山東日發(fā)紡織機(jī)械有限公司 何旭平 彭國印 石懷海/文

產(chǎn)品開發(fā)

夾持式高速交叉鋪網(wǎng)機(jī)控制的研究

山東日發(fā)紡織機(jī)械有限公司 何旭平 彭國印 石懷海/文

通過分析鋪網(wǎng)小車的往返相對(duì)運(yùn)動(dòng)，用PLC控制與各個(gè)監(jiān)測信號(hào)的相互配合，建立起全新的交叉鋪網(wǎng)控制系統(tǒng)。在保證成網(wǎng)質(zhì)量的同時(shí)，提高出網(wǎng)速度。

鋪網(wǎng)小車 PLC 控制

1 引言

傳統(tǒng)鋪網(wǎng)機(jī)生產(chǎn)的產(chǎn)品所具有的現(xiàn)象是中間略薄、兩端較厚，而且所生產(chǎn)的非織造布產(chǎn)品的克重越大，邊部兩端與中間的厚度所產(chǎn)生的差異就越大。高速鋪網(wǎng)機(jī)運(yùn)動(dòng)速度快，部件的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量大，慣性力也隨之增大，在鋪網(wǎng)的往復(fù)過程中，為減少兩邊換向時(shí)纖網(wǎng)的超喂影響，必須精確控制上下小車及前簾驅(qū)動(dòng)電機(jī)與后簾驅(qū)動(dòng)電機(jī)的頻繁起停的加減速時(shí)間。如果小車加減速時(shí)間過短，就會(huì)造成動(dòng)態(tài)沖擊力很大，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)過程的不穩(wěn)定，這將直接影響鋪網(wǎng)的速度。對(duì)此，需規(guī)劃出最優(yōu)的加減速控制規(guī)律曲線，在減小小車沖擊的同時(shí)也將保證小車平穩(wěn)的運(yùn)行。

傳統(tǒng)的梳理機(jī)出網(wǎng)速度相對(duì)恒定，在鋪網(wǎng)小車運(yùn)動(dòng)過程中翻轉(zhuǎn)反向加速/減速使纖網(wǎng)超喂，導(dǎo)致纖網(wǎng)兩邊厚，中間薄，在后續(xù)的加固過程中，由于張力因素而使纖網(wǎng)產(chǎn)生橫向收縮以及針刺機(jī)對(duì)纖網(wǎng)中部針刺作用強(qiáng)的緣故，也造成產(chǎn)品邊部重量較高。這說明在鋪網(wǎng)時(shí)，若將邊部鋪網(wǎng)較薄、中間鋪較厚，經(jīng)過纖網(wǎng)的橫向收縮以及后面的針刺加工，就有望得到橫向均勻的非織造布。

圖1 纖網(wǎng)在鋪網(wǎng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式

2 鋪網(wǎng)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制

纖網(wǎng)從梳理機(jī)輸出后，經(jīng)皮簾送到前簾上，有上簾壓持，進(jìn)入前簾和后簾的V型夾口中，因兩簾呈傾斜狀態(tài)，逐漸將薄纖夾緊。兩簾夾持的纖網(wǎng)經(jīng)傳動(dòng)羅拉后改變方向，在鋪網(wǎng)小車A中被前簾和后簾夾持，經(jīng)鋪網(wǎng)小車A的往復(fù)運(yùn)動(dòng)鋪疊在成網(wǎng)簾上，由成網(wǎng)簾輸出。纖網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)方式如圖1。

鋪網(wǎng)層數(shù)等于輸出纖網(wǎng)的總面積除成網(wǎng)后的總面積：

N：鋪網(wǎng)層數(shù)；

V2：鋪網(wǎng)簾的往復(fù)速度（m/min）;

W：道夫輸出的薄網(wǎng)寬度（m）；

V3：成網(wǎng)簾的薄網(wǎng)速度（m/min）；

L：成網(wǎng)簾上鋪疊成的纖網(wǎng)寬度（m）；

為避免由于兩端梳理纖網(wǎng)的張力及鋪網(wǎng)完成后續(xù)加固過程中因牽伸導(dǎo)致的纖維橫向收縮，造成纖網(wǎng)厚度在幅寬方向上呈類似二次曲線的凹形不勻分布，即兩端厚中間薄，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。需要對(duì)各運(yùn)動(dòng)部件的速度曲線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，改變纖網(wǎng)截面厚度分布，即控制鋪網(wǎng)百分比的曲線變化，實(shí)現(xiàn)纖網(wǎng)截面輪廓修整功能。下圖2為鋪網(wǎng)各驅(qū)動(dòng)速度檢測曲線，本設(shè)計(jì)采用積分算法+凸輪控制算法，實(shí)現(xiàn)鋪網(wǎng)換向的均勻性和同步性。

圖2 鋪網(wǎng)各驅(qū)動(dòng)速度檢測曲線

3 上位機(jī)介紹

上位機(jī)采用工控機(jī)+組態(tài)模式，全部用戶操作通過觸摸按鈕及對(duì)話框來實(shí)現(xiàn)完成。系統(tǒng)使用虛擬主軸及梳理機(jī)的喂入速度作為所有軸運(yùn)行的參考速度；系統(tǒng)曲線通過SIMOTION運(yùn)動(dòng)控制軟件規(guī)劃每根軸的CAM運(yùn)動(dòng)曲線；組態(tài)軟件中預(yù)留CAM曲線規(guī)劃點(diǎn)設(shè)定，以方便現(xiàn)場根據(jù)不同材質(zhì)及克重需求對(duì)運(yùn)行曲線進(jìn)行修調(diào)；組態(tài)軟件具有配方設(shè)定、存儲(chǔ)、調(diào)用等功能。

上位機(jī)控制所能完成的要求具體如下：

1、各執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以在手動(dòng)模式下進(jìn)行獨(dú)立操作；

2、各監(jiān)測點(diǎn)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)所有的狀態(tài)在人機(jī)界面內(nèi)均可以觀察顯示；

3、小車零點(diǎn)校準(zhǔn)可以在斷電后儲(chǔ)存，并且在絕對(duì)值編碼器配合下長期保持；

4、各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)生產(chǎn)相關(guān)的參數(shù)都可以進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)修及聯(lián)機(jī)修調(diào)；

5、曲線可以實(shí)時(shí)規(guī)劃、儲(chǔ)存、調(diào)用和修改；

6、工藝相關(guān)參數(shù)具有配方記錄及調(diào)用功能；

7、生產(chǎn)速度：最高車速≤120m/min，出網(wǎng)速度≤80m/min；

8、預(yù)留一定比例的控制點(diǎn)，以便于后期加裝、更改門保護(hù)類產(chǎn)品或產(chǎn)品升級(jí)改動(dòng)。

4 控制系統(tǒng)介紹

高速鋪網(wǎng)機(jī)控制系統(tǒng)采用西門子SIMOTION控制器控制，驅(qū)動(dòng)器要求性能穩(wěn)定，便于維護(hù)，控制精度高，執(zhí)行速度快，滿足大慣量大扭矩輸出需求。

底簾升降調(diào)節(jié)電機(jī)具有供電檢測、過載保護(hù)功能；張力調(diào)節(jié)氣缸控制具有雅鹿檢測及設(shè)定功能；上下小車實(shí)時(shí)位置由絕對(duì)值編碼器檢出；糾偏調(diào)節(jié)由氣缸及光電檢測傳感器組合控制。

4.1 CPU配置

本系統(tǒng)采用西門子SIMATIC S7-300系列6ES7315-6TG10-0AB0作為PLC控制平臺(tái)，輸入點(diǎn)數(shù)8，輸出點(diǎn)數(shù)8，擴(kuò)展方便，分布式模型控制，運(yùn)算能力非常強(qiáng)大，目前伺服的控制周期為1ms,可滿足高速的控制要求。通訊模塊完成與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，該模塊主要檢測輸入上下小車的零點(diǎn)及前限位，輸出檢測伺服使能信號(hào)及指示燈，并同時(shí)將電機(jī)的編碼器信息、上下車的絕對(duì)編碼器位置及設(shè)備的輸入/輸出狀態(tài)，返回到觸摸屏。整套系統(tǒng)完成人機(jī)界面、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、I/O邏輯運(yùn)算、故障診斷及通訊等功能；

4.2 擴(kuò)展模塊

擴(kuò)展DI模塊選用6SE7321-1BH02-0AA0，輸入點(diǎn)數(shù)16，主要檢測前后糾偏，碳簾限位，小車后限位，伺服驅(qū)動(dòng)報(bào)警等信號(hào)；擴(kuò)展DO模塊選用6SE7322-1BF01-0AA0，輸出點(diǎn)16，主要控制前后簾糾偏升降，手動(dòng)喂入反轉(zhuǎn)及故障停車等執(zhí)行信號(hào)；擴(kuò)展AI模塊選用6SE7331-7KB02-0AB0，主要接收并處理糾偏信號(hào)及設(shè)備的速度信號(hào)；擴(kuò)展AO模塊選用6SE7322-5HF00-0AB0，主要負(fù)責(zé)喂入輸出等動(dòng)作的速度給定。

4.3 接口模塊

接口模塊選用IM174模塊，控制器與IM174之間的通信專門通過PROFIBUS使用IM174特定額消息幀類型來進(jìn)行，主要作用是完成CPU與伺服驅(qū)動(dòng)器之間的數(shù)據(jù)通訊。

下圖3為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

4.4 光電傳感器的選用

碳簾糾偏所用的光電傳感器使用洞頭耀星電子生產(chǎn)的GUX-UD4524PA/4L(3L)，PNP常開，具有四個(gè)檢測點(diǎn)，可根據(jù)檢測信號(hào)數(shù)來設(shè)定糾偏電機(jī)的糾偏程度。

4.5 伺服控制系統(tǒng)

采用西門子推出的SINAMICS S120伺服驅(qū)動(dòng)器。CPU集成SIMOTION控制器內(nèi)核，通過PROFIBUS-DP通訊口等時(shí)同步通訊模式，實(shí)現(xiàn)總線、分布式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服電機(jī)選用西門子FK和FT系列，組態(tài)時(shí)通S7TConfig調(diào)試軟件，使用自動(dòng)配置方式，可以自動(dòng)將所有西門子伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器參數(shù)讀取，免去繁瑣的伺服參數(shù)配置過程。減速機(jī)選用弗蘭德，性能穩(wěn)定，故障率低，速度位置控制精度高，往復(fù)運(yùn)行沖擊小，滿足可靠運(yùn)行速度至少達(dá)120m/min。伺服控制結(jié)構(gòu)圖如圖4。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

位于STEP 7編程庫中的T-CPU運(yùn)動(dòng)控制專用指令功能塊，通過簡單調(diào)用運(yùn)動(dòng)控制指令功能塊，完成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)。同時(shí)，可以借助強(qiáng)大的SIMATIC 平臺(tái)，順利完成SIMATIC HMI操作畫面的開發(fā)，SIMATIC NET通訊工作的開發(fā)，遠(yuǎn)程診斷維護(hù)工作的開發(fā)，等等。本系統(tǒng)采用PLC梯形圖編程控制實(shí)現(xiàn)各種的邏輯順序。

下圖5為鋪網(wǎng)系統(tǒng)主控制檢測流程，

圖4 伺服控制結(jié)構(gòu)圖

圖5 鋪網(wǎng)系統(tǒng)主控制檢測流程

6 結(jié)束語

整個(gè)系統(tǒng)采用全位置閉環(huán)控制，外部使用絕對(duì)值編碼器或磁致伸縮尺檢測鋪網(wǎng)小車實(shí)時(shí)絕對(duì)位置可以有效的解決鋪網(wǎng)小車因?yàn)槠Т蚧鸬奈恢闷罴袄塾?jì)偏差。在設(shè)定及校準(zhǔn)好基準(zhǔn)點(diǎn)后可以長期保持，簡化開機(jī)動(dòng)作。該控制系統(tǒng)可以保證性能穩(wěn)定，故障率低，速度位置控制精度高，往復(fù)運(yùn)行沖擊小，滿足鋪網(wǎng)工藝需求。