基于臺達機電自動化平臺的塑編圓織機
引 言：本文首先對于國內(nèi)塑編織造行業(yè)簡要引述，然后在介紹塑編圓織機工藝原理的基礎(chǔ)上，給出圓織機自動化系統(tǒng)分析，重點討論臺達機電一體化平臺解決方案技術(shù)設(shè)計。項目已經(jīng)成功應(yīng)用?！ ￡P(guān)鍵字：臺達伺服 E系列變頻器 AS57GSTD PLC MODBUS通訊 1 引言 塑料編織袋在我國已經(jīng)有二十多年的生產(chǎn)制造歷史。經(jīng)過塑編制造業(yè)的市場競爭，塑編行業(yè)得到了高速發(fā)展，近幾年企業(yè)規(guī)模和產(chǎn)品檔次有了很大提高，塑編行業(yè)已經(jīng)逐步發(fā)展成為介于紡織和化工行業(yè)交叉的跨行業(yè)產(chǎn)業(yè)。隨著中國進入WTO組織，國際間的物流和貿(mào)易發(fā)展大大的促進了塑編集裝袋產(chǎn)品的市場需求，連續(xù)多年以每年15％的增長，目前達到15萬噸年產(chǎn)量?！ ∷芫幑に囉伤芫幈饨z制造和塑編兩大工藝過程組成。本文討論基于臺達機電一體化平臺的塑編織機的自動化問題。塑料圓筒編織機(圓織機)是塑編企業(yè)的基本工藝設(shè)備。塑編織機自動化對于提升塑編制造產(chǎn)品的產(chǎn)量質(zhì)量和減低人力資源成本具有十分重要的意義?！ ? 塑編筒布工藝設(shè)備 由塑料扁絲生產(chǎn)塑編編織布的工藝就是把扁絲經(jīng)緯交錯編織成布。對于筒布織造工藝，使用圓織機編織。圓織機的經(jīng)紗架上有有許多紗錠，依據(jù)編織布幅寬和扁絲寬度，使用規(guī)定范圍數(shù)量的經(jīng)紗，經(jīng)紗進入圓織機前由經(jīng)紗的棕框?qū)?jīng)紗進行交叉開口。緯紗梭子在交叉開口中作圓周運動穿過經(jīng)紗編織成筒布 圓織機是以PP（聚丙烯）或HDPE（高密度聚乙烯）扁絲為原料編織成圓筒編織布的紡織設(shè)備。圓織機通過多把梭子把多條緯紗同時織入，實現(xiàn)扁絲經(jīng)緯交錯編織成布工藝。經(jīng)紗架上有許多紗錠，依據(jù)織布的幅寬和扁絲寬度,選定一定數(shù)量的經(jīng)紗，經(jīng)紗進入圓織機前，由棕框?qū)?jīng)紗進行交叉開口,在經(jīng)線提升的同時，緯線在圓柱體上以等間距纏繞,編織成筒布?！ ∪绻幙棔r經(jīng)紗改用裂膜絲,雙絲,折疊絲,就可以編織出高強度的集裝袋,噸裝袋用布。編織布生產(chǎn)工藝中主要指標由:編織密度,幅寬,抗拉強度,編織布的單位面積重量等組成。 3 圓織機機電原理 圓織機具有三個主運動機構(gòu)和二個副運動機構(gòu)組成，高速六梭圓織機圓織機結(jié)構(gòu)如圖1所示?！ ?center>
圖1 圓織機結(jié)構(gòu) 2.1 送經(jīng)部分 送經(jīng)輥多為主動送經(jīng),它有自己的力矩電機、減速機以及傳動鏈驅(qū)動送經(jīng)輥轉(zhuǎn)動。被動送經(jīng)為無驅(qū)動力,它由主機牽引的扁絲帶動它轉(zhuǎn)動,適用于高線密度的扁絲。主動送經(jīng)輥又稱自動送經(jīng)輥.。本項目送經(jīng)部分由變頻器帶電機實現(xiàn)設(shè)備經(jīng)線的送料，由變頻器控制速度目的實現(xiàn)送經(jīng)部分保持恒定的張力。經(jīng)紗架一般由鋼管或型鋼為骨架,分排和列固經(jīng)紗管的支撐軸及靠盤組成。 2.2主機部分 圓織機的主機由電機、減速系統(tǒng)以及機座構(gòu)成傳動系統(tǒng)。由主轉(zhuǎn)盤驅(qū)動滑塊,滑塊帶動棕帶(棕框)。棕絲、再配以跳桿(張力桿)組件,環(huán)規(guī)等,構(gòu)成開口機構(gòu)。由推梭桿、梭子等構(gòu)成引緯機構(gòu)。圓織機沒有專設(shè)打緯結(jié)構(gòu),它是由梭子上的張緊桿帶動前端的滾輪,借梭子圓周運行,把扁絲帶入并拉向環(huán)規(guī)(織口),即完成打緯。主機部分由變頻器帶電機實現(xiàn)主轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)，主盤的旋轉(zhuǎn)織入緯絲?！ ?.3 提升部分 圓織機卷取機構(gòu)-上牽引系統(tǒng)和收卷機。上牽引系統(tǒng)由主機同時驅(qū)動,它由變緯齒輪改變緯密，由減速機減速,由一對平輥牽引編織布,輸出的編織布由收卷機卷取成布卷。收卷機由力矩電機、減速機及二輥平面滾取卷布。提升部分是由臺達A系列伺服配上的減速機實現(xiàn)對織布的提升，關(guān)鍵點是要根據(jù)主電機的速度變化來精確控制提升伺服的速度，以保證無論主電機速度如何變化，緯線都能均勻地纏繞在經(jīng)線上。收卷部分的作用主要是將織布卷繞成筒同時可以平衡收卷系統(tǒng)的張力，減少提升伺服的力矩輸出?！ ? 臺達自動化解決方案 4.1 方案分析 目前國內(nèi)自動圓織機控制部分是采用控制器+變頻器的方式，控制器可以是PLC或者單片機，顯示部分使用觸摸屏或者是文本顯示器，通過開放的窗口在線設(shè)置緯密，實現(xiàn)扁絲規(guī)格的自由變換。該配置克服了之前機械傳動系統(tǒng)在更換產(chǎn)品后，需要更換機械傳動部分的弊端。但是因為使用的提升部分是由變頻器來控制異步電機，及其響應(yīng)性能比機械傳動機構(gòu)降低很多，這樣一來就會出現(xiàn)在啟動和停止的時候會出現(xiàn)橫條，高速時會出現(xiàn)織物疏密不均的現(xiàn)象，如圖2所示?！ ?center>
4.2 臺達方案設(shè)計 我們根據(jù)目前圓織機存在的問題提出了一套自動塑料圓織機解決方案，該方案以臺達A伺服作為提升，通過與臺達PLC通訊修改電子齒輪比來實現(xiàn)緯密控制，輔以臺達觸摸屏來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的設(shè)定和機器工作狀態(tài)的顯示?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為三個部分:顯示部分、執(zhí)行部分和主控制，如圖3所示。顯示采用AS57GSTD觸摸屏，包含的功能有：圓織機的狀態(tài)信號、變頻器的參數(shù)設(shè)置，電流頻率顯示，自動計米，班組產(chǎn)量統(tǒng)計，緯密設(shè)定，變頻器，伺服的點動控制等等。主控制采用臺達ES系列PLC，主轉(zhuǎn)盤使用臺達變頻調(diào)速，啟動平穩(wěn)。 在本系統(tǒng)中，臺達伺服驅(qū)動器直接根據(jù)主機的位置信號來控制伺服電機，控制結(jié)構(gòu)簡捷可靠;同時充分利用MODBUS 通訊直接更改電子齒輪比。通過臺達觸摸屏，可以設(shè)定圓織機編織的工藝參數(shù);當緯線寬度變化時，只需要簡單的更改緯密度，大大提高了生產(chǎn)效率。此外，本系統(tǒng)還具有生產(chǎn)統(tǒng)計和管理的功能，可以對不同班次進行生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和顯示。整個控制系統(tǒng)具有響應(yīng)及時、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點，很好的解決了圓織機常見的啟停時編織疏密不均和高速時編織質(zhì)量下降的問題?；谂_達解決方案的人機操控界面如圖4所示?！ ?center>
圖1 圓織機結(jié)構(gòu) 2.1 送經(jīng)部分 送經(jīng)輥多為主動送經(jīng),它有自己的力矩電機、減速機以及傳動鏈驅(qū)動送經(jīng)輥轉(zhuǎn)動。被動送經(jīng)為無驅(qū)動力,它由主機牽引的扁絲帶動它轉(zhuǎn)動,適用于高線密度的扁絲。主動送經(jīng)輥又稱自動送經(jīng)輥.。本項目送經(jīng)部分由變頻器帶電機實現(xiàn)設(shè)備經(jīng)線的送料，由變頻器控制速度目的實現(xiàn)送經(jīng)部分保持恒定的張力。經(jīng)紗架一般由鋼管或型鋼為骨架,分排和列固經(jīng)紗管的支撐軸及靠盤組成。 2.2主機部分 圓織機的主機由電機、減速系統(tǒng)以及機座構(gòu)成傳動系統(tǒng)。由主轉(zhuǎn)盤驅(qū)動滑塊,滑塊帶動棕帶(棕框)。棕絲、再配以跳桿(張力桿)組件,環(huán)規(guī)等,構(gòu)成開口機構(gòu)。由推梭桿、梭子等構(gòu)成引緯機構(gòu)。圓織機沒有專設(shè)打緯結(jié)構(gòu),它是由梭子上的張緊桿帶動前端的滾輪,借梭子圓周運行,把扁絲帶入并拉向環(huán)規(guī)(織口),即完成打緯。主機部分由變頻器帶電機實現(xiàn)主轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)，主盤的旋轉(zhuǎn)織入緯絲?！ ?.3 提升部分 圓織機卷取機構(gòu)-上牽引系統(tǒng)和收卷機。上牽引系統(tǒng)由主機同時驅(qū)動,它由變緯齒輪改變緯密，由減速機減速,由一對平輥牽引編織布,輸出的編織布由收卷機卷取成布卷。收卷機由力矩電機、減速機及二輥平面滾取卷布。提升部分是由臺達A系列伺服配上的減速機實現(xiàn)對織布的提升，關(guān)鍵點是要根據(jù)主電機的速度變化來精確控制提升伺服的速度，以保證無論主電機速度如何變化，緯線都能均勻地纏繞在經(jīng)線上。收卷部分的作用主要是將織布卷繞成筒同時可以平衡收卷系統(tǒng)的張力，減少提升伺服的力矩輸出?！ ? 臺達自動化解決方案 4.1 方案分析 目前國內(nèi)自動圓織機控制部分是采用控制器+變頻器的方式，控制器可以是PLC或者單片機，顯示部分使用觸摸屏或者是文本顯示器，通過開放的窗口在線設(shè)置緯密，實現(xiàn)扁絲規(guī)格的自由變換。該配置克服了之前機械傳動系統(tǒng)在更換產(chǎn)品后，需要更換機械傳動部分的弊端。但是因為使用的提升部分是由變頻器來控制異步電機，及其響應(yīng)性能比機械傳動機構(gòu)降低很多，這樣一來就會出現(xiàn)在啟動和停止的時候會出現(xiàn)橫條，高速時會出現(xiàn)織物疏密不均的現(xiàn)象，如圖2所示?！ ?center>
4.2 臺達方案設(shè)計 我們根據(jù)目前圓織機存在的問題提出了一套自動塑料圓織機解決方案，該方案以臺達A伺服作為提升，通過與臺達PLC通訊修改電子齒輪比來實現(xiàn)緯密控制，輔以臺達觸摸屏來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的設(shè)定和機器工作狀態(tài)的顯示?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為三個部分:顯示部分、執(zhí)行部分和主控制，如圖3所示。顯示采用AS57GSTD觸摸屏，包含的功能有：圓織機的狀態(tài)信號、變頻器的參數(shù)設(shè)置，電流頻率顯示，自動計米，班組產(chǎn)量統(tǒng)計，緯密設(shè)定，變頻器，伺服的點動控制等等。主控制采用臺達ES系列PLC，主轉(zhuǎn)盤使用臺達變頻調(diào)速，啟動平穩(wěn)。 在本系統(tǒng)中，臺達伺服驅(qū)動器直接根據(jù)主機的位置信號來控制伺服電機，控制結(jié)構(gòu)簡捷可靠;同時充分利用MODBUS 通訊直接更改電子齒輪比。通過臺達觸摸屏，可以設(shè)定圓織機編織的工藝參數(shù);當緯線寬度變化時，只需要簡單的更改緯密度，大大提高了生產(chǎn)效率。此外，本系統(tǒng)還具有生產(chǎn)統(tǒng)計和管理的功能，可以對不同班次進行生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和顯示。整個控制系統(tǒng)具有響應(yīng)及時、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點，很好的解決了圓織機常見的啟停時編織疏密不均和高速時編織質(zhì)量下降的問題?；谂_達解決方案的人機操控界面如圖4所示?！ ?center>
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