络筒机自动换管机构的控制系统设计讲解

1、南通纺织职业技术学院络筒机自动换管机构的控制系统设计目录1 络筒机的概述 21.1 络筒机的发展 2.1.2 络筒的目的和要求 3.1.3 自动络筒机的工艺流程 3.2 自动络筒的主要机构 42.1 自动络筒机构组成 4.2.2 络纱锭部分 6.2.3 自动换管机构 1.0.3 模拟自动换管机构的 PLC控制系统设计 133.1 元器件的选择 1.4.3.2 输入 /输出与端口的分配 1.53.3 PLC的外部接线图 1.63.4 自动换管机构的程序图 1.73.5小结 1.9.总结 20参考文献 21南通纺织职业技术学院1 络筒机的概述1.1 络筒机的发展由于微电子技术和计算机技术的广泛应用

2、，此时我国也开始引进国外技术， 主要有青岛纺机厂、山西、陕西、常州等机械厂开始生产 GA003 型（仿萨维奥 RAS15型）和 GA004 型（仿村田 No7-型）自动络筒机。但是终因机械零件多， 精度要求高，互换性、可靠性及稳定性不够而未能形成批量生产。国内纺织企业开始与德国赐来福公司、 意大利萨维奥公司进行自动络筒机的 技贸结合，进口部件，国内组装。最为成功的国内企业是青岛宏大和上海二纺机。 上海二纺机虽引进自动络筒机项目， 国家和企业投入大量资金， 但未形成成熟商 品。目前，国产自动络筒机在市场占有率和品牌知名度方面与国外相比还有一定 的差距。如果想在今后的市场竞争中占有一席之地， 国内

3、企业必须依靠有自主知 识产权、更新的技术、更优的质量和性价比更高的产品，才能满足用户要求。国外自动络筒机经历过大批锭 （即每台自动络筒机一只打结器） 、小批锭（即 每一定量锭子一只打结器）及单锭（即每锭一只打结器）三个发展阶段。自单锭 式自动络筒机进入市场后，自动络筒机的发展进入一个崭新的阶段。第一代自动络筒机就是单锭式自动络筒机，其典型代表是 RAS15、村田 7- 。它基本靠机械结构控制，结构非常复杂，设计难度和制造精度要求非常高， 而工作速度和效率比较低。 以 ESPER、O 村田 7-V、AUTOCONER238为代表的第二 代自动络筒机相比第一代自动络筒机有了较大改变， 机械结构简化

4、， 动作可靠性 提高，机械零部件制造精度要求降低， 实现了数据统计与设置的人机对话， 生产 速度和效率得到了提高。南通纺织职业技术学院到了上世纪末，国外自动络筒机快速发展，已经形成了以 ORION、 AUTOCONE、R 村田 21C为代表的第三代自动络筒机。相比于第一、第二代自动 络筒机，高度的机电一体自动化是第三代自动络筒机最大的特点。 目前国外生产 自动络筒机的公司主要有三家， 包括意大利的萨维奥公司、 德国的赐来福公司以 及日本的村田公司。新一代自动络筒机主要技术性能表现在：产量高，卷绕速度可达 2200 米/分；质量好，采用新型电子防叠，电子张力控制，提高筒纱质量；数字化，机电一体化

5、水平高，实现智能化控制； 价格低，在提高产量和质量的前提下，价格低于第二代产品。1.2 络筒的目的和要求络筒机主要是将原纱通过络筒工序加工成符合一定要求的大卷装筒子， 以便 于后道加工工序的进行。 络筒的目的在于改变卷装， 增加纱线卷装的容纱量， 提 高后道工序的生产率； 络筒的另一个目的在于清除纱疵， 检查纱线直径， 清除纱 线上的疵点和杂质， 改善纱线品质。 只有纱线的外观质量改善， 产品的内在性能 提高，产品的结构形态稳定，才能提高纺织产品的档次。络筒的基本要求：（1）卷绕张力适当，不损伤纱线原有的物理机械性能；（2）筒子卷装容量大，成型良好，便于退绕；（3）纱线接头小而牢，尽量形成无结

6、头纱线；（4）用于整经的筒子要定长，用于染色筒子要结构均匀（卷密均匀） 。1.3 自动络筒机的工艺流程如图 1.1所示，纱线自管纱 1 上退绕下来，经过气圈破裂器 2（或气圈控制 器）、预清纱器 4（检查纱疵）、纱线张力装置 5、自动捻接器 6、电子清纱器 7 （检测捻结）、上蜡装置 9 和导纱槽筒 10 后卷绕在筒子 11 上。其中，预清纱器 的任务是预先清除纱线上的杂疵， 减少电子清纱器的负担和停车次数； 纱线张力 装置是对纱线附加张力的主要器件；自动捻接器用于纱线的退捻和捻结。南通纺织职业技术学院图 1.1 自动络筒机的工艺流程1-管纱 2-气圈破裂器 3-余纱剪切器 4-预清纱器5-张

7、力装置 6-自动捻接器 7-电子清纱器 8-张力传感器9-上蜡装置 10-槽筒 11- 筒子2 自动络筒的主要机构2.1 自动络筒机构组成自动络筒机主要由车头控制箱和机架、络纱锭、自动换管装置、除尘系统、南通纺织职业技术学院自动换筒装置、定长装置、电脑系统、气流循环系统等部分组成。（1）车头控制箱和机架车头控制箱是自动络筒机的指挥中心， 主要由电源控制装置、 电脑系统、 电 子清纱器的控制仪、 空吸装置、 压缩空气控制和仪表显示等组成。 机架往往是装 配式组合机架。 机型不同， 每节机架装有的锭数也不同， 可根据需要将相同锭数 的机架连接起来。（2）络纱锭自动络筒机的络纱锭是自动络筒机的最重要

8、部分， 主要由气圈控制器、 预清 纱器、纱线张力装置、自动捻接器、电子清纱器、切断夹持器、上蜡装置、捕纱 器、槽筒和筒子架等构成。 络纱锭的纱线通道具有很小的包围弧， 降低了纱线的 毛羽、细节、粗节和棉结，提高了纱线强度，减少了纱线在退绕过程中的不必要 断头。（3）自动换管机构自动换管机构是自动络筒机的辅助机构， 不同的机型有所区别， 其中萨维奥 自动络筒机的自动换管机构有管纱库、 管纱滑槽和插纱锭座三部分组成。 管纱库 一般有 6 个位置，最多可以存放 5 只管纱，由人工放置。对于不同的机型，管纱 的几何尺寸（如纱管长度范围、 管纱最大直径和管纱底部内径等） 有相应的规定。 工作管纱上的纱线

9、退绕完毕时， 光电传感器检测判别并发出信号， 驱动传动机构 将插纱锭座转向空管输送带并把空纱管踢入输送带， 步进电机驱动管纱库转动一 定角度，将满管纱补入插纱锭座。空管的收集有整台和分节两种，整台收集的， 空管从自动换管装置下落到水平输送带上， 由输送带将其移送到机头的倾斜输送 带，然后落入到集管箱。（4）除尘系统 装在车头控制箱下部空吸装置的风机与贯通全机的高效除尘机构组成除尘 系统，包括管纱除尘器、 巡回吸风机及多喷嘴装置。 它吸取管纱退绕产生的大量 飞花和锭位上方吹下来的飞花和尘埃， 同时吸取捻接过程中产生的回丝。 它是一 个不断运动的清洁系统，对提高络筒质量和车间的文明生产极为有利。（

10、5）自动换筒装置当筒子卷绕达到预定的绕纱长度或筒子直径时， 自动落筒装置自动定位在换南通纺织职业技术学院筒位置，落下满管筒子并换上一只空筒管， 完成空管生头的动作。 同时按要求绕 好尾纱，将满筒推入机后的筒子输送带。（6）定长装置电脑系统可以为每个生产组合建立满筒长度或直径， 设定两套数据来控制满 筒自停装置， 用以同时控制筒子绕纱的长度和卷绕密度连个参数， 生产品质优良 的筒纱。（7）电脑系统每台络筒机都装备了电脑检测信息控制系统， 对整个生产程序进行储存、 控 制和检测，并提供生产数据。一台络筒机可分为几个组，同时生产不同品种、不 同规格的产品。（8）气流循环系统自动络筒机在运行过程中，

11、气路的循环贯穿全机， 其中有除尘清洁循环、 压 缩空气通道及真空吸气通道。2.2 络纱锭部分络纱锭是自动络筒机机构最多、 动作最为复杂的部分， 也是全机的核心。 下 文将对络纱锭部分的气圈控制器、 纱线张力装置、 自动捻接器、 电子清纱器以及 槽筒等关键部件做详细阐述。1、气圈控制器管纱在退绕过程中会产生气圈， 造成退绕张力波动。 气圈控制器能改变气圈 形状，有效地均匀并降低管纱从满管至管底整个退绕过程中纱线的张力， 不仅能 够获得卷绕密度均匀的筒子，还能防止管纱退绕过程中的脱圈。目前市场上使用较为广泛的气圈控制器有两种。一种是日本村田的 Bal-Con跟踪式气圈控制器，如图 2.1 所示。它

12、采用套管 式上下跟踪运动来控制管纱在高速退绕过程中形成的双气圈或多气圈以及纱线 摩擦管头退绕时造成的脱圈断头，可以解决中小纱的断头排纱。南通纺织职业技术学院图 2.1 Bal-Con 跟踪式气圈控制器另一种是德国赐来福和意大利萨维奥采用的气圈破裂器，如图 2.2 所示。这种气圈破裂器能有效地降低和均匀气圈张力， 但是对气圈不能实时跟踪， 当管纱退绕到底部时，退绕张力增大，只能通过降低络筒速度来减小络筒张力。图 2.2 气圈破裂器1- 管纱 2- 气圈破裂器2、预清纱器预清纱器一般为缝隙式， 结构简单。 它安装在张力装置外壳的底部， 主要用 于阻断管纱上脱出的纱圈进入张力装置， 并刮去纱线上的粗

13、大杂质 （如棉结合带 纤维籽屑），以减少电子清纱器的负担和停车次数。3、纱线张力装置以前自动络筒机的络纱张力控制是随机的， 即张力器对纱线的附加张力是预 先设定的一个不变的张力补偿值。 它不会因纱线退绕张力的变化而变化， 易造成 卷绕不均以及后道工序退绕时络筒张力的波动。 目前新型自动络筒机主要采用新 型的张力控制措施， 即附加张力是变化的。 它随退绕张力变化而反向变化， 通过南通纺织职业技术学院调节、补偿张力使络筒张力保持恒定。意大利 ORION型采用了这一原理。 自动络筒机上张力装置有很多种类型， 目前普遍采用的是： 张力盘式张力装 置和陶瓷栅栏式张力装置。 目前，国内自动络筒机上张力装置

14、的主要类型有圆盘 式、弹子式、弹簧张力鞋式、曲弧板式、梳齿式及气动式等，如图2.3 所示。1- 瓷碗 2-钢球1-金属支柱 2-铁杯 3-下张力盘4-上张力盘 5 、6-垫圈 7-保护杆 （2）圆盘式1）子弹式1-圆盘 2-张力鞋 3-摆动杆 4-扭力弹簧3）弹簧张力鞋式4）曲弧板式5）气动式6）梳齿式图 2.3 各种张力装置南通纺织职业技术学院4、自动捻接器能使纱线的首尾两端经过解捻， 再通过加捻器将其首尾捻接起来的接头方式 称为纱线捻接技术。其捻接原理如图 2.4。图 2.4 捻接原理 目前的纱线捻接技术主要有： 人工捻接和空气捻接。 空气捻接即通过压缩气 体进行解捻和加捻动作， 具有灵活

15、性高、 操作简单、 可靠性高以及保养维护成本 相对低廉等优点，因此空气捻接广泛应用于自动络筒机。5、电子清纱器 电子清纱器主要用于检测纱线的直径， 清除纱疵杂质， 提高纱线的质量。 按 照检测原理分为电容式和光电式。电容式电子清纱器是检测单位长度内纱线的质量变化， 纱线以恒速通过电容 器的两块金属极板之间。光电式电子清纱器是检测纱疵的侧面投影。6、切断夹持器 切断夹持装置执行电子清纱器所发出的指令，把粗细疵点和双纱疵点切除， 夹持器把被切断的纱夹持住。7、上蜡装置毛羽是衡量纱线质量的重要指标之一。 纱线的毛羽不仅影响纱线本身的表面 光洁度和弹力， 还影响后道工序的顺利进行。 纱线上蜡的主要目的

16、就是使纱线表 面形成一层保护层， 以减少络筒对纱线毛羽的恶化。 纱线上蜡过程中， 蜡块在纱 线的拖动下绕轴心自身转动， 从而保证上蜡的均匀度以及蜡块的使用效率。 只有 纱线和蜡块之间有足够的摩擦力， 才能使上蜡机构能够随着纱线的切向运动而转 动。南通纺织职业技术学院8、捕纱器捕纱器在上蜡装置的上方。 捕纱口位于导纱板的上方， 紧靠在正在运行的纱 线的后面。纱线断头时，捕纱器把下方的纱头吸入，并保持在此位置。切断装置 的切刀把纱切断后，捕纱器把切下的吸头吸入。9、槽筒槽筒是络纱卷绕的最重要部件。 槽筒的作用是使纱线横动， 驱动纱管， 形成 筒子，成形的筒子必须满足后道工序的需求。 槽筒按照材质可

17、以分为胶木槽筒和 金属槽筒。胶木槽筒虽价格便宜、工艺简单，但其耐磨性差，寿命短；槽筒为实 心，耗电量大；静电效应大，易使纱线起毛、起球、断裂。这些缺点严重制约了 胶木槽筒的使用。金属槽筒导电性好，能够消除静电，且表面及沟槽光洁度好， 不易拉毛和碰断纱线，因此被广泛应用在自动络筒机上。2.3 自动换管机构每锭自动络筒机一般配置一套自动换筒装置，保证了生产效率水平的提高。 自动换管机构主要由纱库、 管纱滑槽和插纱锭座等组成， 每个部件又由零件及子 部件构成，结构较为复杂。1、纱库如图 2.5 所示为 6 个位置的纱库。图 2.5 纱库1- 管纱尾吸管套筒与管帽 2-管纱库 3-管纱库底盘10南通纺

18、织职业技术学院纱库一般由管纱库、管纱尾吸管套筒、管纱尾管帽、管纱库底盘组成。原理图如图 2.6 。当细纱管纱纺完后，自动络筒机自动换纱，换纱时纱库自 动旋转，开始换纱时输送连杆的销子弹开停止销的罗拉， 释放停止销； 然后输送 连杆旋转， 用纱库输送棘爪使纱库停止齿轮旋转， 转动纱库； 停止销靠在纱库停 止齿轮，与纱库停止齿轮的下一个沟相合，进行纱库的定位；输送连杆返回时， 停止销的罗拉部位向输送连杆复位方向是自由，所以回到状态的条件。图 2.6 纱库旋转原理图2、管纱滑槽管纱滑槽采用钢制“ V”型滑槽，模型如图 2.7 所示。换管时，纱库中的满 管纱靠自重滑落至插纱锭上，这就要求“ V”型滑槽

19、的内表面光滑，以减少管纱 纱线在滑落过程中的磨损以及造成的过多毛羽。图 2.7 管纱滑槽11南通纺织职业技术学院在滑槽形状上，将滑槽结构设计成相互对称的两块滑板，且当两块对称的滑板抱合时，呈“ U”型，这一点既消除了“ V”滑槽开口逐渐增大的弊端，又进图 2.8 管纱滑槽机构简图10981-驱动凸轮 2-转轴 3、4、5、6、7、8连杆 9、 10-滑板管纱滑槽空间连杆机构的机构简图如图 2.8 所示。其中，凸轮 1 始终与转轴 2 接触，转轴 2 上连有两个对称的球杆 3 和球杆 4 ，球杆 3 与球杆 5 球铰，球杆 4 与球杆 6 球铰，球杆 5 与连杆 7 球铰，球杆 6 与连杆 8

20、球铰，连杆 7 与连杆 8 的末端分别固定两块对称的滑板 9和 10。其工作原理为：当工作管纱退绕完毕， 插纱锭座转动一个位置，空管被排出后，步进电机驱动凸轮 1 旋转，带动转轴 2 旋转一定角度， 使连杆 5 末端的两块滑板 9 和 10 接触，此时纱库旋转一个位置， 满管纱插到插纱锭上，滑板 9和 10在凸轮的驱动下张开，回到初始位置。3、插纱锭座插纱锭座包含了空管排出器、 插纱锭座、插纱锭和螺栓。 当纱线退绕完毕时， 空管排出器将空管排出至水平输送带上， 之后由输送带将其移送到机头的倾斜输 送带上，然后落入到集管箱。12南通纺织职业技术学院3 模拟自动换管机构的 PLC 控制系统设计根据

21、之前的知识所学， 应用 PLC对萨维奥自动换管机构进行模拟的设计。 过 程从无纱线信号发出开始到换管结束位置。图 3.1 为流程图。图 3.1 自动换管流程图自动络筒机在络筒过程中， 当工作管纱退绕完毕时， 光电传感器检测判别并 发出信号， 驱动传动机构启动， 空管排出器把空管纱踢入输送带， 管纱滑槽机构 闭合，步进电机驱动管纱库， 使管纱库旋转一定角度， 预先放置在纱库中的新的 满管纱靠自重经过管纱滑槽插到插纱锭上， 无纱线时， 管纱库继续旋转， 直到有 纱线信号时，管纱滑槽机构打开，换管结束，纱线接头之后继续开始卷绕。13南通纺织职业技术学院3.1 元器件的选择在此选用三菱 FX2N-32

22、MR的PLC进行对萨维奥自动络筒机的自动换管机构进 行模拟，此时假设管纱库中可放 3个管纱。1、FX系列PLCFX系列产品， 它内部的编程元件， 也就是支持该机型编程语言的软元件， 按 通俗叫法分别称为继电器、 定时器、计数器等，但它们与真实元件有很大的差别， 一般称它们为“软继电器”。 这些编程用的继电器， 它的工作线圈没有工作电压 等级、功耗大小和电磁惯性等问题； 触点没有数量限制、 没有机械磨损和电蚀等 问题。它在不同的指令操作下，其工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以 作脉冲数字元件使用。一般情况下，X：代表输入继电器Y：代表输出继电器M：代表辅助继电器T：代表定时器C：代表计数器

23、S：代表状态继电器2、PLC程序中常用到的电气元件 接近开关：接近开关又称无触点行程开关， 它除可以完成行程控制和限位保 护外，还是一种非接触型的检测装置， 用作检测零件尺寸和测速等， 也可用于变 频计数器、 变频脉冲发生器、 液面控制和加工程序的自动衔接等。 特点有工作可 靠、寿命长、功耗低、复定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环境等， 接近开关原理如图 3.2。物体图 3.2 接近开关原理框图14南通纺织职业技术学院当物体接近时， 感应头产生信号到振荡器， 振荡电路产生的高频磁场受到信 号干扰，感应电流增强，引起振荡电路的负载增加，然后振荡减弱直到停止，传 感器通过振幅监测电路检测振

24、动变化，通过输出器传出信号。时间继电器：三菱 PLC中， T 代表了定时器。相当于继电器线路中的时间继 电器，它在程序中用作延时控制。 FX2系列 PLC定时器共有 4中类型，型号 T0-T199 T200-T245 T246-249 T250-255 名称分别为 100MS定时器， 10MS定时器 1MS定时 器 100MS积算定时器。（数量，计时范围也不一样）定时器可以使用立即数K作为设定值。 K10中的 10 也相当于延时的时间。在程序中应该注意的是：掉电 以后，如何防止定时器可能发生的错误动作。辅助继电器：PLC内有很多的辅助继电器， 其线圈与输出继电器一样， 由 PLC 内各软元件的

25、触点驱动。辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的任何联系， 只供内部编程使用。它的电子常开 / 常闭触点使用次数不受限制。但是，这些触 点不能直接驱动外部负载， 外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现。 辅助继 电器的主要用途是在继电保护和自动控制中用于扩大主继电器的触点容量和触 点数目。电磁阀：电磁阀是用电磁控制的工业设备， 用在工业控制系统中调整介质的 方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀是用电磁的效应进行控制，主要的控制 方式由继电器控制。 这样， 电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制， 而控 制的精度和灵活性都能够保证。3.2 输入/ 输出与端口的分配根据动作要求分析所得，该过程需

26、要 10个输入端， 5个输出端，具体分配 见表 3.1 。表 3.1 I/O 分配表输入元件符号元件名称输出元件符号元件名称X0SQ0接近开关 1Y0YV1管纱弹出X1SQ1接近开关 2X2SQ2弹出装置开关Y1YV2管纱滑槽闭合15南通纺织职业技术学院X3SQ3管纱滑槽闭合位置开关X4SQ4管纱限位开关 1Y2YV3管纱滑槽打开X5SQ5管纱限位开关 2X6SQ6管纱限位开关 3Y3KM1管纱库旋转X7SQ7管纱滑槽限位开关X10SB1启动Y4HL换管结束X11SB2停止3.3 PLC 的外部接线图根据系统原理的需要，绘制了电气原理图，如图 3.3 所示图 3.3 外部接线图16南通纺织职业

27、技术学院其中用到一个 FX2N-32MR的 PLC，即 32个端口的 PLC，3 个电磁阀，汽缸带 动纱管的弹出、 滑槽机构的闭合与打开， 通过电动机实现管纱库的旋转， 最后当 管纱滑槽打开到位时，根据 HL 指示灯的提示告知换管结束。3.4 自动换管机构的程序图根据电气制图软件 PCSELCA画D出自动换管的程序图， 如图3.4 。启动总开关， X10闭合，此时检测到无纱线信号， X0闭合， Y0得电，电磁阀 控制气缸推动纱管弹出，然后碰到弹出限位开关，开关由 OFF变为 ON，X2闭合， Y1得电，滑槽机构闭合，滑槽将保持闭合的状态，接着碰到滑槽限位开关，X3闭合，Y3得电，管纱库开始旋转，管纱库旋转到任意限位开关位置处，触碰到管 纱库中 3个限位开关的任意一个，即 X4或X5或X6闭合时，检测到有无纱线信号， Y3保持得电状态， 管纱库继续向下一位置转动； 检测到有纱线信号时， X1常开开 关闭合， Y1失电，滑槽机构闭合状态结束， Y2得电，管纱滑槽机构打开，碰到管 纱滑