一种化纤高速卷绕机的锭轴传动控制技术
1 问题的提出
化纤长丝的生产过程需要应用卷绕机将化学纤维的丝条卷绕成为具有一定容量的圆柱形卷装。卷绕机通常由卷取机构和导丝机构两大部分组成 。随着化纤生产技术的进步，尤其是高速纺丝技术的发展，化纤机械日益趋向高速化、连续化、自动化、数字化、智能化和机电一体化。因此，在化纤长丝的整个卷绕过程中，为了避免丝条的断头、伸长不匀、条干不匀，以提高丝条的染色性能和卷装的成形良好，经常采用锭轴传动方式的卷取机构作为高速卷绕机的重要组成部分。
文献[4]介绍了以化纤长丝成品纤维线密度的定义导出的锭轴传动控制模式及其采用单片微机的实现方法。这里在对化纤长丝高速卷绕机锭轴传动方式深人研究的基础上，论述了一种由某一卷绕时间内卷装质量导出的锭轴传动控制模型及其应用可编程计算机控制器（PCC）的实施方案，以构成又一种锭轴传动的控制技术。
2 锭轴传动的建模分析
现设do 为纸质筒管的外径（其单位为mm）、H 为导丝机构的往复动程（其单位为mm）、P 为卷装的视在密度（其单位为g/c㎡）、G为高速纺丝机计量泵熔体吐出量（其单位为g/min ，它主要取决于化纤长丝成品纤维含湿量与含油量系数、化纤长丝成品纤维线密度、卷绕速度和牵伸倍数等因素）、tx为某一卷绕时间（其单位为s）、dx 为对应于tx的某一卷装外径（其单位为mm) ，则根据tx的卷装质量可得：
(l)
从式（1）可导出：
(2)
又由于卷绕速度v（其单位为m/min）与卷装表面圆周速度v1、横动导丝速度v2之间可构成一个如图l 所示的卷绕速度矢量图(图中的a 为卷绕角、m 为导丝机构每分钟往复次数），于是对应于tx的锭轴转速nK （其单位为r／min）的某一值为：
(3)
图1 卷绕速度矢量图
把式（2）代人式（3）便得出某一卷绕时间tx与对应的某一锭轴转速 之间的函数关系式：
(4)
式（4 ）即为一种锭轴传动的数学模型和锭轴转速的控制基础，它表明可按预先设定的v、a、G、p、H 、do等生产现场工艺参数和机械参数求得锭轴转速随卷绕时间变化的特殊规律。
3 锭轴传动的实施方案
为了实施上述锭轴传动的特殊转速规律，可采用结构框图如图2 所示的机电一体化控制方案。锭轴传动的执行机构所接受的指令为锭轴转速实际给出值n ：它是以函数关系式（4）所确定的锭轴转速计算值n 作为主要内容；同时，考虑到随着卷装外径的不断增大，卷取机构的惯性、卷装旋转时产生的风阻和摩擦力矩亦随之增大，考虑到接触辊打滑的影响，则将接触辊实际转速n 与对应v的接触辊设定转速n 进行比较，把两者之间的本次偏差e 通过自动可变比例增益的比例积分（PI）控制算法，对式(4）的计算值n 进行辅助的微量修正，以进一步改善控制过程的静动态特性和保证高速卷绕机的恒线速卷绕。所以，锭轴转速实时控制时的实际给出值为：（5 )
式中的P为与卷装外径有关的自动可变比例系数、I 为积分系数、。e 为上一次的偏差值。
图2 锭轴传动卷绕机的机电一体化结构框图
4 锭轴传动卷绕机PCC 控制系统的设计
4.1 PCC 控制系统的硬件结构
