【摘 要】介绍了一种新型的全自动高速卷绕头电气控制系统，该系统基于最新的速度控制理论，实现了丝饼的全自动高速卷绕，保证其逻辑控制、运动控制和工艺控制集成为一体，响应速度快，控制精度高，防叠效果显著，成品及其成形质量更好。
【关键词】全自动高速卷绕头；电气控制系统；自动控制；PLC
化纤行业一般把长丝纺丝系统的卷绕装置称为卷绕头（又称卷绕机），有半自动和全自动两个系列，有高速和低速、民用丝用和工业用丝用等不同规格。高速全自动卷绕头是集机械、电气为一体的高科技产品。卷绕头自控系统的研究是整个设备开发的重要环节。就电气技术本身来说，需要硬件与软件的有机结合。硬件（如变频器等），根据各公司的一般惯例，均采用知名厂家的成熟产品；软件，需要根据生产工艺的要求，独立自主地研究和开发。本文将根据BWrA860T型全自动高速卷绕头自控系统的研发过程和实用效果，探讨变频器、工控机等硬件及配套软件在卷绕头的应用。
一、全自动高速卷绕头电气控制系统
随着化纤纺织机械的快速发展，对电气控制系统的要求越来越高。高速卷绕头作为化纤纺织机械的关键组成部分，其控制系统极其重要。特别是随着纺丝速度越来越高，对卷绕速度的控制精度的要求也越来越高。卷绕系统是一个非常复杂的非线性电气控制系统，为满足系统要求，必须确保电机之间要相互协调运转，尤其是保证速度之间的协调。本文所使用的电气控制系统就是利用PLC加变频器控制的方法，同时结合最新速度控制理论，对卷绕头速度与动作进行精确控制，实现卷绕头的正常运转；利用先进的ADRC控制方式控制线速度，卷绕速度的精度控制有了很大提高；在横动速度控制方面，结合最新的致密精密卷绕（CPW）技术，使丝筒的成形质量有了很大改善。全自动高速卷绕头是一个连续生产使用的设备，除了检修，一年几乎不停车，是纺织机械关键的组成部分，所以要求主件必须具有高精度，装配高度一致性，系统要求动作可靠，控制精度高，同时还必须操作方便，因此卷绕系统的自动控制极其重要。本文介绍了一种新型的全自动卷绕头电气控制系统，它结合最新速度控制理论，实现了丝饼的全自动高速卷绕，保证其逻辑控制、运动控制及工艺控制集成为一体，响应速度快，控制精度更高，防叠效果显著，成品及其成形质量更好。PLC作为主控制器，由按钮、传感器等部件完成速度与位置的检测，由继电器和指示灯等部件完成动作的执行。卷绕头上共安装有5个电机，包括2个卡盘电机、1个横动电机、1个转盘旋转电机和1个压辊启动电机。工控机用于对速度的计算并进行速度比对，把结果送给PLC，最后由PLC来控制调速系统；调速系统主要由变频器驱动电动机来完成，且均采用每个变频器对应驱动一个电机的控制方式，这样既可以有效地降低故障率，又能实现对单个锭子防叠参数的微调，有效地改善卷取筒子的成形质量[1]。系统开始运行时，利用压力辊启动电机，使压辊转速提到与锭轴相同的速度，从而使它们接触时降低接触压力，甚至达到同步运转，这可以有效地减少毛丝或者纸管破损等现象出现的概率。高速卷绕头电气控制系统主要包括卡盘点机的速度控制部分、横动电机的速度控制部分以及各个动作的控制部分。
二、卡盘电机速度控制
在系统运行过程中，卡盘电机带动卡盘轴旋转，由于卡盘和压力辊处于接触状态，从而带动压力辊一起旋转，所以压力辊的旋转速度就可以当成实际的卷绕速度。由于卷绕不断进行，丝饼卷装直径也会不断增大，这时电机的转速需要逐渐降低，才能保证卷绕线速度的恒定，这需要对变频器的频率进行精确控制。而系统通过实际的测定值与整定值的比较，精确计算出控制变频器的给定值，通过改变频率，从而控制筒管夹头转速；同时为减少外部信号的干扰，还需要采取一些相应的抗干扰措施，确保系统测得信号的准确性。本系统结合先进的ADRC控制方式，把比较后的速度值作为输入信号，把压力辊的速度作为反馈信号，对整个控制过程进行认真的动静态分析，形成一个动态的闭环速度控制系统，从而维持卷绕线速度的恒定。由于这种控制方式能对外部干扰等进行数据上的补偿，从而做到对整个系统进行动态反馈以及线性化控制，所以与其他的控制方式相比，比如非线性PID和PID控制等，其控制性能更优，对被控对象控制的鲁棒性更好。总的来说，与传统的卡盘电机速度控制相比，这种方式线速度控制更加平稳，噪声也有所降低，而且精度提高了0.5%左右[2]。
三、横动速度控制
横动导丝机构主要是利用拨叉导丝原理，由丝筒的圆周运动和横动机构的往复运动复合而成的。由于在高速运转情况下容易出现叠丝，严重时还可能出现丝束打滑、卷装无法成形和退绕困难等现象，因此横动速度的控制关系到卷装产品成形的质量的好坏。因此，本系统中采用设置卷绕角与三角波摆频+防叠卷绕的控制方式，结合了先进的致密精密卷绕（CPW）方式，利用其等升角和等螺距卷绕的原理，确保了卷装既能在高速运转且保证其质量情况下完成大直径的卷绕，而且做到在后道工序中顺利退绕，确保退绕时不会出现断丝等现象。在卷绕过程中，根据不同时刻的实际数据算出每时每刻卷装的直径，从设定的程序中选出比其小且最接近它的所对应的卷绕比，由PLC根据卷绕比通过变频器对横动速度进行调控，确保不会出现的叠丝，从而达到精密卷绕，最终达到卷装不重叠的目的。而采用突变三角波和分段跃跳相结合方法可有效避免叠丝的产生，使丝饼成型更加美观，退绕更加容易。突变三角波可以防止三角波的振幅量改动时的惯性波动，分段跃跳可以避开叠丝的卷径。恒定的丝筒圆周转速与横动导丝往返速度保证了铺丝与丝饼硬度的均匀性，丝束的张力也就恒定，有效避免了毛丝、绊丝的产生，从而确保了卷装的良好成形[3]。
四、动作控制
卷绕系统的动作控制部分包括生头尾丝、转盘旋转、松筒和涨筒等。由于动作控制复杂，因此各部件要求精密配合，这就要求PLC的动作要快，可靠性要高。系统中，PLC通过位置传感器判断转盘的实际位置，根据转盘的位置确定转盘电机是否启动与停止。同时PLC根据转盘的位置来控制生头机构和尾丝机构的动作，完成生头和切换的系列动作；转盘的旋转控制既包括满筒时上下卡盘轴的快速切换（目的是完成卷绕机全自动换筒），又包括在卷绕过程中卷装直径增加时转盘的微动，提高丝饼卷装质量。微动时的旋转角度可以根据卷装直径的增加率以及机构本身的尺寸来确定，而这一过程选择一伺服电机进行拖动，当上卡盘完成卷绕时，PLC控制伺服电机带动转盘快速回转，完成上下卡盘轴的快速切换，从而完成卷绕的全自动换筒过程[4]。
五、结语
本文采用的PLC+变频器电气控制系统，结合最新速度控制理论，能很好地实现对卷绕头的电气控制。卷绕线速度控制利用ADRC控制方式，卷绕线速度的控制精度有了很大程度的提高；横动控制上利用致密精密卷绕技术，丝饼卷装的成形质量得到了很大改善，有效地降低了毛丝、断丝、叠丝、蛛网丝等现象的产生，提高了纺丝的品质，确保了卷绕的连续不间断。
【参考文献】
[1]李勇彬，鄒彩虹，刘亮.浅谈全自动高速卷绕头电气系统的自动控制[J].图书情报导刊，2012，22（8）：153-155.
[2]李海明.浅谈桥式起重机电气控制系统设计[J].中国战略新兴产业，2018，No.164（32）：152.
[3]江玲.基于BRF的自动插秧机电气控制系统优化[J].农机化研究，2018，40（8）：228-231.
[4]李斌.浅谈电气自动化控制中的人工智能技术[J].电子技术与软件188金宝博平台，2018（4）：252-252.
