伺服驅(qū)動器ACOPOS multi在1512錠超長細紗機上的應用
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摘要：本文主要介紹了貝加萊新一代伺服驅(qū)動器ACOPOS multi在國內(nèi)首臺全數(shù)控1512錠配集體落紗超長細紗機上的應用。該機型羅拉部分采用了獨立的驅(qū)動技術，取消了所有的機械變換齒輪，通過伺服傳動取代傳統(tǒng)機械齒輪的復雜連接，前中后羅拉做到嚴格同步，實現(xiàn)牽伸倍數(shù)和捻度的精密控制，保證高支數(shù)紗線的成紗質(zhì)量；其次通過取消鋼領板的機械凸輪機構，采用先進的伺服控制技術實現(xiàn)卷繞的電子成形技術，從而實現(xiàn)了機械結(jié)構的簡化、生產(chǎn)速度的提高、以及紗線支數(shù)和管紗成形的自動調(diào)節(jié)，使得機器更加具有柔性，全觸摸式的人機界面設定，能夠適應終端客戶對于紡紗工藝不斷變化的市場需求。
關鍵詞：ACOPOS multi伺服驅(qū)動羅拉分段傳動電子凸輪集體落紗

1. 前言：

上海二紡機股份有限公司是專業(yè)從事紡織機械及紡織器材制造的大型企業(yè)之一，進入21世紀，上海及長三角飛速發(fā)展的經(jīng)濟環(huán)境、金融環(huán)境、信息環(huán)境和環(huán)保環(huán)境，為上海二紡機的持續(xù)發(fā)展提供了絕好的機遇，同時也面臨著更大的挑戰(zhàn)。在考慮更具競爭力的產(chǎn)品以應對日益激烈的國際競爭，2007年底，我們啟動了EJM158JL型超長車細紗機帶集體落紗的產(chǎn)品開發(fā)計劃，設計國內(nèi)首臺高達1512錠的超長車設備，這是一項卓越的挑戰(zhàn)。

2. 系統(tǒng)概述：

細紗超長車是一個面向未來的機器設計，不僅僅是因為它所要實現(xiàn)的高性能技術指標，并且對于人工、占地等投資也會有大量的節(jié)省，就未來實現(xiàn)細絡聯(lián)、粗細聯(lián)來說，自動化程度的提高對于未來機器的柔性整合至關重要。

EJM158JL型細紗機采用全數(shù)字化電氣控制系統(tǒng)，是集現(xiàn)場總線、PLC通訊控制、光機電一體化的配集體落紗裝置的新型紡機。該機的細紗錠數(shù)可達1512錠（標準常規(guī)細紗機為480錠/臺），為國內(nèi)錠數(shù)之最，預計可為用戶節(jié)省15%的生產(chǎn)成本，減少20%的占地面積。同時全自動化的集體落紗裝置取消了傳統(tǒng)的人工落紗環(huán)節(jié)又可使棉紡廠萬錠用工人數(shù)減少25人左右。全機各傳動機構均采用單獨電機驅(qū)動，用電氣閉環(huán)控制代替機械齒輪傳動，使紡紗品種轉(zhuǎn)換過程全部由計算機完成，取消了所有機械變換機構，降低了機械材料和維護成本，提高了整機的產(chǎn)量和穩(wěn)定性。全機采用了先進的電子凸輪技術代替了傳統(tǒng)的機械凸輪，運用先進的位置型伺服與電機來自動定位，人性化的操作界面可使用戶自行設定各種變速曲線、工藝參數(shù)和集落定位，具有高效，節(jié)能，方便，精確的性能。

3. 控制系統(tǒng)方案簡介：

整套控制部分由上位機、人機界面、變頻控制器、專用伺服控制器、同步電機、伺服電機、Powerlink高速通訊總線等組成，主要控制如下四部分：

①羅拉分段獨立傳動：

分別由ACOPOS multi伺服控制器控制12個羅拉同步電機傳動前中后中間分段的12根羅拉，取消傳統(tǒng)意義上的由主軸帶動，再通過車頭機械齒輪變換來帶動羅拉傳動的方法。
對于超長車而言，前、中、后羅拉在運行過程中，尤其是高速中會產(chǎn)生微小的機械變形，這些微小的變形對于成型紗線的質(zhì)量而言卻有著非常大的影響，為了解決這個問題，設計了分段獨立驅(qū)動的羅拉驅(qū)動方案，即前后車頭與車尾的羅拉在中間斷開，分別由車頭與車尾的同步羅拉電機單獨驅(qū)動，多個軸之間不斷的通過編碼器與總線通訊實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)交換，以確保相互之間同步關系的捆綁，在解決機械變形的同時，有效的解決了羅拉分段之后高精度的同步傳動，即使在突然斷電的時候，各個軸之間依然能夠保持同步降速停止，以保證高質(zhì)量的實現(xiàn)紡紗的需求，保證了紗線生產(chǎn)的一致性。

同時，這樣設計的好處還在于：用戶在變換工藝時，只需將各羅拉的直徑，成紗需要達到的捻度和總牽伸倍數(shù)、后牽伸倍數(shù)等數(shù)據(jù)由人機界面輸入即可，通過大量的數(shù)字化軟件編程的方法，由程序內(nèi)已編寫好的紡紗曲線和數(shù)學公式在幾毫秒的時間周期內(nèi)，時刻控制和修正紗線的牽伸及捻度，以達到不再需要進行繁瑣的更換機械齒輪來變換紗線工藝的目的，達到機械上永不磨損，同時還節(jié)省了更換機械組件所耗費的時間。如下圖2：

圖2：工藝變換及牽伸倍數(shù)的設定
②鋼領板傳動采用電子凸輪技術

鋼領板級升采用具有電子凸輪功能的凸輪型伺服控制器及伺服電機，取代了原來復雜的機械齒輪及凸輪結(jié)構組件，以達到電子凸輪成形代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械凸輪成形，其原理為通過用軟件編程的方法控制伺服電機對其拖動的元件進行類似于機械組件一樣的不規(guī)則的運動，并且同時實現(xiàn)對鋼領板傳動的準確跟蹤。

傳動分配
圖3：鋼領板升降傳動
細紗的管紗分管頂、管身和管底三個部分，卷繞形式采用圓錐形交叉卷繞形式(又稱短動程升降卷繞)，同一層紗各處的卷繞直徑不同，以實現(xiàn)退繞時紗可從管頂抽出而管體不轉(zhuǎn)動，適應高速退繞的目的。

因此，在細紗的電子成形控制中，采用伺服系統(tǒng)控制鋼領板電子凸輪功能，根據(jù)前羅拉的出線速度和紗線的粗細度設定卷繞節(jié)距和成形高度，計算出紗線在管身和管底卷繞所須的鋼領板升降速度；通過編碼器發(fā)出信號反饋給伺服系統(tǒng)，實現(xiàn)細紗的電子成形。

圖4：電子凸輪運動曲線圖
電子凸輪技術的應用使得紗線成型變得簡單，與傳統(tǒng)的機械凸輪機構相比，它消除了機械磨損所帶來的機器維護成本的上升，并且，最重要的是，采用伺服驅(qū)動后，通過數(shù)學模型和經(jīng)典凸輪成型公式的應用，整個成型工藝變得更加靈活，它無需對機械組件進行重新的變化，而僅僅只需通過積升參數(shù)的設置，伺服自行運行不同的CAM曲線來實現(xiàn)不同紡紗過程對于傳動的要求，以達到更好的成型效果。