FA 506细纱机.docx

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FA506细纱机

南通纺织职业技术学院课程论文

基于PLC的FA506-21（B）型细纱机

李毅

班级10纺机电

专业新型纺织机电

教学系机电系

指导老师穆征

完成时间2012年05月19日至2012年05月24日

摘要

FA506-21（B）型细纱机FA506型细纱机是目前成纱质量好，自动化程度高，操作简单，便于管理的环锭细纱机，适用于纯棉或化纤的纯纺和混纺的细纱工序尤其采用PLC作控制器，不但提高了控制精度，而且解决了生产管理方面存在的缺陷，大大降低操作者劳动强度；同时锭子曲线控制也提高了纱线的质量，保证了纱锭成型，提高了全机的产量。

其电气控制系统是以可编程控制器PLC为控制中心，由按钮、旋钮等操作器件；传感器、接近开关、组合开关等检测器件；接触器、继电器等执行器件以及断路器等保护器件组成。

操作人员操作各操作器件可将操作器件所标示的功能传递到PLC中；各类检测器件获取位置、脉冲等信号输入到PLC中，PLC获得这些信息后根据特定算法集中运算、控制并进行输出。

将显示参数显示到显示屏上并通过控制接触器、继电器等线圈和触点的开合控制外围线路的通断，以使全机按要求进行运转。

关键词：

环锭，变频器，传感器，PLC，组态软件

第一章细纱机技术发展过程和未来走向

机械化的纺纱走过了200多年，发展较快的是解放后六十年。

随着各种新型纺纱材料的开发，在70年代后期对细纱机适纺各种纤维提出了要求，同时，进行大量的牵伸改造。

80年代对产品质量提高提出了要求，90年代各棉纺厂均按乌斯特公报的水平来提出自己的改进，2000年以后各棉纺厂以经济效益为中心展开高效工艺研究，并就设备和器材对高效工艺的适应性开始了飞跃性的思考。

1.1国外细纱机技术发展过程

国外的细纱机技术发展主要看发达国家，世界上的发达国家在二战前的纺纱技术远比我国先进，但我国的细纱机均采用进口设备，所以，纺纱厂技术差别不大，当时国内的纺机厂还谈不上制造技术，只局限于修修补补。

加之还没有专业的纺织教育，所以对纺纱机理缺乏认识和研究。

在二次大战结束后，发达国家进入了生产恢复期。

到50年代，他们开始了第二次新一轮的纺机工艺革命。

在采用胶辊胶圈、弹簧摇架、钢齿啮合传动、电机小型化、自动吸棉等，以及对传动系统轴承化方面的改进，带来了细纱机新的设计思路，因此，细纱机的生产效率成倍提高。

锭速从5000~8000转/分，提高到了10000~13000转/分，牵伸倍数从5~15倍，提高到了10~25倍。

在60年代采用了长短皮圈牵伸，弹性上肖，新型摇架，高品质罗拉，高品质锭子，全机轴承化设计，使细纱机的锭速从13000转/分，提高到了15000转/分。

牵伸倍数提高到15~40倍，彻底摆脱了使用两道粗纱纺纱的工艺方法。

70年代开始了大牵伸与超大牵伸的研究，由于制造技术的提高，对高速化开始推进，70年代末，开始自动化的研究，细纱机开始出现1008锭的长车，出现了原始的落纱装置。

锭速从15000转/分提高到了17000转/分。

牵伸倍数提高到了15~50倍。

到80年代发达国家的细纱机长车开始进入了成熟期，这主要是集体落纱装置的成熟，不再生产短车，80年代后期，在欧洲均生产长车集体落纱细纱机，只有日本生产的长车有二种型号，可以配集体落纱装置，也可以不带集体落纱装置。

锭速从17000转/分提高到18000转/分，牵伸倍数保持在50~55倍。

到了90年代发达国家的细纱机长车，在向着更长机型发展；细络联技术的进一步发展，提高了纺纱自动化程度；由于电子与信息技术的发展，细纱机向着电子传动、数字化控制和节能与省工方向发展。

在品种多样性的推动下，出现了竹节纱、赛络纺、紧密纺等新型纺纱技术。

锭速从18000转/分提高到19000转/分。

机械式牵伸倍数提高到60倍，电子式牵伸倍数发展到80倍。

2000年以后，电子牵伸、电子升降被普遍应用。

单机细络联、粗细联进入成熟期，集体落纱开始注重留头率，细纱机开始向着无故障方向研发。

锭速从19000转/分向20000转/分以上发展，牵伸倍数扩大到将近120倍。

1.2国内细纱机技术发展过程

回顾我国近六十年来的纺织历程，曾经出现过5次大的技术改进，即改型号。

每次改进，都在不同程度上，推进了纱线质量的大幅度提高。

但是，每次改进，仅局限在牵伸及牵伸传动部分，而对细纱机的横断面、结构、纵向部局、自动化、高速化、节能降耗等方面，改进较少。

解放后的60年中，在纺织部的领导下，只在70年代末、80年代初，组织了一次全国性的专家汇战，确定了以FA502、FA503为基础的纺机研究。

直到80年代以后，我国的经济得到了快速的发展。

现在我国已经居位于世界纺织第一大国，但由于我国在机械化纺机研究上起步太晚，一味地依赖引进，忽视了对纺机制造的基础研究，使得我国纺机发展严重落后于西方大国。

2009年国务院出台了《纺织工业调整和振兴规划》，调整结构、淘汰落后、升级产业，短短的时间内，在棉纺行业已经形成一致共识。

但是，目前，我国各纺机企业均以仿制为主，缺少自己的基础研究，以仿制产品来调整和振兴我国的纺织工业，将使得我国的纺织工业永远落后于他人。

如果我们忽视或者偏离了对纺机的基础研究，我国纺织工业的振兴将是一句空话，更谈不上跃居成纺织强国。

所以，我国未来的细纱机应该在吸收世界各国顶尖技术的基础上，联合大专院校，加强自主独立的基础理论研究，使得我们的纺机设备，特别是细纱机能在较短的时间内，赶上或超越世界顶级设备。

.

细纱机技术发展从短机发展到长机，世界上用了150年到200年的时间，长车散件型到分段组装型，世界上用了约40年，长车的分段桥接组装型，世界上用了约10年，从散件型到分段组装型再到分段桥接组装型，这是细纱机的结构发展趋向。

细纱机技术发展从短机发展到长机，世界上用了150年到200年的时间，长车散件型到分段组装型，世界上用了约40年，长车的分段桥接组装型，世界上用了约10年，从散件型到分段组装型再到分段桥接组装型，这是细纱机的结构发展趋向。

1.3未来细纱机的构想

细纱工序是环锭纺用工、用电最多的工序，同时细纱机技术的提升直接影响到生产成本，并且是对质量起到决定性作用的工序。

所以，未来细纱机肯定地只能走向节约用工、节约用电，更加高产，提高品质之路。

在此基础上实现自动化、智能化和连续化生产。

节约用电和各种节能技术的发明与运用有关，未来细纱机肯定要大幅度降低电耗。

配置全自动集体落纱细络联装置后，细纱工序的主要用工在接头、补头、清洁、换粗纱四个方面。

以精梳中支数为例，从工作量上讲，接头、补头占40%，上下清洁占40%，换粗纱占20%。

随着支数变粗，换粗纱工作量增加,接头、补头的工作量相对减少。

随着支数变细换粗纱工作量减少，接头、补头的工作量相对增加；随着原料清洁度的提高，清洁工作量减少，其他工作量相对增加；随着原料清洁度的降低，清洁工作量增加，只能相对减少其他工作量。

所以，细纱机在逐步走向全自动的过程中，要做几件事：

第一，需要完善全自动集体落纱与细络联装置。

第二，解决好细纱机的纺纱自动清洁系统。

第三，解决好全自动接头、补头装置。

第四，研制自动换粗纱装置。

第五，才是粗细联装置。

而今天，我们因为有了集体落纱和细络联装置，就搞粗细联。

表面看好像从粗纱~细纱~络筒，已经是全自动了，实质上只是一种表象，真正的全自动工序，应该是无人工序。

所以，我们应清醒地看到，离真正的全自动的要求还很远，我们只能逐步实现这些目标。

从工作方法上看，应该先易后难。

从行业的战略角度，应该先解决用工最多的难题。

所以，未来市场所需求的细纱机，肯定是全自动的无人操作的装备。

现在细纱机技术还在智能化的外围徘徊，在细纱机逐步走向自动化的过程中，应该逐步走上智能化之路，从低智能走向高智能的发展过程。

按照智能化设备的要求，第一，需配备各种自动检测装置。

第二，将各种自动检测装置配置成神经元终端。

第三，配置对各项参数设定要求具有分析能力的中枢大脑。

第四，配置具有自动修正能力的各种智能化管理装置。

如：

对条干的自动检测分析、修正的系统。

对支数的自动检测分析、修正的系统。

对捻度的自动检测分析、修正的系统。

对电耗的自动检测分析、调整的系统。

对纺纱最大效益的自动设定、检测、分析、修正系统。

对设备各部件的自动诊断、自动报警、自动切换系统等等。

高速是提高产能的关键，是实现高投资、高回报的关键，是刺激投资者投资的原动力，也是纺织行业发展的根本。

所以，细纱机的锭速必须有量级的变化，才是未来细纱机的发展方向。

这四个方面是在现有设备基础上，提出的关于未来细纱机研制和发展的构想。

1.4未来细纱机所带动的产业演变

社会的发展是在科学技术发展的基础上，带动了经济和物质文明的发展。

社会发展的每一阶段必定存在收入分配的矛盾。

资方与工方永远向着提高收入的方向走，要使行业跟上社会发展的节奏而不被淘汰，资方必须在满足工方要求的前提下，能取得更大的收获，就要提高装备的生产能力，因此，必定存在设备与用工之间的矛盾，所以，未来全自动智能化、高产低耗的细纱机肯定带动着纺织产业的演变，未来细纱机产生的无人操作、无人初级管理的车间，使资方与工方在高物质文明的条件下达到平衡，使纺织产业得到进一步的发展。

未来细纱机的发展是纺织发展史上的重大转折节点。

社会的发展是脱离不了纺织品，或者讲脱离不了纺织业的发展。

未来细纱机的发展将导致纺织业的根本性变化，这只是一个时间问题。

如果发生在20世纪初，那么，未来型细纱机必定在英国；如果发生在20世纪的60~80年代，那么，未来型细纱机必定在现在的发达国家；如果发生在21世纪的10~20年代，那么，未来型细纱机必定在新兴经济体国家。

根据社会发展的规律，任何技术的发明与发展,必定在需求量和生产量最多的地方。

今天的中国是世界上的纺织最大国，在以后的10~20年时间里，细纱机的发展肯定在中国。

如果在20年以后，那一定出现在目前贫困的地区与国家。

所以，我们要抓紧眼前的研发，使纺织业的这一重大转折时间节点留在中国。

第二章FA506-21（B）型细纱机概述

2.1细纱机性能特点用途介绍

用途：

适用于纯棉、棉型化纤及混纺的细纱工序，以单程粗纱喂入，可纺制织造、针织等所用细纱，加装竹节纱装置后，可纺制竹节纱。

系统设计特点:

   1、 用PLC控制整个纺纱过程，具有程序开车、钢领板自动升降、中途停车后自动跟踪开车、自动落纱、自动留头等。

 2、 设定纺丝的工艺参数，依据工艺要求自动协调控制；实现定长落纱和锭子速度曲线控制。

3、 显示纺纱过程的锭速、牵引倍数、细纱号数、捻度以及班产累计等。

 4、 采用数字通信，提高了系统的抗干扰性。

主要技术特点：

1、车头齿轮统一模数，孔径和宽度，互换性强。

2、高速级传动采用同步齿形带传动，减不噪音。

3、车头齿轮、牵伸传动齿轮采用滴油润滑装置。

4、采用SY系列级升机构，不用调换齿轮，具有防倒牙装置。

5、双扭杆平衡机构，升降系统采用牵吊方式升降。

6、采用铝合金制吸棉笛，内表光滑，外表美观。

自动控制机构：

中途关车，自动适位制动停车。

中途（提前）落纱，钢领板自动下降到落纱位置，适位自动停车。

满管落纱，钢领板自动下降到落纱位置，适位自动停车。

罗拉、锭子速度、牵伸倍数、纺纱支数等参数显示。

2.2FA506-21（B）细纱机的主要技术参数

FA506与其他机型比较如下表2.1所示

机型

FA506

FA507

EMJ128K

F1520

DTM139

适纺纤维长度（mm）

65mm以下棉丶化纤及混纺

65mm以下棉丶化纤及混纺

60mm以下棉丶化纤及混纺

60mm以下棉丶化纤及混纺

60mm以下棉丶化纤及混纺

锭距（mm）

70

70

75

70

70

75

70

每台锭数

384~516

384~516

384~516

1200

396~1008

牵伸形式

三罗拉长短胶圈

牵伸倍数

10~50

10~50

10~50

10~60

10~70

罗拉直径（mm）

25

25

27

25

27

27

27

每节罗拉锭数

6

6

6

6

6

罗拉加压方式

弹簧摇架加压，气压摇架加压

最大罗拉中心距

（前后）

143

150

150

150

143

（前中）

43

43

43

43

43

纲领直径（mm）

3538

4245

3538

4245

3538

4245

3538

424557

3538

4245

升降动程（mm）

155180

205

155180

205

155180

205

155180

205

170180

190200

锭子型号

JWD32系列光杆

D32系列光杆

D32系列光杆

JWD7111铝套管

ZD4110EA铝套管

锭速（r/min）

12000~18000

10000~17000

11000~18000

12000~25000

12000~25000

满纱最小气圈高度（mm）

85

75

75

95

95

锭带张力盘

单，双张力盘

单，双张力盘

单，双张力盘

单，双张力盘

单，双张力盘

捻向

Z,Z或S

Z,Z或S

Z,Z或S

Z,Z或S

Z,Z或S

粗纱卷装尺寸（mm）直径*长度

152*406

最大

152*406

最大

152*406

32*406

152*406

粗纱架

单层六列吊锭

自动机构

PLC控制，中途关机适位制动，中途落纱钢领板自动下降适位制动，满管钢领板自动下降适位制动，开机低速生头，开机前钢领板自动复位，落纱前自动接通落纱电源，工艺参数显示

比其他机型自动机构多集体落纱自动翻起导纱板和自动拔管落纱后自动开机

新技术

可配变频调速，可配竹节纱装置，可配包芯纱装置

变频调速，集体落纱，锭子，罗拉，钢领板电动机分开传动，纱管成型智能化

变频调速，集体落纱，锭子，罗拉，钢领板电动机分开传动，纱管成型智能化，可配包芯纱装置

主要制造厂

中国纺织集团经纬股份有限公司榆次分公司

太平洋机电集团上海二纺机股份有限公司

太平洋机电集团上海二纺机股份有限公司

中国纺织集团经纬股份有限公司榆次分公司

马佐里（东台）纺机有限公司

表2.1

2.3细纱的成形过程

（一）细沙形成过程

管纱的成形要求卷绕紧密、层次清楚、不相纠缠，有利于后道工序高速退绕。

管纱的卷装尺寸或容量除直接纬纱受梭子内腔尺寸限制外，应尽量增大容量，以减少细纱工序落纱和后道工序退绕时的换管次数，提高设备利用率和劳动生产率。

细纱管纱都采用圆锥形交叉卷绕形式（又称短动程升降卷绕），如图2.2所示，截头圆锥形的大直径，即管身的最大直径dmax（通常比钢领直径约小3mn），小直径do就是筒管的直径。

每层纱的绕纱高度h一般为46～56mm，管纱的成形角r／2为12.5?

～14?

。

为了完成管纱的全程卷绕，每次卷绕一层纱后钢领板要有一个很小的升距m（俗称为级升）。

在管底卷绕时，为了增加管纱的容量，每层纱的绕纱高度和级升均较管身部分卷绕时小。

从空管卷绕开始，绕纱高度和级升由小逐层增大，直至管底卷绕完成，才转为常数h和m，即管底阶段卷绕时，h1

为使相邻的纱层次分清，不相重叠纠缠，防止退绕时脱圈，一般钢领板向上卷绕时纱圈密些，称为卷绕层，钢领板向下卷绕时纱圈稀些，称为束缚层。

这样在两层密绕纱层间有一层稀绕纱层隔开。

因此，要完成纱圈的圆锥形卷绕，钢领板的运动应满足以下要求：

图2.2

（1）短动程升降，一般上升慢、下降快；

（2）钢领板每次升降后要改变方向，还应有级升；

（3）管底成形阶段绕纱高度和级升由小逐层增大；

2.4FA506型细纱机的成形机构

（一） 

（一）    钢领板的短动程升降和成形凸轮

细纱卷绕时钢领板沿纱管轴向升降的动程为h，为了形成卷绕层与束缚层，其上升和下降的速度是不等的。

在FA506型细纱机上，当钢领直径为35mm、38mm时，升降动程h为46mm选用的凸轮升降速比为1：

3，常用于纺直接纬纱；当钢领直径为42mm、45mm时，升降动程为56mm，选用的凸轮升降速比为1：

2，常用于纺经纱。

钢领板在升降中，由于卷绕同一层纱各处直径不等，为保证等圈距圆锥形卷绕，钢领板的升降速度VR需与卷绕直径dX成反比，即VR=Δ                                   （2.2）

式中：

Δ——卷绕圈距；

VF——前罗拉表面速度。

FA506型细纱机的升降卷绕机构如图2.3所示。

成形凸轮1在车头轮系传动下匀速回转，推动成形摆臂2作上下摆动，通过摆臂左端轮3上的链条3?

拖动固装在上分配轴4上的轮5，使上分配轴4作正反向往返转动，固装在上分配轴4上的左、右钢领板牵吊轮6经牵吊杆、牵吊滑轮29、牵吊带30牵吊钢领板横臂31，使31上的尼龙转子32沿立柱33上下滚动，机台两侧的钢领板34以立柱33为升降轨道作短动程升降运动。

图2.3FA506型细纱机升降卷绕机构

图2.3中，23为小电动机，24为链轮，25为平衡凸轮，26为平衡小链轮，27为扇形链轮，28为链条。

（二）导纱板短动程升降

上分配轴右侧轮6旁的轮7（两者是一体），通过链条7'，去拖动固装在下分配轴8上的轮9，使下分配轴8作正反向往返转动。

固装在轴8上的轮10通过链条10'去拖动活套在上分配轴4上的轮11，而轮11和左、右两侧的导纱板牵吊轮12是一整体，所以下分配轴8的正反向往复转动传递到轮12，再由轮12经牵吊杆、牵吊滑轮35、牵吊带36去牵吊导纱板横臂37，再分别牵吊机器两侧的导纱板升降杆38，使导纱板39作短动程升降运动。

（三）钢领板和导纱板的级升运动

钢领板和导纱板的级升运动是由级升轮18（也称锯齿牙或撑头牙）控制的，其级升运动是在成形摆臂2向上摆动时带动小摆臂15向上摆动，15右端顶着推杆16上升，使推杆16上端的撑爪17撑动级升轮18。

当成形摆臂2向下摆动时，撑爪17就在级升轮18上滑过。

所以在成形摆臂2升降摆动中，级升轮18间歇转动，通过蜗杆19和蜗轮20传动卷绕链轮21间歇转过一个角度，再通过链条21'使链轮22间歇转动。

链轮22与链轮3为一整体，这样就使链轮3间歇卷取链条3'的一小段而产生了钢领板和导纱板的级升运动。

因此，每次链条缩短的长度或钢领板的级升距取决于级升轮18的齿数和撑爪每次撑过的齿数。

为了压缩小纱气圈高度以降低小纱张力，导纱钩采用变动程升降，即从管纱始纺开始，导纱钩的升降动程和级升量逐渐增大到正常值，如图2.4所示。

为此在轮10与11之间装有位叉机构，位叉13叉在链条10'的一个横销14上，在小纱始纺时，迫使链条10'曲成折线，此时轮12的正反向往复转动也造成位叉13的来回摆动，减少了轮11、12往复转动的角度。

由于级升运动将曲折的链条逐步拉直，在管纱成形三分之一时链条上的横销14与位叉13脱离，位叉不再起作用。

这时，轮10带动轮11、12牵吊导纱板作正常升降与级升运动。

（四）管底成形机构 FA506型细纱机的管底成形机构采用凸钉式，如图2.3所示。

在轮5上装有管底成形凸钉，在凸钉处轮5的半径较大。

图2.4纲领板、导纱钩升降轨迹

当卷绕管底时与凸钉接触的链条3'随成形摆臂2上下运动相同距离时，因轮5的转动半径较大而使上分配轴4上的轮6作较小的往复转动，从而使钢领板升降动程较卷绕管身时为小。

在管底卷绕时，链条3'逐层缩短同样一小段长度，由于轮5的转动半径较大，所以钢领板逐层级升较管身卷绕时为小。

当链条3'逐层缩短，待轮5间隙转动使凸钉脱离与管身的接触时，钢领板的每次升降动程和级升才达到正常值，完成了管底的卷绕。

第三章细纱机控制系统的主要硬件设备和编程控制

3.1可编程控制

3.1.1可编程控制器的介绍

可编程序控制器，英文称ProgrammableController，简称PC。

它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。

用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。

可编程序控制器一直在发展中，所以至今尚未对其下最后的定义。

国际电工学会（IEC）可编程序控制器标准草案。

在草案第三稿中，对PLC作了如下定义：

可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。

3.1.2PLC的基本结构和工作原理

1、PLC的基本结构

（1）.PLC的硬件组成

可编程控制器的构成框图和计算机是一样的，都由中央处理器（CPU）、存贮器和输入/输出接口等构成。

因此，从硬件结构来说，可编程控制器实际上就是计算机，图1是其硬件系统的简化框图。

从图中可以看出PLC内部主要部件有:

（1）CPU（Central Process Unit）

CPU是PLC的核心组成部分，与通用微机的CPU一样，它在PLC系统中的作用类似于人体的神经中枢，故称为“电脑”。

（2）系统程序存储器

它用以存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释功能子程序的调用管理程序，以及对应定义（I/0、内部继电器、计时器、计数器、移位寄存器等存储系统）参数等功能。

（3）用户存储器

用以存放用户程序即存放通过编程器输入的用户程序。

PLC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。

同时，由于前面所说的系统程序直接关系到PLC的性能，不能由用户直接存取。

因而通常PLC产品资料中所指的存储器型式或存储方式及容量，是对用户程序存储器而言。

（4）输入输出组件（I/0模块）

I/0模块是CPU与现场I/0装置或其它外部设备之间的连接部件。

PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/0模块和各种用途的I/0组件供用户选用。

如输入/输出电平转换、电气隔离、串/并行转换数据、误码较验、A/D或D/A转换以及其它功能模块等。

I/0模块将外界输入信号变成CPU能接受的信号，或将CPU的输出信号变成需要的控制信号去驱动控制对象（包括开关量和模拟量），以确保整个系统正常工作。

输入的开关量信号接在IN端和0V端之间，PLC内部提供24V电源，输入信号通过光电隔离，通过R/C滤波进入CPU控制板，CPU发出输出信号至输出端。

PLC输出有三种型式：

继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。

（5