1 前言
近年来，随着市场经济深入发展和人民生活水平的不断提高，纺织技术不断更新，使纺织服装面料花色品种层出不穷，其中竹节纱面料以立体凹凸效应，使布面呈现粗犷自然的特色，受到人们的青睐。通过在细纱机上加装一套竹节纱装置，便可生产出各种花式纱，生产出不同风格的竹节布面料，为提高企业的产品竞争力奠定了基础。随着社会的进步，人民生活水平的提高，竹节纱设备的性能要求也越来越高，随着时间的积累，竹节纱工艺配方参数会越来越多，有的纺织厂客户甚至有成百上千种竹节纱配方，当有某纱线订单时，操作员需要将每台竹节纱设备的配方参数逐步输入触摸屏，操作麻烦且容易错漏，有些竹节纱还要求在某段粗度范围内随机抽样纺，相应的控制难度也越来越高，控制系统自动化程度要求也愈来愈高，根据设备不同会应用到不同种类的工业自动化产品，客户可以根据控制对象的不同选择相应的设备来进行控制系统的构建。
面对日益复杂的要求和相应产生的生产效率问题，本文基于台达的DVP系列 PLC和HMI及伺服等自动化产品，实现了一套先进的竹节纱设备自动控制系统，该方案采用具有高速脉冲输出型PLC控制伺服系统，扭矩、超喂比恒定，具有高精准定位功能，完全不同于一般的速度控制模式，可长时间连续工作，竹节不变化，设备稳定可靠。
2 工艺分析
从当前的业界通常情况来看，不同竹节纱装置生产的竹节纱的风格、类型是有区别的。随着竹节纱装置技术水平的不断提高，竹节纱的花色类型也在不断增多。从纺制竹节纱装置的驱动系统来说，从最早的离合器式、步进电机，到现在的伺服电机；从纺制竹节装置的变速系统来说，有变动前罗拉速度纺出竹节的，也有变动中后罗拉及前罗拉速度纺出竹节的，其花色种类越来越多。
竹节纱的关键控制点在于对节粗、节长和节距的控制。
竹节纱的节粗：一般设计为基纱的2倍～3倍，最大为6倍。竹节粗度愈大，生产难度愈大，对后加工影响也大。
竹节纱的节长：一般设计≥2 cm，节长愈长愈好纺，愈短愈难纺，特别要考虑竹节纱装置的特性，一般步进电机纺制的竹节，就是设计节长小于1cm，纺出的竹节也大于2 cm，由于纤维长度一般在2 cm～3cm，因此竹节愈短，生产难度愈大。确需竹节长度短，就要选用合适的纺制竹节纱装置，所以竹节纱的节长要考虑其装置的特性、纤维长度、竹节粗度和工艺车速惯性的影响。一般伺服电机驱动的竹节纱装置其节长可短；纤维长度长的节长也长；竹节粗度小时，节长可短；工艺车速高，惯性大时，节长也长。
竹节的节距：节距是一个很重要的参数，决定布面竹节排列效果、排列密度及规律。一般设计节距≥2 cm，节距愈短，生产难度愈大。
竹节节距对布面影响最大的是竹节在布面形成规律性条纹，即“规斑”疵布，因此设计时应特别注意，对于步进电机前罗拉变速系统纺出的竹节纱装置，其纺出竹节规律为五个竹节为一小循环，每次起头时，递次变更竹节位置，形成二十五个竹节为一大循环，这种形式在布面容易形成“规斑”，因此在设计时要求小循环和大循环的周期长都不能和布幅宽度成倍数或接近倍数关系，一个小循环内五个竹节的节距也不能成倍数或接近倍数关系，而且竹节节距要长短搭配、分散排列，尽量杜绝布面形成“规斑”。
3 控制系统
3.1 硬件组成
3.2 配方工艺管理系统
竹节纱配方工艺归档，为工艺人员对竹节纱的生产管理带来极大的方便，随着近几年电脑运用的普及和电脑技术的高速发展，U盘成为了新一代超容量永久性存储器，再也不用担心掉电时间长而丢失工艺的问题。本系统结合U盘为用户开放了4000个竹节工艺品种货架，每个工艺品种可以有最多200组竹节工艺参数组数，供用户随意调用、存贮或修改。
在多机台竹节纱间操作时，不需要每台都执行输入操作，只用一只U盘就可互相复制竹节工艺，简化操作流程、便于统一管理、提高可靠性。可以将U盘中竹节工艺定期保存到厂部电脑，以便归档留底。
3.3 四种纺纱方式实现不同风格
除提供市面上已有的1组参数、和多组参数循环纺纱方式外，另外为用户提供了三种更为先进的纺纱方式：
模糊1：控制器从用户设定的1-200组参数中随机抽取其中一组纺，按组别进行随机抽取不重复纺纱。(M组节长--M组节距--N组节长--N组节距)。
模糊2：控制器从用户设定的1-200组参数中随机抽取其中一组的节长，与另外经过随机抽取的不同组的节距，重新组成新的一组竹节参数进行纺纱，即将竹节随机组合纺纱。(M组节长—N组节距—X组节长—Y组节距)。在模糊1的基础上打破组别的限制，实现高等无序纺纱。
模糊纺3：在模糊纺3竹节参数设置中，输入基纱及竹节参数的上下限值(上限>=下限)，各纺纱参数在上下限设定范围内由控制器随机抽取数值进行纺纱。客户只需要设定好参数的上下限数值即可实现的模糊式竹节纱。
在这三种纺纱过程中，因控制器是执行微机中的随机数指令，经过随机抽样后竹节规律是完全不会重复，就算在同品种不同台之间，也不会出现重复的规律性，从实际应用看，此些功能完全解决了布面上规律性条纹的产生，满足用户不同风格布面要求。
3.4 超精度位置控制的伺服系统
本装置采用高速脉冲输出型PLC控制伺服系统，扭矩恒定，超喂比恒定；伺服长时间连续工作，竹节不变化，稳定性好。设计原理采用伺服电机高精度定位控制模式，以脉冲方式控制，一个脉冲运行一个固定角度，在高精度数控加工中均采用此种控制方式，所以参数设定中可直接输入粗长、细长，设备控制稳定性得到可靠保证。
相比于其它竹节纱装置多是采用速度控制模式，通过直接设定电机转速，再通过罗拉转速计算出时间，用定时变速的方式控制粗长、细长。
3.5 高质量前罗拉采样系统
本装置的控制系统是将前罗拉与中后罗拉完全独立传动，它们间是通过无触的传感器来实现电气跟随，而前罗拉测速编码器的精度及分辨率都起决定作用。控制器的高速计数功能可以从开停车到纺纱中的所有细节都处于监控之下，并提供校正及报警。
3.6 完善的报警自诊断功能
该功能是生产优质竹节纱的一个可靠保证，本系统提供了生产过程中所有故障或非正常参数设置等报警功能。做到及时发现，及时报警，及时处理。
3.7 结构简单
本竹节纱装置由伺服电机带动中后罗拉传动，机械部分自成单元，不与原主机冲突，安装方便，电控箱外置。采用本装置后，不易出机械故障，也降低了劳动强度，提高了劳动效率及成纱质量。
3.8 其它一些功能
本装置还提供了其它一些独特的功能，如下：
（1）节形的调整功能，也就是竹节曲线形状的选择功能，实现了饱满竹节，解决了瘦纱现象。
（2开车补偿功能，可解决双速、变频细纱机启停时产生的细节现象。
4 工艺数据
4.1伺服电机到后罗拉的减速比
对应FA506、FA502、FA1520及FA508的减速比如下：
伺服电机到后罗拉减速比= (FA506)
伺服电机到后罗拉减速比= (FA502)
伺服电机到后罗拉减速比= (FA1520)
伺服电机到后罗拉减速比= (FA508)
纺制竹节纱除正常的各项指标外，竹节指标主要有竹节长度、竹节距离、竹节粗细。影响这些指标的因素主要有：前罗拉转速、前罗拉直径、锭子转速、牵伸比、牵伸加压系统、纺制的品种等。上述参数的确定，就确定了所纺竹节纱指标。
4.2 出厂纺纱工艺参数确定
（1）先确定基纱的正常工艺数据，试纺定量是否正常；
（2）按设定的基纱工艺参数，输入正确的竹节工艺，参数包括：牵伸倍数、细长、粗长、细度、粗度；
（3）试纺竹节工艺，检测是否符合要求；
（4）工艺确定，正式生产。
竹节粗度：直接输入所需倍数。若需多种粗度，也是按顺序直接输入即可。(无需计算)
竹节长度、竹节距离：整体调节可修改。
粗长系数：竹节长度整体修正系数
细长系数：竹节距离整体修正系数，也可单节修改(逐段修改)
定量偏差：可修改牵伸倍数。
（5）正常纱与竹节纱切换可直接通过PLC控制，如长时间不纺竹节则可摘掉链条即可，恢复正常纺纱状态。
测速系统不须设置，自动跟踪。
4.3伺服驱动参数设置
P0-02状态显示1 6
P0-04状态显示2 11
P0-05状态显示3 5
P0-06状态显示4 13
P0-07状态显示4 6
P1-44电子齿轮比分子 10000
P1-45电子齿轮比分母 1024
P2-10伺服使能 1
P2-15反向运转极限 122
P2-16正向运转极限 123
P2-17伺服紧急停止 121
P3-00通讯站号 U1=1；(长车时U2=2)
P3-02通讯协议 8
P3-05通讯格式 2
5 结语
本文介绍了台达自动化产品在竹节纱设备上的整合应用，整套方案提供了较高的精度及分辨率，同时其SC系列PLC的高速计数功能，可使纺纱过程中的所有细节都处于监控之下，并提供校正及完善的报警自诊断功能。
方案还结合U盘为客户开放了4000个竹节工艺品种货架，每个工艺品种可最多设置200组竹节工艺参数，并可随意调用、存贮或修改，大大简化了操作流程，便于统一管理，同时提高了可靠性。
综上，整个方案实现了设备的技术升级与高效节能，体现出台达自动化产品较高的性价比，值得业界同行借鉴和推广。
【参考文献】
[1] 台达全系列可编程序控制器 台达内部资料 2008
[2] 台达DVP-PLC应用技术手册 台达内部资料 2007
[3] 纺竹节纱的生产工艺，中国设备网，2007.
[4] 竹节纱生产工艺浅析，印染在线 ，2009
作者简介：杨伟强，男，中达电通资深技术工程师，在纺织、机床等领域具有丰富的应用经验，现从事台达自动化产品技术整合应用与研究。