剑杆织机智能化控制系统.pdf

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1、务I 遑止8 矽0 匕剑杆织机智能化控制系统肖卫兵(武汉科技学院机电工程学院武汉4 3 0 0 7 3)摘要：针对剑杆织机控制参数多、各机构运动相对独立的特点，提出了剑杆织机智能化控制系统方案。在主从计算机的控制下，根据织物品种的需要，能够方便地设定和调整织机各种工艺参数，织机的主要工作参数如主轴转速、引纬率、经纱张力等都能够在计算机屏幕上实时显示。系统控制简单，自动化程度高，满足织机高效率和对织物广泛适应性的要求。关键词：剑杆织机，智能化控制系统；主从式；计算机；工艺参数中国分类号：T S l0 3 7文献标识码：B文章编号：10 0 9 一0 13 4(2 0 0 7)0 8 0 0 4

2、8 0 3T h ei n t e l l i g e n tc o n t r o ls y s t e mo fr a p i e rl o o mX I A OW e i-b i n g(T h eS c h o o lo fM e c h a n i c a la n dE l e c t r o n i cE n g i n e e ro fW u h a nI n s t i t u t eo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y，W u h a n4 3 0 0 7 3 C h i n a)A b s t r a c t：I tp u tf

3、 o r w a r dap l a no ft h ei n t e l l i g e n tc o n t r o ls y s t e mi na c c o r d a n c ew i t ht h er a p i e rl o o m。Sf e a t u r eo f t o om u c hp a r a m e t e r sa n dm e c h a n i s m l sm o t i o nr e l a t i v e l yi n d e p e n d e n tA c c o r d i n gt ot h en e e do fv a n e t yo

4、ft e x t u r e t h ep a r a m e t e r sc a nb ed e c i d e da n dc h a n g e de a s i l yu n d e rt h ec o n t r o lm e t h o do fm a s t e r-s l a v ec o m p u t e rs y s t e mT h em a i np a r a m e t e r s，s u c ha st h ep r i n c i p a la x l es p e e d，w e f tr a t i oa n dw a r pt e n s i o nc

5、 a nb er e a l-t i m es h o w e di nt h es c r e e no fc o m p u t e rT h es y s t e mh a sa d v a n t a g e s，s u c ha ss i m p l ec o n t r o la n dh i g ha u t o m a t i s t，a n dc a nm e e tt h ed e m a n d so fh i g he f f i c i e n c ya n dw i d e l yt e x t u r ea d a p t a b i l i t y K e yw

6、 o r d s：r a p i e rl o o m；i n t e l l i g e n tc o n t r o ls y s t e m；m a s t e r-s l a v e；c o m p u t e r；p a r a m e t e r s1 剑杆织机智能化控制系统方案在满足产品的品质前提下，追求剑杆织机的高效率和广泛的产品适应性是剑杆织机的发展趋势。计算机、电子技术不断地应用于剑杆织机的设计开发中，剑杆织机的主轴运动和5 大运动都可能由相应的电子装置取代，因此剑杆织机智能化控制系统是织机机电一体化研究的一个重要的方向。剑杆织机智能化控制系统的结构框图如图1 所示。由图l

7、 可知，智能化控制系统主要是由一个主计算机、5 个从单片机组成主从式两级计算机控制系统。剑杆织机的主轴运动、引纬运动是分别通过从单片机l 和5 控制变频器的输出来调节，织机的送经和卷取运动是分别由从单片机2 和4 控制步进电动机的转速来实现的I 织机的开口运动是由从单片机3 按照织物的工艺要求控制多臂机电磁装置完成的。织机工作参数由相应的传感器等检测装置测量并输入到各从单片机中。主计算机采用W I N D O S 操作系统，5 个从单片机采用A T 8 9 S 5 2 单片机。主从计算机之间通过通信口相互连接，由主计箅机将开始工作的时间指令同时传输给从单片机，各电动机在同一时间上开始工作，保证

8、织机各运动的同步。主计算机的任务主要包括：(1)接收织机工作参数设定，并将参数同时传输给各从单片机。(2)接收各从单片机传送的织机工作参数，并将其实时显示在屏幕上。(3)若接收到织机需要停车的信号，将产生中断信号并同时传输给所有从单片机，保证织机各运动将同时停止工作。各从单片机主要承担织机各运动的速度调节任务，主要包括：收稿日期：2 0 0 7-0 2 一l O基金项目：湖北省数字化纺织装备重点实验室开放课题(D T L 2 0 0 6 0 5)作者简介：肖卫兵(1 9 6 6 一)，男，湖北人，副教授，硕士主要研究方向为纺织机械肌电一体化。1 4 8 第2 9 卷第8 期2 0 0 7-0

9、8 万方数据圉1 创杆织机智能化控制系统的结构框图(1)从主单片机获取控制参数。如织机主轴转速、送经量、纬密，中断信号等。(2)根据工艺要求调节织机各运动的运动规律，满足织机正常工作的要求。(3)实时获取相应织机运动的有关参数并将该参数同时传送给主计算机。2 剑杆织机主要参数和运动规律的控制2。1 织机主轴转速驱动织机主轴转动的交流伺服电动机的转速为：n：6 0 f(1 一J)，1、1，式中：n 一电动机的转速(r p m)_ 厂一电源频率(H z)p 一电动机极对数i 一减速比J 一转差率由式(1)可知，要调节织机主轴的速度，只要相应地改变电动机的电源频率即可实现。剑杆织机的主轴采用由交流伺

10、服电动机在单片机1 的控制下通过变频器直接驱动。织机主轴转速确定后，由键盘输入主计算机，然后传输到从单片机1。单片机1 计算出对应的电源频率，值，将该信号传递给主轴变频器，由变频器产生该频率的电源驱动主轴电动机转动，获得设定的车速。选用内置P I D 的变频器可以实现对织机主轴转速的闭环控制，完成对织机主轴转速的精确调节。【l】织机工作时主轴的转速可以通过转速传感器测出后通过从单片机l 传输到主计算机，并实时显示在计算机屏幕上。2-2 经纱张力保持经纱张力恒定是获得良好品质的织物的一个关键因素。其实质是要保持经纱的线速度恒定，主要是通过对织机送经和卷取运动的调节控制实现。由图l 可知，织机的送

11、经和卷取运动均由步进电动机驱动织轴和卷布辊转动完成的。“经纱的线速度为：v=n r R O。厂(1 8 0“f)(2)式中v 一织物或经纱的线速度(m s)R-卷布辊或织轴半径帆)0、一步进电动机步距角(度)，一脉冲信号频率(肫)i 一减速机构传动比由式(2)知，要恒定，则需要R 与，乘积恒定。织轴和卷布辊的半径的变化通过卷径检测装置测出后，输入各自从单片机中，计算出对应的脉冲信号频率，的值，控制各自步进电动机转动，实现经纱和织物的线速度相等并保持恒定。织物和经纱的线速度由主计算机根据织物的品种给定。2 3 织物纬密第2 9 卷第8 期2 0 0 7-0 81 4 9】万方数据织物的纬密为：P

12、。：”(6 0 0 v)(3)晖式中：P。一织物的纬密度(根l O c m)n 一织机主轴转速(r p m)v 一织物的线速度(m s)织机的主轴转速确定后，织物纬密的调整可以由式(3)来选择不同的线速度v 值获得不同的纬密。也可以在保持线速度不变的条件下，改变织机主轴的转速来调整纬密。因此通过主计算机预选参数可以方便地实现织物纬密的设定和调整。2 4 引纬运动规律分离筘座式挠性剑杆织机为了获取较长的停顿时间，一般采用共轭凸轮打纬机构，由织机主轴传动，以保汪织机主轴与打纬运动的同步。其引剑机构与筘座在后方静止位置上同样具有一定的倾斜角，引剑机构不随筘座一起摆动。利用这一结构特点，将电动机与引剑

13、机构中的剑轮轴向联结起来，通过单片机控制交流电动机驱动引剑机构完成引纬运动。口】引纬运动的线速度为：v：华(h)(4)口式中：y 一引纬的线速度(m s)尺一剑轮的半径)其它参数同式(1)由式(4)可知，通过对交流电动机电源频率的控制就可以保证引纬机构按照预定的引纬运动规律运动。当纬纱特性改变时，修改从单片机5 的控制程序就能改变0 I 纬运动规律，提高织机对不同纬纱的适应能力。考虑到引纬时纬纱张力的控制和车速的提高，一般采用改进型梯形加速度运动规律。2 5 织机开口运动目前常用的典型的电子多臂是S t a u b l i 2 6 5 0 电子多臂。【4 I 提综臂的运动规律是通过计算机控制电

14、磁铁的吸和不吸两种不同状态实现的。在单片机的控制下，按照织物的工艺要求决定电磁铁的吸和不吸，实现剑杆织机开口运动的自动化。其运动的初始条件由主计算机给定。3 剑杆织机智能化控制系统控制程序主计算机控制程序框图如图2 所示。1 5 0】第2 9 卷第8 期2 0 0 7 0 8量坚兰塞I匿葺五r l 发进信息帧并同时启动计时器l沙#T7亭刽l阿矗b 司厂两丽丽毒晶一 万方数据的开环控制，压力限定是由溢流阀完成的，夹紧放松是由P L C 控制电磁阀完成的。压力传感器将信号传入P L C 经网络传输至上位机用于监视。4 5 升降缸控制1#2 样3#升降缸位置控制是由计算机依据工艺设定位置，根据位移传

15、感器反馈的信号由P L C 控制自动定位的。位置保持是由液压系统独立完成的。当升降缸自动下降时，P L C 控制逻辑阀工作，当3 个缸分别下降到行程终点时，相应的位移传感器发讯绘P L C，由P L C 根据检测值与实际值的比较后控制升降缸停止，来完成升降辊自动下降控制。当主缸推进动梁夹具到任一缸附近时，行程开关发讯，P L C 控制升降缸下降，如果行程开关l 失控，则行程开关2 发讯，P L C 进入故障处理程序，控制主缸停止推进并报警。4 6 动粱夹具夹紧放松控制动梁夹具夹紧放松控制是由直流调速装置控制改变直流电机电流，控制输出力矩大小来调整夹紧力。当不同的管材半径不同时，夹紧力不同，夹紧

16、力由工艺提出的模型计算得出并将夹紧力给定信号输入给P L C 由P L C 控制直流电机拖动机械部分运动，实现动梁夹具夹紧放松控制。当动梁放松至极限位置时接近开关发讯给P L C 控制直流电机停止工作。4 7 压机控制主缸负载前行时，P L C 控制相应的逻辑阀工作，数字式步进伺服控制器投入位置闭环控制液压伺服变量泵，控制主缸前行同时测速编码器将铡速信号反馈至伺服控制器，实现主推缸的速度控制。推制速度信号经网络送人上位机进行显示。主缸推进至行程终点时，行程开关发出讯号，主缸停止推进。推制压力由压力传感器检测上位机显示。5 调试中问题及解决方法中频加热液压弯管机组由于是新型的开发研制设备，设计生

17、产调试中遇到了很多问题，其中由于中频电源的干扰曾使西门子整个控制网络瘫痪，无法正常工作。为了有艘的抑制和解央干扰(电源干扰、电磁干扰、线路干扰等)问题我们采取了很多措施。首先给计算机和P L C 提供了单独供电电源，通过超隔离变压器将A C 3 8 0 V 电源转换为A C 2 2 0 V，然后接入到稳压电源给计算机P L C 供电，消除由电网波动引起的电源干扰。其次将电源地(N)、计算机仪表(T E)地、保护接地(P E)严格分开且接地电阻小于3 欧姆，同时确保设备接地牢固可靠。开关量输入信号均采用了光电隔离措施，开关量输出也进行了继电器隔离。中频电源功率、电压，电流等模拟量输入信号直接通过

18、计算机输入板卡进行数据采集处理。电缆敷设严格按照电缆敷设标准要求施工：信号线与电源线分开敷设，不可放在同一线槽内，不可共用同一根电缆，且不可近距离平行敷设。信号线远离大功率电机等感性负载。经过以上的抗干扰措施后，有效的解决了干扰问题，设备正常运行，系统稳定可靠。6 结束语本系统成功的开发了一套基于P R O F I B U S D P现场总线的中频加热液压弯管控制系统。采用了中频感应加热晶闸管变频装置使得弯管生产中升温快，烧损少、能耗低，无污染，选用西重所研制开发的数字式步进伺服控制器，增量式编码器，使得弯制过程中推制速度稳定，角度控制准确。现场总线技术的应用，使系统实时性强，提高了系统可靠性

19、。上位机可以方便的显示系统运行状态，设置工艺参数和操作。机组在四川石油压力容器总厂从2 0 0 1 年底正式投入生产至今，整台设备运行比较稳定。已生产大小弯头近2 0 0 0 0 只，各类弯管规格从小5 0 8 一由8 1 3 不等，壁厚最大可达2 5 m m，基本满足了设计工艺性能要求，为用户创造了可观的经济效益。k 出缸j 南|缸 岛 蠡 矗j 如j 虹 缸“蠡 缸 缸j 缸 缸 矗 矗 缸 量蠡|缸缸L L 接第5 0 页】以方便地通过主计算机对有关参数进行修改。通过人机交互工作方式，使剑杆织机具有高速、高可靠性和强大的产品适应能力，实现智能化工作模式。参考文献：【l】邓星钟等机电传动控

20、制【M】武汉：华中科技大学出版社。2()0 1：3 3 6-3 4 0【2 肖卫兵，吴宜珍织机电子送经与电了卷取运动的同步控制【J】_ 武汉科技学院学报，2 0 0 2(5)：3 2-3 4【3】肖卫兵分离筘座式挠性剑杆织机电子控制引纬系统明纺织学报。2 0 0 I(3)：3 0 3 1 4】杨土法，等两种电子多臂机的原理简介与比较分析 J I 浙江工程学院学报，2 0 0 2(1)：1 1 1 3【5】J A M E SN o r m a n A u t o m a t i o ns o l u t i o n sl o o mo i lh o r i z o n J I nT e c h，2 0 0 3，5 0(5)：4 8 4 9 第2 9 卷第8 期2 0 0 7 一0 8t 6 9 1 万方数据