，伺服电机的型号为MDME202GCG。控制模式分为位置控制、速度控制、转矩控制和全闭环控制等 4 种，牵伸传动系统采用速度控制模式，速度频率响应1.6 kHz，转速可达2 000 r/min。交流伺服驱动器接收由PLC发送过来的脉冲个数和周期控制交流伺服电机转速，实现对牵伸机构的控制。
4、编码器
本系统所采用的编码器型号为OVW2-20-2MHT，编码器解析度为2 000 p/r。利用编码器测量主轴转速，速度检测方法采用M法测速，在固定的时间间隔Ts内读取速度信号的脉冲数从而计算出转速的大小。
三、软件设计
上电后用户输入参数，编码器实测主轴转速反馈给PLC控制器，算得锭子转速，如果实际测得的锭子速度与设定的锭子速度偏差超过设定范围，按照PID算法计算出修订频率，并将修订后的频率发给变频器，从而调整主轴转速，实现锭速的稳定；如果实际测得的锭子速度与设定的锭子速度偏差在设定范围内，则计算 2或3 个伺服电机的转速，再根据伺服电机转一圈所需要的脉冲数求得脉冲周期和个数，向伺服驱动器发送脉冲，控制三列罗拉运转。
数字牵伸传动相对传统齿轮传动有本质上的飞跃，避免了传统的齿轮传动的劣势，采用多电机独立传动，抗力强，实现罗拉转速的精确控制，形成了稳定可靠的牵伸环境，有利于牵伸倍数和成纱品质的提高。利用可编程控制器控制伺服驱动器等执行机构，发挥了数控技术在纺纱领域的优势，对纺纱过程实施全程监控，出现故障时可及时调整。
