1 前言
近年來，隨著市場經濟深入發展和人民生活水平的不斷提高，紡織技術不斷更新，使紡織服裝面料花色品種層出不窮，其中竹節紗面料以立體凹凸效應，使布面呈現粗獷自然的特色，受到人們的青睞。通過在細紗機上加裝一套竹節紗裝置，便可生產出各種花式紗，生產出不同風格的竹節布面料，為提高企業的產品競爭力奠定了基礎。隨著社會的進步，人民生活水平的提高，竹節紗設備的性能要求也越來越高，隨著時間的積累，竹節紗工藝配方參數會越來越多，有的紡織廠客戶甚至有成百上千種竹節紗配方，當有某紗線訂單時，操作員需要將每臺竹節紗設備的配方參數逐步輸入觸控螢幕，操作麻煩且容易錯漏，有些竹節紗還要求在某段粗度範圍內隨機抽樣紡，相應的控制難度也越來越高，控制系統自動化程度要求也愈來愈高，根據設備不同會應用到不同種類的工業自動化產品，客戶可以根據控制對象的不同選擇相應的設備來進行控制系統的構建。
面對日益複雜的要求和相應產生的生產效率問題，本文基於臺達的DVP系列 PLC和HMI及伺服等自動化產品，實現了一套先進的竹節紗設備自動控制系統，該方案採用具有高速脈衝輸出型PLC控制伺服系統，扭矩、超餵比恆定，具有高精準定位功能，完全不同於一般的速度控制模式，可長時間連續工作，竹節不變化，設備穩定可靠。
2 工藝分析
從當前的業界通常情況來看，不同竹節紗裝置生產的竹節紗的風格、類型是有區別的。隨著竹節紗裝置技術水平的不斷提高，竹節紗的花色類型也在不斷增多。從紡制竹節紗裝置的驅動系統來說，從最早的離合器式、步進電機，到現在的伺服電機；從紡制竹節裝置的變速系統來說，有變動前羅拉速度紡出竹節的，也有變動中後羅拉及前羅拉速度紡出竹節的，其花色種類越來越多。
竹節紗的關鍵控制點在於對節粗、節長和節距的控制。
竹節紗的節粗：一般設計為基紗的2倍～3倍，最大為6倍。竹節粗度愈大，生產難度愈大，對後加工影響也大。
竹節紗的節長：一般設計≥2 cm，節長愈長愈好紡，愈短愈難紡，特別要考慮竹節紗裝置的特性，一般步進電機紡制的竹節，就是設計節長小於1cm，紡出的竹節也大於2 cm，由於纖維長度一般在2 cm～3cm，因此竹節愈短，生產難度愈大。確需竹節長度短，就要選用合適的紡制竹節紗裝置，所以竹節紗的節長要考慮其裝置的特性、纖維長度、竹節粗度和工藝車速慣性的影響。一般伺服電機驅動的竹節紗裝置其節長可短；纖維長度長的節長也長；竹節粗度小時，節長可短；工藝車速高，慣性大時，節長也長。
竹節的節距：節距是一個很重要的參數，決定布面竹節排列效果、排列密度及規律。一般設計節距≥2 cm，節距愈短，生產難度愈大。
竹節節距對布面影響最大的是竹節在布面形成規律性條紋，即「規斑」疵布，因此設計時應特別注意，對於步進電機前羅拉變速系統紡出的竹節紗裝置，其紡出竹節規律為五個竹節為一小循環，每次起頭時，遞次變更竹節位置，形成二十五個竹節為一大循環，這種形式在布面容易形成「規斑」，因此在設計時要求小循環和大循環的周期長都不能和布幅寬度成倍數或接近倍數關係，一個小循環內五個竹節的節距也不能成倍數或接近倍數關係，而且竹節節距要長短搭配、分散排列，儘量杜絕布面形成「規斑」。
3、控制系統
3.1 硬體組成
系統硬體組成如表1所示：
表1 控制系統的硬體組成
3.2 配方工藝管理系統
竹節紗配方工藝歸檔，為工藝人員對竹節紗的生產管理帶來極大的方便，隨著近幾年電腦運用的普及和電腦技術的高速發展，U盤成為了新一代超容量永久性存儲器，再也不用擔心掉電時間長而丟失工藝的問題。本系統結合U盤為用戶開放了4000個竹節工藝品種貨架，每個工藝品種可以有最多200組竹節工藝參數組數，供用戶隨意調用、存貯或修改。
在多機臺竹節紗間操作時，不需要每臺都執行輸入操作，只用一隻U盤就可互相複製竹節工藝，簡化操作流程、便於統一管理、提高可靠性。可以將U盤中竹節工藝定期保存到厂部電腦，以便歸檔留底。
3.3 四種紡紗方式實現不同風格
除提供市面上已有的1組參數、和多組參數循環紡紗方式外，另外為用戶提供了三種更為先進的紡紗方式：
模糊1：控制器從用戶設定的1-200組參數中隨機抽取其中一組紡，按組別進行隨機抽取不重複紡紗。(M組節長--M組節距--N組節長--N組節距)。
模糊2：控制器從用戶設定的1-200組參數中隨機抽取其中一組的節長，與另外經過隨機抽取的不同組的節距，重新組成新的一組竹節參數進行紡紗，即將竹節隨機組合紡紗。(M組節長—N組節距—X組節長—Y組節距)。在模糊1的基礎上打破組別的限制，實現高等無序紡紗。
模糊紡3：在模糊紡3竹節參數設置中，輸入基紗及竹節參數的上下限值(上限>=下限)，各紡紗參數在上下限設定範圍內由控制器隨機抽取數值進行紡紗。客戶只需要設定好參數的上下限數值即可實現的模糊式竹節紗。
在這三種紡紗過程中，因控制器是執行微機中的隨機數指令，經過隨機抽樣後竹節規律是完全不會重複，就算在同品種不同臺之間，也不會出現重複的規律性，從實際應用看，此些功能完全解決了布面上規律性條紋的產生，滿足用戶不同風格布面要求。
3.4 超精度位置控制的伺服系統
本裝置採用高速脈衝輸出型PLC控制伺服系統，扭矩恆定，超餵比恆定；伺服長時間連續工作，竹節不變化，穩定性好。設計原理採用伺服電機高精度定位控制模式，以脈衝方式控制，一個脈衝運行一個固定角度，在高精度數控加工中均採用此種控制方式，所以參數設定中可直接輸入粗長、細長，設備控制穩定性得到可靠保證。
相比於其它竹節紗裝置多是採用速度控制模式，通過直接設定電機轉速，再通過羅拉轉速計算出時間，用定時變速的方式控制粗長、細長。
3.5 高質量前羅拉採樣系統
本裝置的控制系統是將前羅拉與中後羅拉完全獨立傳動，它們間是通過無觸的傳感器來實現電氣跟隨，而前羅拉測速編碼器的精度及解析度都起決定作用。控制器的高速計數功能可以從開停車到紡紗中的所有細節都處於監控之下，並提供校正及報警。
3.6 完善的報警自診斷功能
該功能是生產優質竹節紗的一個可靠保證，本系統提供了生產過程中所有故障或非正常參數設置等報警功能。做到及時發現，及時報警，及時處理。
3.7 結構簡單
本竹節紗裝置由伺服電機帶動中後羅拉傳動，機械部分自成單元，不與原主機衝突，安裝方便，電控箱外置。採用本裝置後，不易出機械故障，也降低了勞動強度，提高了勞動效率及成紗質量。
3.8 其它一些功能
本裝置還提供了其它一些獨特的功能，如下：
（1）節形的調整功能，也就是竹節曲線形狀的選擇功能，實現了飽滿竹節，解決了瘦紗現象。
（2開車補償功能，可解決雙速、變頻細紗機啟停時產生的細節現象。
4 工藝數據
4.1伺服電機到後羅拉的減速比
對應FA506、FA502、FA1520及FA508的減速比如下：
伺服電機到後羅拉減速比= (FA506)
伺服電機到後羅拉減速比= (FA502)
伺服電機到後羅拉減速比= (FA1520)
伺服電機到後羅拉減速比= (FA508)
紡制竹節紗除正常的各項指標外，竹節指標主要有竹節長度、竹節距離、竹節粗細。影響這些指標的因素主要有：前羅拉轉速、前羅拉直徑、錠子轉速、牽伸比、牽伸加壓系統、紡制的品種等。上述參數的確定，就確定了所紡竹節紗指標。
4.2 出廠紡紗工藝參數確定
（1）先確定基紗的正常工藝數據，試紡定量是否正常；
（2）按設定的基紗工藝參數，輸入正確的竹節工藝，參數包括：牽伸倍數、細長、粗長、細度、粗度；
（3）試紡竹節工藝，檢測是否符合要求；
（4）工藝確定，正式生產。
竹節粗度：直接輸入所需倍數。若需多種粗度，也是按順序直接輸入即可。(無需計算)
竹節長度、竹節距離：整體調節可修改。
粗長係數：竹節長度整體修正係數
細長係數：竹節距離整體修正係數，也可單節修改(逐段修改)
定量偏差：可修改牽伸倍數。
（5）正常紗與竹節紗切換可直接通過PLC控制，如長時間不紡竹節則可摘掉鏈條即可，恢復正常紡紗狀態。
測速系統不須設置，自動跟蹤。
4.3伺服驅動參數設置
P0-02狀態顯示1 6
P0-04狀態顯示2 11
P0-05狀態顯示3 5
P0-06狀態顯示4 13
P0-07狀態顯示4 6
P1-44電子齒輪比分子 10000
P1-45電子齒輪比分母 1024
P2-10伺服使能 1
P2-15反向運轉極限 122
P2-16正向運轉極限 123
P2-17伺服緊急停止 121
P3-00通訊站號 U1=1；(長車時U2=2)
P3-02通訊協議 8
P3-05通訊格式 2
5 結語
本文介紹了臺達自動化產品在竹節紗設備上的整合應用，整套方案提供了較高的精度及解析度，同時其SC系列PLC的高速計數功能，可使紡紗過程中的所有細節都處於監控之下，並提供校正及完善的報警自診斷功能。
方案還結合U盤為客戶開放了4000個竹節工藝品種貨架，每個工藝品種可最多設置200組竹節工藝參數，並可隨意調用、存貯或修改，大大簡化了操作流程，便於統一管理，同時提高了可靠性。
綜上，整個方案實現了設備的技術升級與高效節能，體現出臺達自動化產品較高的性價比，值得業界同行借鑑和推廣。