棉纺清梳联流程中的棉条重量不匀控制

棉纺清梳联流程中的棉条重量不匀控制

目前，清洗机的分类过程日益完善。由于其劳动少、产量高、占地面积小等优点，棉纺厂广泛采用。在清洗机连接过程中，将完成的卷式过程放弃，整理机的自调整器继承了对对岸条纹的不规则控制。因此,在清梳联工艺研究的初期,梳棉机自调匀整控制装置也得到重视并一同进入有针对性的研发。1棉机生条重量不匀的控制采用清梳联工艺流程后,原棉通过管道由棉箱直接喂入梳棉机,经棉箱开松后喂入的延棉因纵横向的波动,单位时间内喂入梳棉机的喂棉量产生差异,直接导致生条重量不匀的差异。实验发现因受清梳联供棉系统稳定性和棉箱差异的影响,梳棉机在不加匀整装置的情况下,生条的重量不匀率(CV%)一般在4%～8%之间,远远达不到97乌斯特公报CV%值2.5%以内的要求,因此必须对延棉的喂给量进行实时控制,以控制生条重量不匀。针对延棉波动导致条重不匀这一因素,对电机转速实施自动调节控制,通过改变牵伸的方式,将生条的重量不匀控制在理想的范围内,这一过程被称为匀整过程,该控制装置被称为自调匀整装置。2独立调整器的控制形式自调匀整器的控制形式是根据检测和执行机构的位置来决定的,一般包括长片段控制、短片段控制和超短片段控制及开环、闭环、混合环控制等形式。2.1棉条调长的测量根据给棉罗拉与给棉板的初始隔距,事先设定给棉罗拉位移传感器的初始值,以理想棉层厚度喂入时产生的位移值作为设定比较值,当位移传感器检测到棉层在理想棉层厚度基础上发生纵横向波动时,通过改变后部给棉罗拉的转速,以调整牵伸形式改变喂给量,实现棉条重量不匀的调整。它的特点是反应快,缺点是滞后调整。因为在调整前,已储存在整个梳理区内的棉量已无法改变。该区域存储棉条的长度可用一个简单的方法进行测量:在延棉处撒上彩色的粉末做标记,当带标记点的棉层喂入给棉罗拉的瞬间,将输出端的棉条扯断作为计量长度的首端,直到带彩色标记的棉条在检测点出现时,再扯断将其作为计量长度的末端,测量首末段长度即为失调长度,该区域也是大家常说的调整死区,死区长度的计算与梳棉机结构的不同和梳理区长度有很大影响。长片段控制也被称为开环控制,因为在棉条,输出点未设置条重结果验证检测,不能进行信息反馈,无法对喂入量进行补充修正,是一种开放的控制形式,只能通过调整外部补偿和给定值进行调整,特别是外部扰动及梳理过程中因棉网脱落等因素造成的重量不匀无法有效监控,因此可靠性、稳定性较差。2.2拉拔机电机的调整,为棉条重不匀的调整提供了根据短片段控制检测点一般设在棉条输出罗拉处,输出罗拉直接由单独电机传动,当棉条通过时,通过检测点处的位移传感器检出的位移量与标准棉条设定值的偏差量来调整电机的转速,不断调整输出罗拉牵伸方式,实现棉条重不匀的调整。它的不足是中短片段条干CV%较差,目前很少被采用。2.3超短片段控制超短片段控制是将检测点进一步后移至圈条器上的小压辊处,一般在要求高产,且大压辊输出端是大定量条重并带预牵伸的圈条器上使用,通过检测条重的变化,改变圈条器上电机的转速,实现实时变牵伸调速,该控制类同于并条机匀整控制,可被理解为超短片段控制方式。2.4匀整控制检测为解决开环控制的不足,在棉条的输出端(阶梯罗拉处)增设位移传感器,设定标准条重时的位移量为给定值,当检测到条重发生变化时,传输至控制单元,对喂给量进行补充调整。但是该调整方式因其滞后性仍然不能解决死区内棉条的条重。对检出及控制的处理时间要设置得当,否则将产生超调和震荡波,匀整效果恶化,因此,在匀整控制过程中,前环检测参与实时控制仅占20%左右。但通过合理的软件编程设计,该方案对本机台和机台间的外不匀起到了非常有效的控制效果,是目前应用较为广泛的一种控制形式。2.5棉箱控制方案自动化控制原理中的混合环控制,一般是由电压、电流、速度及温度等多变量反馈、参与调整,以满足输出稳定的控制过程。而在匀整控制系统中,混合环控制是在闭环控制的基础上,将棉箱单元纳入此控制环节,进一步改善棉箱输出延棉的稳定性和连续性。如通过棉箱内设置压力传感器,检测棉箱储棉量的动态变化,或通过梳棉机给棉罗拉的转速及棉层的变化,实时控制棉箱给棉罗拉的转速,保持原棉连续喂给,达到棉箱稳定输出延棉的目的。该方案成本增加较大且参数调整环节多,改善效果不明显。实际上棉箱如同储水池,保持一定的棉花储有量和压力即可,实践证明匀整器对棉箱给棉罗拉的控制改善效果不明显。3棉层/道夫牵伸不匀棉层织物的均匀度为提高棉梳棉机自调匀整控制装置的任务是按工艺要求给梳棉机喂入恒定的纤维量,以保证棉条均匀。为了改善棉条的均匀度,匀整系统根据棉层厚度的变化,控制给棉罗拉转速,不断改变给棉罗拉与道夫的牵伸值。速度牵伸的改变,带动单位长度棉层重量与棉条重量之比的改变,从而实现棉条重量不匀的调整。匀整装置由控制单元(中央处理器)、外部检测单元(传感器、接近开关)、驱动装置(调速器)、执行机构(电动机)等组成。3.1检测单元和功能检测信号的准确拾取对条重控制结果的影响至关重要,是控制调整的重要依据。3.1.1标准木材层的变化根据棉层喂给方式确定检测方式。(1)棉拉上向水平垂直方向发展给棉板固定,给棉罗拉在给棉板的上方,给棉罗拉通过加压可上下移动。当棉层通过给棉板和给棉罗拉之间发生纵向(上下)波动时,给棉罗拉上下移动,设置在给棉罗拉两端(左右)的两只位移传感器分别将位移信号转换为电信号,传送至控制单元进行分析处理,控制给棉电机速度。棉层横向的波动(左右两端棉层厚度的差异),则通过左右两只传感器的检测值取平均的方式进行处理。(2)棉层波动检测给棉罗拉固定,给棉板在给棉罗拉的上方,给棉板通过加压后可根据棉层波动产生位移,通过设置在给棉板处位移传感器检测到的位移变化,控制给棉电机速度。为了准确地检测棉层的波动,早期特吕茨勒公司生产的梳棉机的给棉板采用琴键式分段(8段)设计结构,对棉层横向断面分8段进行检测,位移变化取平均值后送至控制单元进行调整,类似于目前成卷机后部的重锤检测原理。该给棉板因加工制造复杂,维护调整不便,随着棉箱延棉输出的改善,该结构已不再被采用。后部位移传感器还可设置棉层厚度极限喂给量位移值的阈值,起到检测异物作用,当检测值超过阈值时可及时停止喂给,避免设备挤坏。在棉层波动的检测过程中,位移传感器只是起到棉层经过给棉罗拉及给棉板时位移变化量的信号检出作用,变化量的准确性完全取决于整个后部的喂给部件,因此给棉罗拉、给棉板不仅仅是完成机械结构中对棉层的压紧、握持、转移功能,同时也是匀整器检测部件的重要组成部分,必须兼顾匀整器检测部件的功能,其结构设计、加工精度及安装能够达到棉层变化信号的准确检出的要求。随着梳棉机产量的提高,为保证给棉罗拉的有效握持喂给,国内有些机型的梳棉机的给棉罗拉包覆了锯齿型针布,由于针布高低针的影响,对设定给棉罗拉和给棉板的初始隔距在横向势必产生差异,即便是保证了针高的一致性和罗拉的表面直线度,但初始隔距对应电器的初始值已发生了变化,电气的初始值变为针高值加给棉罗拉和给棉板的初始隔距,光罗拉可对延棉在300～730g/m2的波动范围内进行有效匀整。罗拉包针布后,在针高加初始隔距的棉层厚度内,棉层的变化无法通过位移检测进行匀整,而针布高度一般在1mm左右,按初始隔距设定0.127mm计算,延棉至少大于800g/m2时,后部才能检出棉层的波动变化。这样势必要加大延棉的厚度才能满足产生位移的需要,但对延棉生头喂入又造成困难,还容易拱起。因此国外设备一般不简单地采用包针布方式,而是对光罗拉的表面进行滚花或加工成宝塔形齿状,可以解决握持和有效检测棉层变化,达到匀整的检测要求。目前国产梳棉机顺向给棉的信号检出效果与逆向相比稳定性可靠性却差异较大,机械设计结构较以前复杂,器件加工难度加大。3.1.2位移传感器的应用棉条输出罗拉处设置标准条重通过时位移传感位移检测值为设定值,当通过阶梯罗拉的棉条条重发生变化时,位移传感器将位移变化量转换为电信号传送至控制单元,实现给棉电机的速度调整。该检测传感器的设置可通过软件编程实现条重数值的取样采集、CV%值变化的实时监控及动态图形的描绘,信息交流更加直观,同时还可设定不同的阈值,起到堵管停车的检测保护作用。大定量带预牵伸圈条器的检测则设置在小压辊处,原理同上。3.1.3接近开关指示为实现电机速度反馈及速度比例跟踪而设置。(1)电机转速加速过度计算以脉冲输出方式检测当前电机实际转速,实现给棉电机的速度反馈,并计算当前电机实际转速值。与道夫测速接近开关的脉冲数,通过计算实现给棉与道夫初始牵伸的设定,并可通过电机与给棉罗拉的传动比计算当前实际给棉转速。(2)道夫内在运转和升降速的模拟根据初始安装位置计算脉冲数与前述给棉电机脉冲数,计算道夫给棉间的初始牵伸比。在道夫实际运转和升降速过程中,对给棉电机进行比例跟踪,并可根据测速点到出条罗拉的传动比计算当前出条速度值。合适的安装位置可对设备起到安全保护作用,当检测到道夫意外停转时(如断皮带),可及时停止给棉电机运转,避免过量棉花喂入导致挤车。3.2驱动程序设备由终端执行机构决定,若选用伺服电机需配置伺服驱动器,变频电机选用变频器控制即可。3.3自调制整器中央分配数学模型执行机构主要指电动机。电动机的选择与梳棉机配置要求相关,高产梳棉机一般选用伺服电机驱动,其具有低速输出力矩大、硬度好,调速范围宽、传动结构简单、控制精度高、响应快等优点,但成本较高。目前采用变频器控制变频电机的调速形式较多,大多能够满足一般控制调速要求。通过上述介绍,自调匀整器其外围单元结构已经比较简单明了,在此基础上根据工艺要求建立相应的数学模型,通过软件的编程设计,可达到一般的调速控制要求。梳棉机所纺原料的对象有棉、粘胶、化纤及特种纤维等,它们受挤压的变异特性各有不同,而梳棉机的喂给结构和信号检出方式的影响也决定了它最终的使用效果,这就是为什么为了解决棉条重量不匀这一结果,人们会探讨和采取多种不同的控制形式和推出多种型号的匀整控制装置之所在。4高效的匀整控制青岛宏大纺织机械有限责任公司梳棉机配置的自调匀整器,随着自动化技术的发展经历了从FT021到FT029系列自调匀整器的研发,FT024以前系列匀整器,作为独立控制单元与梳棉机配套,FT025以后系列匀整器通过总线技术实现了与梳棉机主机电气系统的通讯,而新型FT028型自调匀整器则与梳棉机主机电器控制实现了集成化设计,成为整机电器控制的组成之一,进一步降低了成本,简化了配置。现以FT025型匀整器为例做一简介。4.1采用混合环控制,给棉罗拉两端加位移传感器检测棉层厚度的变化,前端大压辊处位移传感器检测条重变化,道夫、给棉传动位置加测速传感器,实时跟踪和检测给棉、道夫电机转速,实现生条的匀整控制。4.2采用CAN总线技术实现与梳棉机主机PLC和显示屏的通讯,可通过梳棉机显示屏对其进行数据设定、信息交换及实时数据和图表、图形的显示,也可通过匀整器自身显视屏按键进行参数设定,作为独立单元使用,更为灵活方便。4.3采用双CPU计算机运算系统,一片负责管理数据的信息处理,一片进行检测信号的实时运算控制处理,响应速度快,满足了高产梳棉机棉层快速喂给时棉层波动的检测处理和控制。4.4根据所纺原料的纤维被挤压特性不同所产生的位移差异,如:纯棉、纯涤、粘胶纤维等预设增益补偿值(Gain)。首先设置匀整器为比例跟踪状态,通过调整牵伸设定,取生条定量称重,当达到或接近标准定量值时,将此时出条传感器位移量所转换的电压值设定为标准条重值;转换匀整器状态由比例跟踪状态转为匀整状态,后部位移信号参与控制,匀整器根据棉层波动进行牵伸调整,再取样称重比较,如偏离标准定量,则进行相应的加减定量补偿微调,直至达到要求。4.5实时显示棉层的状态和变化趋势。在棉层的匀整范围内,若在棉层匀整厚度下限运行,匀整器进行加速调整;若在上限运行则减速调整;若出现加速调整时生条偏重,减速调整时棉条偏轻,说明增益补偿超调,要对增益Gain值进行修订,直至满足要求。4.6设置大压辊生条出口处检测传感器,形成闭环控制系统,方便生条标准定量的设置,并根据生条定量的变化值计算显示生条的CV%值及变化趋势图;经过内部存储器定时采集数据,分组取样对比分析,若出现偏离标准条