一.项目简介
　　 某纺织机械有限公司是中国纺织机械（集团）总公司的骨干企业；现棣豚属于经纬纺织机械股份有限公司；是专业生产纺织机械中捻线机的厂家；其生产的直捻机系列、玻璃丝捻线机系列、倍捻机系列、细纱机系列、针织圆纬机系列产品深受用户好评。随着中国加入WTO,棉纺织品市场越来越被看好；特别是高支纯棉纱需求越来越大。因此，在工艺上用新型倍捻机代替传统倍捻机是必然趋势。
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：

型 号 
 
 

数 量
 类 型
 
变频器VFD-450B/45KW
 
 

1
 矢量控制
 
变频器VFD-015/1.5KW
 1
 矢量控制 
 

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，
　　 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。比较多可显示80多条信息，每条信息比较多4个变量的状态，每屏比较多可显示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。卷绕运行程序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。
　　 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。