四方工控產品在自動對折縫邊機上的應用
摘要：縫邊機是紡織機械中的一種設備，它通過將布料對折后，利用縫紉機將布料進行縫合。傳統縫邊機送料、對折部分依靠人工完成，不僅生產效率低，而且成本較高。本文以四方PLC和伺服系統及變頻器為平臺，設計了一整套自動對折縫邊機控制系統，系統能夠自動完成送料、折邊、縫紉和收布等工序。
關鍵詞：縫邊機，PLC，伺服，HMI，變頻器
一、引言
近年來，紡織行業發展迅速，縫邊機作為紡織機械中的一種，它通過將布料運送對折后，利用縫紉機將布料進行縫合。為了提高生產效率，自動對折縫邊機應運而生。然而許多自動對折縫邊機在快速運行過程中會出現斷針、跳針、頻繁斷線等一系列問題，因此如何設計出更加合理的自動對折縫邊機控制系統就很有必要了。以往的機械式的輥鍛機送料設備，往往存在機械成本高、通用性差、調整不靈活、人機交互差等一系列問題。這就需要開發出更合理的輥鍛機送料機械手控制系統，來提高機械效率、改善安全狀況、增強設備通用性。為此，我們設計了一套基于四方PLC、伺服驅系統和變頻器的自動對折縫邊機控制系統，該系統成功應用于浙江某紡織機械廠，經過數月的運行測試，系統運行穩定、生產效率高，得到客戶的認可和好評。
二、工藝分析
縫紉機原理如圖1所示，需要將針部分穿過織物。由于針眼就在尖頭的后面，而不是在針的尾端。針固定在針桿上，針桿由電機通過一系列的齒輪和凸輪牽引做上下運動。當針的尖端穿過織物時，它在一面向另一面拉出一個小線圈。織物下面的一個裝置會抓住這個線圈，然后將其包住另一根線或者同一根線的另一個線圈。
圖1 縫紉原理圖
縫紉機的線跡是由面線、底線兩根縫紉線在縫料上、下面相互有規律交合在一起，縫紉線的交合點處于縫料中間，從線跡的橫斷面上看，好像有兩把鎖相互連接在一起鎖住一樣，因此稱為“雙線連鎖式線跡”。
當機針從最低位置開始上升時，送布牙同步開始送布，機針向下接近縫料時，送布結束，如圖2所示。隨后機針引著面線繼續下降，穿過縫料降低到最低位時，面線受針孔向下的拉力和針桿與縫料的擠壓力而在針孔上方緊貼針桿繃緊。擺梭鉤著線環轉到梭心下面時，挑線桿停止輸送面線并迅速上升收回面線，使線環急速縮小上移套住底線。在夾線器、挑線桿和梭心套的共同的作用下，面線把底線拉到縫料中間并收緊。這樣完整的線跡形成了。
圖2 縫紉成型過程
自動對折縫邊機整體結構如圖3所示，布料由送布輥運送至對折機構處，將一整塊大的布料進行對折之后送至縫紉機處對需要縫補的邊緣處進行快速縫補。収布輥起到將縫紉的布料往前拉動的作用，布料經過縫補后，經由収布擺桿整齊地鋪疊擺放在最終収布平臺上。
圖3 工藝原理圖
三、系統架構
本方案中的控制系統，采用EM1系列HMI實現人機交互，送料、縫紉機、收布電機的控制采用E550系列變頻器，而收布輥傳動機構采用CA100伺服系統，EP1系列PLC對整個工藝過程進行集中控制。基本工作原理為：HMI完成運行參數的設置和顯示，PLC通過通訊讀寫CA100伺服系統的內部位置參數，伺服系統根據外部縫紉機端的接近開關信號來控制電機實現內部位置的反復行走，帶動拉布輥將布行走。
系統方案如圖4所示。
圖4 控制系統結構方案
四、系統調試
自動對折縫邊機控制系統調試主要分為伺服系統調試，PLC程序調試，整機調試這幾部分。
4.1 系統電氣圖
自動對折縫邊機的部分的電氣圖紙如圖5所示。
圖5 系統電氣圖紙
4.2 伺服驅動器參數調試
系統調試首先要進行的是伺服參數調試，使伺服的功能和性能達到系統的要求，伺服驅動器調試的主要參數如下表所示：
表1 伺服驅動器調試參數（部分）表
|
功能碼 |
名稱 |
參數值 |
說明 |
|
Pn007 |
控制方式 |
3 |
位置控制模式 |
|
Pn019 |
DI數字輸入濾波時間 |
1 |
單位 ms |
|
Pn042 |
伺服軸地址 |
1 |
設定伺服從站地址 |
|
Pn043 |
RS485通信配置 |
0003 |
1-8-1無校驗 ModbusRTU |
|
Pn021 |
DO1功能 |
5 |
定位完成 |
|
Pn022 |
DO2功能 |
2 |
伺服報警 |
|
Pn205 |
速度回路增益 |
11 |
根據現場情況調整 |
|
Pn206 |
速度回路積分時間 |
5 |
根據現場情況調整 |
4.3 PLC程序調試
四方EP1系列PLC編程軟件具有在線監控和修改功能，可以方便的監控PLC程序運行狀態，便于使用者在調試過程中持續的優化PLC程序，實現完美的工藝流程控制。EP1系列PLC提供了2路通訊接口，可以在線監控PLC程序同時連接HMI，可以直觀的監控HMI與PLC之間的通信，便于發現各類問題，減少了多機聯調時容易出現的兼容性問題。
圖6 EP1系列PLC在線監控圖
4.4人機交互界面
HMI主界面如圖7所示，可進行伺服使能控制以及針距及伺服速度的設定，顯示設備的當前工作狀態和報警狀態等信息。
圖7 HMI主界面
4.5 整機調試
整機調試需要注意以下問題：
（1）必須保證布料折疊后上下邊平齊后才啟動縫紉機。
（2）在調整縫紉機速度前，必須將送布機構的速度調整到一個合適的范圍，保證送布和拉布之間布處于繃直狀態。
（3）収布機構的變頻器頻率可適當比送布的低些，保證是伺服控制的収布輥在拉布。
五、結束語
基于四方電氣機電產品所設計的自動對折縫邊機控制系統，較好的解決了傳統對折縫邊機人工送布的效率低、成本高、高速時跳針、斷線等問題。系統采用全套四方工控產品，包括HMI、PLC、伺服及變頻器，保證了各產品間良好的兼容型。經過數月的現場使用測試，系統性能穩定可靠，生產效率顯著提高，滿足了用戶的實際生產需求。
參考文獻
1、 深圳市四方電氣EP1系列PLC編程手冊. 深圳：深圳市四方電氣技術有限公司. 2016
2、 深圳市四方電氣CA100系列伺服驅動器使用說明書. 深圳：深圳市四方電氣技術有限公司. 2016
