二.系统介绍
传统的倍捻机由一台主电机拖动，经过齿轮箱传动完成锭子旋转、卷绕辊转动、横动移纱杆往复运动这三部分动作。各个传动部件靠4个齿轮箱传动，横动移纱靠成形凸轮实现。经过市场调研，针对传统倍捻机齿轮箱加工难度大、运转噪声大、漏油、特别是变换品种时间长和复杂等缺点。率先在国内设计出以西门子S7-200可编过程控制器CPU226为主控制单元，控制全机132个单锭电机锭子速度（台达变频器控制），卷绕电机速度（台达变频器控制），横动移纱电机速度（日本松下交流伺服驱动器控制），用TD200文本显示器设置和显示工艺参数的控制方案。取消4个齿轮箱及全部工艺变换齿轮，取消移纱成形凸轮机构。对主轴转速信号采用高速计速，对卷绕辊进行测速，同时得到纱线加捻长度L=2πr/每转；通过在TD200文本显示器上用中文设置工艺参数如：锭子速度、捻度、交叉角α、定长等；按F1-F4键对应为甲班、乙班、丙班、丁班，任意时刻均可换班次，同时产量相对应于班次计量。对运转过程中出现的故障信息均在TD200文本显示器上用中文显示出来，为排除故障提供方便。并能实时显示年、月、日为工厂查抄报表提供方便。总之,有变换品种快、维护操作方便，工艺参数设置简单，只需要1分钟就可以完成，自动化程度高，适应市场需要等特点。
该机所用台达自动化产品的型号、数量、类型如下图：
三．控制系统构成
1．硬件配置
1.1 由西门子S7-200系列中CPU226为控制中心，硬件配置如下：
松下伺服驱动器 VFD-B锭子变频器 VFD-B卷绕变频器 TD200文本显示器
Q0.0 Q0.1 PORT1 PORT0
CPU226（DC/DC/DC）
I0.0 I0.1
锭子 卷绕
速度 速度
1.2 S7-200可编过程控制器的特点
西门子S7-200系列中CPU226可编过程控制器，性能价格比高，它的主要特点和性能如下：
① 6个高速计数器，每个30KHZ。倍捻机锭子速度为5000-15000转/分，而脉冲数为8个/转，其它型号PLC计数器（一般为5 KHZ）不能满足计数要求；而CPU226高速计数器能满足要求。
② 2个脉冲输出点，每个20KHZ。横动移纱由交流伺服驱动器完成，152MM的动程横动移纱杆要1分钟往返80次；其脉冲信号要求达20KPPS，而CPU226脉冲串输出PTO功能正好满足该要求。
③ 2个RS485通迅口，用PPI方式可以和TD200文本显示器连接。用自由口方式，可以和两台台达VFD-B型变频器连接，实现远程通迅。
④ 内置EEPROM，可永久性地存储用户程序和其它重要参数，而不需要后备电池。
⑤ 具有结构紧凑、编程简单、抗干扰能力强、可靠性高等特点。
1.3 西门子TD200文本显示器的特点
① TD200文本显示器具有牢固的、具备IP65保护级别的塑料前面板；
② 采用了具有备光的高效率的LCD液晶显示器；
③ 内置连接通迅电缆的接口，在短距离（2.5米）无需外接电源；
④ 能显示二行20个中文汉字。最多可显示80多条信息，每条信息最多4个变量的状态，每屏最多可显示40个字符。
⑤ 前面板上具有8个可编程的功能键（F1-F8）
⑥ 利用S7-200编程软件，可方便地对它进行编程。
1.4 系统PLC开关量输入表
I0.0 — 锭子速度
I0.1 — 卷绕速度
I0.3 — 左换向接近开关
I0.4 — 右换向接近开关
I0.5 — 左换向限位开关
I0.6 — 右换向接近开关
I1.0 — 机器停车按钮
I1.1 — 机器起动按钮
I1.3 — 编程开关“关”位
I1.4 — 编程开关“开”位
I2.1 — 锭子变频器故障报警点
I2.2 — 卷绕变频器故障报警点
I2.3 — 伺服驱动器变频器故障报警点
1.5 系统PLC开关量输出表
Q0.0 — 伺服驱动器脉冲串信号
Q0.1 — 伺服驱动器方向信号
Q1.0 — 锭子变频器使能
Q1.1 — 锭子变频器方向（S捻,Z捻）
Q1.2 — 卷绕变频器使能
1.6 CPU226的通迅口PORT1与2台台达VFD-B型变频器采用自由口通迅（MODBUS通讯协议8，E，1forRTU），完成频率的写入、启动、停车的控制。
CPU226的通迅口PORT0连接TD200文本显示器，完成工艺参数的设置和显示，其它故障报警、班次、时间、纱线长度的显示。
CPU226的Q0.0和Q0.1采用PTO脉冲串输出，控制交流伺服驱动器。
1.7 锭子变频器和卷绕变频器采用台达VFD-B系列变频器，横动移纱采用日本松下交流伺服驱动器MSDA083A1A型。
2．程序的编制
程序采用以主程序为主干，以子程序和中断程序为支干的树状程序结构。
2.1 主程序负责控制程序的运行，子程序的调用和中断事件的处理。子程序主要包括初始化子程序，完成具体事件子程序，系统监控子程序等共16个。中断程序主要是时间中断和事件中断程序，和PTO处理中断程序共7个。
2.2 子程序是程序的主要组成部分
① 初始化程序
包括上电初始化程序SBR1（锭子和卷绕变频器初始化）和启动初始化程序SBR10（横动PTO脉冲输出初始化计算和启动参数的计算）。
② 完成具体事件子程序
主要包括锭子和卷绕速度测定，超出正常范围的判断和处理程序SBRO。卷绕运行序SBR2、横动运行程序SBR3、班产量程序SBR4、横动启动段控制程序SBR5、横动停车段控制程序SBR6、全机停车程序SBR7、通迅用计算BCC程序SBR9、通迅用发送和初始化XMT定时器程序SBR11、卷绕启动段控制程序SBR12、全机零位程序SBR13、卷绕停车段控制程序SBR14、锭子速度控制程序SBR15。
③ 系统监控程序
包括故障检测程序SBR8。
2.3 中断程序
发送结束的中断处理程序INT0
发送超时的中断处理程序INT1
接收字符中断处理程序INT2
接收起时中断处理程序INT3
横动交叉角α变换中断程序INT4
横动起动中断程序INT5
横动停车中断程序INT6
2.4 TD200文本显示器的显示程序：利用S7-200编程软件，能很容易地编制显示程序，参数的显示屏和设定屏的显示程序主要在VB区。同时，在主程序中对功能键F1～F8作了定义
F1-F4 甲、乙、丙、丁四个班次设定和产量清零
F5 故障复位
F6 总产量清零
F8 工艺参数显示
2.5 程序框图附后
2.6 程序（略）
四.控制系统的功能
YF1702倍捻机全机有132个单锭单电机，由西门子S7-200系列中CPU226可编过程控制器作为控制核心，以TD200文本显示器为人机界面窗口，以台达VFD-B系列变频器和日本松下伺服驱动器为主要控制对象的机种。倍捻机的主要指标纱线捻度不匀率要小于3.5%。这就要求锭子速度与卷绕速度始终保持为恒定值关系；要求控制锭子速度和卷绕速度的变频器有很高的性能，综合考虑决定采用台达VFD-B系列变频器。而卷绕速度是由卷绕辊速度与横动移纱速度合成得来。又因为纱线成形需要要进行防迭处理，纱线每经过一段长度交叉角α就要变化一次，但要求卷绕辊速度与横动移纱速度的合成速度始终保持不变。
2×n锭子速度
T（捻度） =U卷绕速度
U卷绕辊速度
U卷绕速度
α
U横动移纱速度
U 卷绕辊速度 = U卷绕速度 ·cos α（交叉角）
U 横动移动速度 = U卷绕速度·sin α（交叉角）
该机在起动阶段、运行阶段、减速停车阶段要求各电机保持相应的比例关系做到同步；而各电机的目标值，加减速斜率都动态的，而且在起动停车过程中更难控制同步，如何解决这一问题是项目成功的关键。我的方法是以锭子速度为基准值，把各速度曲线微分，把变速曲线细分为多个t，每经过一个t就会有一组新的目标值，由变频器的一个新定值控制每个t时间内的加减速过程，如果t足够小（200ms），这时t时间内的速度变化过程所产生的误差就在要求范围内，实现它采用西门子S7-200可编过程控制器PLC与台达VFD-B系列变频器通迅的方式来完成。而在运行阶段,每30秒钟对锭子速度和卷饶速度进行检测,判断它是否在允许范围内,若超过范围,还要判断是上超差还是下超差,然后S7-200PLC通过通讯方式修正变频器频率值,使之回到正常范围内,保证纱线的关键品质。
五.结束语
经过试制该机各方面性能指标均达到设计要求，在今年10月份北京国际纺织机械展览会上将要展出。今后这种单锭单电机的自动控制方式是纺织机械的发展方向。
