（纺织工程专业论文）丝网织机数字化控制系统的开发.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得云洼王些友堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 孑易窭 签字日期：m 口年亨月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权云洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 弓髟馋 导师签名： 签字日期：沙f 口年月侣 签字日期：，一年；月ze t 学位论文的主要创新点 一、设计并实现了丝网织机数字化控制系统。该控制系统以触摸屏为人机界 面，主控制器采用可编程控制器( p l c ) ，主电机采用变频调速，电子卷取和电子 送经。 二、设计并实现了丝网织机电子卷取机构。分析了丝网织机电子卷取机构纬 密控制精度和控制范围，建立了电子卷取纬密控制的数学模型。 三、设计并实现了丝网织机电子送经机构。带有张力反馈的丝网织机电子送 经系统，分析了系统的精度与送经量范围，建立了送经控制的数学模型。 本文对丝网 取系统作了详细 用变频器控制，可实现定位开车、停车、正反转等，织机主轴根据设定的参数 自动调整回转速度；送经系统采用伺服驱动器控制，送经电机按设定的经丝张力 送出经丝；卷取系统采用伺服驱动器控制，卷取辊按设定的金属丝网目数卷取织 物；人机对话采用触摸屏，可方便地进行各项参数的设置和监控，还为用户提供 各班次当前织造情况的显示和各班次历史记录的查询。同时详细阐述了电子送 经、电子卷取、定位开车、定位停车以及人机对话方式改变织机工艺参数的方法。 对数控技术在丝网织机上的应用以及各个系统运动控制方法和原理进行了深入 的分析；最后，在总结数字化织机控制系统特点的基础上，对织机数控系统在引 导纺织行业达到新的高峰做出美好前瞻。 关键词：丝网织机；数字化；控制系统；伺服送经；伺服卷取；变频调速 a b s t r a c t t h i sa r t i c l ed e t a i l e d l yd e s c r i b e dd i g i t a lc o n t r o ls y s t e mo fm a i na x l et r a n s m i s s i o n , a cs 朗n 的l e t o f fs y s t e ma n dt a k e - u ps y s t e mo fs c r e e nl o o m t h ep r o g r a m m a b l e c o n t r o l l e ri st h ec o r e p a r to fc o n t r 0 1 m a i na x l et r a n s m i s s i o ns y s t e m ，v i at h ef r e q u e n c y c o n v e r t e rc o n t r o l ，r e a l i z e dt h el i m i ts t a r t i n g , p a r k i n ga n dr e v e r s i n ge t c ，t h em a i na x l e a u t o m a t i c a l l ya d j u s t sr o t a t i o ns p e e da c c o r d i n g t oh y p o t h e t i c a lp a r a m e t e r l e t - o f f s y s t e mw a sc o n t r o l l e db ys e r v od r i v e r , t h em o t o rd r o v et h eb e a mt os e n do u tw a r p s a c c o r d i n gt og i v e nt e n s i o n w i t h $ e l v od r i v e rc o n t r o l ，t h et a k e - u pr o l l e rc o n v o l u t e s f a b r i ci nt e r mo fg i v e nm e s hn u m b e r at o u c h i n gs c r e e nw a su s e da sm a n - m a c h i n e i n t e r f a c e ，i tn o to n l yc o u l dc o n v e n i e n t l ye s t a b l i s ha n dm o n i t o rp a r a m e t e r s ，b u ta l s o c o u l dp r o v i d ec u r r e n tw e a v i n gs i t u a t i o na n dq u e r yt h eh i s t o r i c a lr e c o r d a tt h es a m e t i m e ，t h em e t h o d so fe l e c t r o n i cl e t - o f f , e l e c t r o n i ct a k e u p ，l o c a l i z e dd r i v i n g ，l o c a l i z e d p a r k i n ga n dm a n - m a c h i n ec o n v e r s a t i o nt oc h a n g et e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r sw e r e a m p l ye x p a t i a t e d f u r t h e r m o r e ，t h ea p p l i c a t i o no fd i g i t a lc o n t r o lt e c h n o l o g yo nt h e s c r e e nl o o m ，t h ec o n t r o lm e t h o da n dp r i n c i p l eo fe a c hs y s t e mw a sa n a l y z e d t h o r o u g h l y f i n a l l y , b a s e do nc o n c l u d i n go fd i g i t a ll o o mc o n t r o ls y s t e mc h a r a c t e r s ，a f i n ep r o s p e c tw a sp r e d i c t e dt h a td i g i t a lc o n t r o ls y s t e m 、) l ，i ug u i d et e x t i l ei n d u s t r yt o a c h i e v ean e wp e a k k e y w o r d s ：s c r e e nl o o m ；d i g i t a l ；c o n t r o ls y s t e m ；s e r v ol e t - o f f ；s e r v ot a k e u p ；v a r i a b l e f r e q u e n c ys p e e dr e g u l a t i o n 目录 前言1 第一章开发丝网织机数字化控制系统的重要意义3 1 1 数字化控制技术简介3 1 1 1 数字化控制技术的定义及涵盖领域3 1 1 2 从信息处理和自动控制两个方面说明数字化控制技术3 1 2 数字化控制技术的发展现状3 1 2 1 国外数字化控制技术现状。3 1 2 2 国内数字化控制技术现状4 1 2 3 国内数字化控制技术与国外数字化控制技术的差距4 1 3 数字化控制技术在纺织上的应用。5 1 3 1 数字化控制技术在纺织上的应用概括5 1 3 2 可编程计算机控制器技术在纺织上的应用5 1 3 3 直线电机驱动技术在纺织上的应用6 1 3 4 全闭环交流伺服驱动技术在纺织上的应用6 1 3 5 运动控制卡在纺织上的应用一o 7 1 4 数字化控制技术在丝网织机上的应用7 1 4 1 简要说明数字化控制技术在丝网织机上的应用状况_ j 。：7 1 4 2 丝网织机上数字化控制技术的应用。：8 第二章丝网织机数字化控制系统构成及控制原理9 2 1 丝网织机数字化控制系统组成及原理：j 9 2 1 1 丝网织机数字化控制系统组成j 。9 2 1 2 丝网织机数字化控制系统原理9 2 2 丝网织机数字化控制系统控制要求。1 0 2 3 丝网织机数字化控制系统方案选择1 1 2 3 1 主控部分的选型1 1 2 3 2 变频器选用1 4 2 3 3 伺服驱动器的选用1 4 2 3 4 触摸屏单元。1 5 第三章丝网织机数字化控制系统分析1 7 3 1 丝网织机数字化控制参数1 7 3 1 1 金属丝网织机数字化控制系统组成1 7 3 1 。2 技术参数构成1 7 3 1 3 技术目标：1 7 3 2 主轴传动系统1 8 3 2 1 主轴传动要求18 3 2 2 变频器的工作原理1 8 3 2 3 给变频器写入开车频率举例。1 8 3 2 4 编码器的设置1 9 3 3 伺服卷取系统。2 0 3 3 1 卷取传动计算：2 0 3 3 2 卷取过程分析2 2 3 3 3 编码器及张力传感器的应用2 3 3 3 4 系统功能及控制特点：2 3 3 4 伺服送经系统。2 4 3 4 1 送经传动计算2 4 3 4 2 伺服系统要求2 5 3 4 3 伺服分类2 6 3 4 4 伺服驱动器在丝网织机上的应用2 6 3 4 5 通讯的实现及参数写入举例2 6 3 5 丝网织机数字化控制系统组成与原理接线图2 7 3 5 1 丝网织机数字化控制系统组成2 7 3 5 2 丝网织机数字化控制系统原理接线图2 7 第四章控制系统的功能与程序设计2 9 4 1 主控制柜操作功能2 9 4 2 数据存储器地址对照表及纬密对应电子齿轮比对照表3 0 4 3 程序设计3 3 4 3 1 主程序流程图3 3 4 3 2 主轴传动系统程序3 4 4 3 3 伺服卷取系统程序3 4 4 3 4 伺服送经系统程序3 4 4 3 5 主程序详细说明3 6 4 3 6 子程序说明：4 l 4 4 触摸屏界面设计4 2 4 4 1 界面与功能4 2 4 4 2 用户切换。4 5 4 4 3 织机参数设置方法4 6 结束语4 9 参考文献5 1 发表论文和参加科研情况说明5 5 致谢5 7 i 一 前言 前言 丝网织物广泛应用于航空、航天、化工、建筑、医疗及民用领域，具有较高 的产品附加值。但长期以来，由于丝网织机生产厂家与普通纺织机械的生产厂家 并不在同一行业系统，使得丝网机械生产技术与控制技术相对落后于普通织机。 由于近几年来丝网行业的蓬勃发展，开发数字化控制的高端丝网织机，提高丝网 织物质量，增强我国丝网产品在国际市场上的竞争力是当务之急。 织机数控系统研究最具代表性的有日本f a n u c 、德国s i e m e n s 和p a 公司；国 内著名的数控技术领域的高等院校和科研院所；大连机床集团是国内最大的机床 厂之一，有很强的数控产品应用和工艺经验；光洋公司有高品质电气产品、电子 产品的研究、开发和制造实现能力。清华大学、大连理工大学、哈尔滨工业大学、 华中科技大学在数控技术方面，有很好的研究基础和成果积淀。 本课题的主要任务是：通过对织机数控领域的探索与研究，开发一套丝网织 机微机控制系统，实现电子送经、电子卷取、定位开车、定位停车、人机对话方 式改变织机工艺参数。 我国数控技术起步于1 9 5 8 年，近5 0 年的发展历程大致可分为3 个阶段： 第一阶段从1 9 5 8 年到1 9 7 9 年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技 术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家 的“六五 、“七五期间以及“八五的前期，即引进技术i 消化吸收，初步建 立起国产化体系阶段。在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环 境和国际环境的改善，我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取 得了长足的进步。第三阶段是在国家的“八五的后期和“九五期间，即实施 产业化的研究，进入市场竞争阶段。在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得 了实质性进步。在“九五 末期，国产数控机床的国内市场占有率达5 0 ，配 国产数控系统( 普及型) 也达到了1 0 。 我国是一个纺织大国，随着我国加入w t o ，纺织品在国际市场上的占有率 有了大幅度的增长。但是，纺织品的技术含量和生产设备相对落后，从而降低产 品在国际市场上的竞争力。针对这种现状，研究开发科技含量高的织机数控系统， 提高纺织生产技术水平。对巩固并确立我国纺织品在国际市场上的地位可谓是意 义重大。 天津工业大学硕士学位论文 2 第一章开发丝网织机数字化控制系统的重要意义 第一章开发丝网织机数字化控制系统的重要意义 1 1 数字化控制技术简介 1 1 1 数字化控制技术的定义及涵盖领域 数字化控制技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术。该技 术涵盖以下诸多领域： ( 1 ) 机械制造技术； ( 2 ) 信息处理技术； ( 3 ) 自动控制技术； ( 4 ) 伺服驱动技术； ( 5 ) 传感器技术； ( 6 ) 软件技术等。 1 1 2 从信息处理和自动控制两个方面说明数字化控制技术 信息处理贯穿了数字化控制技术在机床应用中的全部过程。它是数字化控制 技术中的主脉，也是数字化控制技术中最关键的部分。 1 、信息采集 对图形信息采集，是c a d c a m 的关键技术，数据的采集精度，数据的处 理速度直接影响了数字化控制系统的效率。数据的采集精度越高其数据处理速度 越慢，数字化控制系统的效率越低。 2 、信息加工 信息加工是指将采集到的信息进行加工处理。 3 、信息的传输 信息的传输是指将代码通过控制模块传递给执行元件执行。 4 、自动控制 所谓自动控制是指无需人经常直接参与而是通过某一对象施加的作用，以使 其产生所希望的行为或变化的控制。它是由控制器、被控对象等为了一定的目的， 有机地联结成的一个进行自动控制的总体。 数字化控制技术就是将采集到的信息经过加工、传输，完成机械运动过程中 的各个过程控制。 1 2 数字化控制技术的发展现状 1 2 1 国外数字化控制技术现状 天津工业大学硕士学位论文 目前，欧美国家非常重视s t e p - n c 的研究，欧洲发起了s t e p - n c 的i m s 计划( 1 9 9 9 1 1 2 0 0 1 1 2 3 1 ) 。参加这项计划的有来自欧洲和日本的2 0 个 c a d ( a m c a p p c n c 用户、厂商和学术机构。美国的s t e pt o o l s 公司是全球 范围内制造业数据交换软件的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换 的超级模型( s u p e rm o d e l ) ，其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种 新的数据交换格式已经在配备了s i e m e n s 、f i d i a 以及欧洲o s a c a - n c 数控系 统的原型样机上进行了验证n 喇。 s t e p - n c 的出现可能是数字化控制技术领域的一次革命，对于数字化控制 技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先，s t e p - n c 提出一种崭 新的制造理念，传统的制造理念中，n c 加工程序都集中在单个计算机上。而在 新标准下，n c 程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展 的方向。其次，s t e p - n c 数控系统还可大大减少加工图纸( 约7 5 ) 、加工程序 编制时间( 约3 5 ) 和加工时间( 约5 0 ) 。 1 2 2 国内数字化控制技术现状 纵观我国数字化控制技术近5 0 年的发展历程，特别是经过4 个5 年计划的 攻关，总体来看取得了以下成绩。 1 奠定了数字化控制技术发展的基础，基本掌握了现代数字化控制技术。我 国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础 技术，其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业 化。 2 初步形成了数控产业基地。在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立 了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。兰州电机厂、 华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床 厂等若干数控主机生产厂。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。 3 建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。 1 2 3 国内数字化控制技术与国外数字化控制技术的差距 虽然在数字化控制技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我 们也要清醒地认识到，我国高端数字化控制技术的研究开发，尤其是在产业化方 面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展 速度很快，但横向比( 与国外对比) 不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度 也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。从国际上来看， 对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下。 技术水平上：与国外先进水平大约落后1 0 - - - 1 5 年，在高精尖技术方面则更 大。 4 第一章开发丝网织机数字化控制系统的重要意义 产业化水平上：市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；功能 部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对差；可靠性不高，商品化程 度不足；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。 可持续发展的能力上：对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数 控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。 存在上述差距的主要原因有以下几个方面。 认识方面：对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足； 对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足；对我国数控技术应 用水平及能力分析不够。 体系方面：从技术的角度关注数控产业化问题的时候多，从系统的、产业链 的角度综合考虑数控产业化问题的时候少；没有建立完整的高质量的配套体系、 完善的培训、服务网络等支撑体系。 机制方面：不良机制造成人才流失，又制约了技术及技术路线创新、产品创 新，且制约了规划的有效实施，往往规划理想，实施困难。 技术方面：企业在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。 机床标准落后，水平较低，数控系统新标准研究不够。 1 3 数字化控制技术在纺织上的应用 1 3 1 数字化控制技术在纺织上的应用概括 数字化控制技术在纺织上的应用不断增多。主要体现在：可编程序计算机控 制器( p r o g r a m m a b l ec o m p u t e rc o n t r o l l e r ，p c c ) 、直线电机驱动技术( l i n e a r m o t o rd r i v i n g ) 、全闭环交流伺服驱动技术( f u l lc l o s e da cs e r v o ) 和运动控制 卡( m o t i o nc o n t r o l l i n gb o a r d ) 等几项具有代表性的新技术的应用。呻1 1 3 2 可编程计算机控制器技术在纺织上的应用 p l c 以其公认的灵活和可靠性一直深受控制界人士的好评，又由于国内外 生产厂家使p l c 在性能上的不断完善、价格不断降低，使得p l c 在各种工业控 制领域的应用越来越广泛。在各行业中涌现出采用p l c 的新型、实用、可靠的 小型控制系统。 从近几年的国际纺织机械展览会上可以看到：国外著名的织机制造商，如 日本津田驹工业株式会社和丰田公司、意大利的s o m e t 公司、比利时的p i c a n o l 公司、瑞士的s u l z e rt e x t i l 公司和s t a u b l 公司等，机电一体化技术经过几十 年的发展，各自形成了具有很高自动化水平的电气控制系统，普遍采用新型高 速可靠的微机群或计算机系统和人机界面，具有自诊断和数据采集管理功能， 实现电子送经、电子卷取、电子选纬、电子多臂、电子提花等控制。而国内的 天津工业大学硕士学位论文 无梭织机其技术水平与国外差距较大，国产剑杆织机的产量很大，但使用的技 术普遍是从国外八十年代的机型改进而来，大多采用商用微机，并且档次不一。 近两年，中纺机、经纬纺机、聊城纺机、龙力机械和杭州精工等厂家都把p l c 应用于剑杆织机的电气控制。 1 3 3 直线电机驱动技术在纺织上的应用 直线电机在机床进给伺服系统中的应用，近几年来已在世界机床行业得到重 视，并在西欧工业发达地区掀起”直线电机热。 在机床进给系统中，采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别 是取消了从电机到工作台( 拖板) 之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长 度缩短为零，因而这种传动方式又被称为”零传动”。正是由于这种零传动 方式， 带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。 直线传动电机的发展也越来越快，在运动控制行业中倍受重视。在国外工业 运动控制相对发达的国家已开始推广使用相应的产品，其中美国科尔摩根公司 ( k o l l m o r g e n ) 的p 啉i n n md d l 系列直线电机和s e r v o s t a rc d 系列数 字伺服放大器构成一种典型的直线永磁伺服系统，它能提供很高的动态响应速度 和加速度、极高的刚度、较高的定位精度和平滑的无差运动；德国西门子公司、 日本三井精机公司、台湾上银科技公司等也开始在其产品中应用直线电机。 1 3 4 全闭环交流伺服驱动技术在纺织上的应用 在一些定位精度或动态响应要求比较高的纺织机械中，交流伺服系统的应用 越来越广泛，其中数字式交流伺服系统更符合数字化控制模式的潮流，而且调试、 使用十分简单，因而被受青睐。这种伺服系统的驱动器采用了先进的数字信号处 理器( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r , d s p ) ，可以对电机轴后端部的光电编码器进行 位置采样，在驱动器和电机之间构成位置和速度的闭环控制系统，并充分发挥 d s p 的高速运算能力，自动完成整个伺服系统的增益调节，甚至可以跟踪负载变 化，实时调节系统增益：有的驱动器还具有快速傅立叶变换( f f t ) 的功能，测 算出设备的机械共振点，并通过陷波滤波方式消除机械共振。一般情况下，这种 数字式交流伺服系统大多工作在半闭环的控制方式，即伺服电机上的编码器反馈 既作速度环，也作位置环。这种控制方式对于传动链上的间隙及误差不能克服或 补偿。为了获得更高的控制精度，应在最终的运动部分安装高精度的检测元件 ( 如：光栅尺、光电编码器等) ，即实现全闭环控制。比较传统的全闭环控制方 法是：伺服系统只接受速度指令，完成速度环的控制，位置环的控制由上位控制 器来完成( 大多数全闭环的机床数控系统就是这样) 。这样大大增加了上位控制 器的难度，也限制了伺服系统的推广。目前，国外已出现了一种更完善、可以实 现更高精度的全闭环数字式伺服系统，使得高精度自动化设备的实现更为容 6 第 易。 1 3 5 运动控制卡在纺织上的应用 运动控制卡是一种基于工业p c 机、用于各种运动控制场合( 包括位移、 速度、加速度等) 的上位控制单元。它的出现主要是因为： ( 1 ) 为了满足新型数控系统的标准化、柔性、开放性等要求； ( 2 ) 在各种工业设备( 如包装机械、印刷机械等) 、国防装备( 如跟踪定 位系统等) 、智能医疗装置等设备的自动化控制系统研制和改造中，急需一个运 动控制模块的硬件平台； ( 3 ) p c 机在各种工业现场的广泛应用，也促使配备相应的控制卡以充分 发挥p c 机的强大功能。 运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速d s p 作为运动控制核心，大 多用于控制步进电机或伺服电机。一般地，运动控制卡与p c 机构成主从式控 制结构：p c 机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作 ( 例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、运动轨迹规划、控制指令的发送、 外部信号的监控等等) ；控制卡完成运动控制的所有细节( 包括脉冲和方向信号 的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等) 。运动控制卡都配 有开放的函数库供用户在d o s 或w i n d o w s 系统平台下自行开发、构造所需的 控制系统。因而这种结构开放的运动控制卡能够广泛地应用于制造业中设备自动 化的各个领域。 这种运动控制模式在国外自动化设备的控制系统中比较流行，运动控制卡 也形成了一个独立的专门行业，具有代表性的产品有美国的p m a c 、p a r k e r 等运动控制卡。在国内相应的产品也已出现，如成都步进机电有限公司的 d m c 3 0 0 系列卡已成功地应用于数控打孔机、汽车部件性能试验台等多种自动 化设备上。 1 4 数字化控制技术在丝网织机上的应用。 1 4 1 简要说明数字化控制技术在丝网织机上的应用状况 目前，对丝网织机控制系统进行改造的厂家在国内外都很少，在国内进行 这方面研究和开发的厂家有江苏省无锡市金属丝网机械厂生产的l w 3 0 8 0 - 4 型 自动菱形网机和y n w 系列液压重型六角网编织机械采用p l c 自动控制。这种状况主 要是由于丝网织机与普通织机并不在同一行业战线所造成的。从而使得丝网机械 生产技术与控制技术相对落后于普通织机阴羽。 7 天津工业大学硕士学位论文 1 4 2 丝网织机上数字化控制技术的应用 丝网织机数字化控制系统的核心部分由可编程序控制器( p l c ) 控制，整个 系统基于可编程序控制器( p l c ) 搭建，综合计算机技术、自动控制技术和通信 技术，面向控制过程，面向用户，适应工业环境、操作方便、可靠性高。 丝网织机数字化控制系统可分为三个部分，即主传动部分、伺服卷取部分和 伺服送经部分。 主传动部分电动机采用变频调整电动机，它能满足主轴回转要求的无级调 速、高启动转矩、高灵敏性及控制精度高的条件。主传动电动机的速度由变频驱 动器面板设定，速度、正反转及启停由p l c 控制。实现实时开口、打纬、定位 开车、定位停车等功能； 伺服卷取部分也采用伺服控制。通过在系统中输入减速比及所需参数，由另 一套伺服系统控制有电子送经装置联动，保证织布的纬密正确，并通过补偿参数 的设定可积极有效地防止开车痕，具有准确迅速反应的能力。 伺服送经部分由送经电动机，张力传感器及送经控制器( 采用p l c ) 组成。 送经电动机采用伺服控制，张力传感器采用接近开关。送经控制器采用可编程序 控制器p l c 。用启停开关、故障输入信号、张力检测信号等作为p l c 各个输出点 信号，用来作为控制伺服驱动器正反转、速度、启停输入信号，及织机故障和 满匹信号的显示，主轴电机启停信号等。它能根据预先编好的程序将张力传感器 接受的张力信号，以调节送经量和经纱张力。 8 第二章丝网织机数字化控制系统构成及控制原理 第二章丝网织机数字化控制系统构成及控制原理 2 1 丝网织机数字化控制系统组成及原理 2 1 1 丝网织机数字化控制系统组成 丝网织机数字化控制系统组成如图2 1 所示，系统由主控制器、触摸屏、主 轴变频传动系统、伺服卷取系统、和伺服送经系统组成。包括硬件和软件两大部 分。 1 硬件部分： ( 1 ) 电源控制部分 ( 2 ) 主轴传动部分 ( 3 ) 伺服卷取、送经部分 ( 4 ) 离合制动部分 ( 5 ) 可编程控制部分 ( 6 ) 触摸屏单元 2 软件部分 主要体现在主轴传动过程中主轴位置角的实时反馈、电子卷取、电子送经等 功能1 3 。1 4 3 。 图9 - 1 丝网织机控制系统组成图 2 1 2 丝网织机数字化控制系统原理 ( 1 ) 电源控制部分： 该部分包括3 8 0 v 2 2 0 v 、2 4 v 开关电源等。 9 天津工业大学硕士学位论文 ( 2 ) 主轴传动部分： 采用l gi g 5 变频控制系统一套，实现定位开车、定位停车：另外，光电编 码器发出的脉冲数送入p l c ，用来检测主轴的位置变化，随时反馈织机主轴回转 的位置角。该部分在满足不同织造工艺精度要求的同时，更高效的完成打纬、开 口。 ( 3 ) 伺服卷取、送经部分 采用台湾信浓t s d a l 5 b 伺服系统驱动器两套，分提供送经和卷取的驱动动 力，接收p l c 发出的脉冲信号来控制两个伺服电机的速度和位置。 ( 4 ) 离合制动部分 该部分由3 7 k w 电动机带电磁制动等组成。 ( 5 ) 可编程控制部分 该部分由l g m a s t e r k 1 2 0 s 主机和g 7 f a d h ba d ，d a 混合模块组成，进行 全机开关量输入、输出的控制，输入及输出总的点数共计4 0 点，其中输入点数 为2 3 点，输出点数1 7 点，实现织机的手动自动启停、点动自动开车，并对全 机进行自动监控。 ( 6 ) 触摸屏单元 该部分采用台湾生产的p w s 6 6 0 0 s s 工控人机界面实现人际对话，通过与下 位机p l c 通讯完成织机的各种参数的设计，具体包括：电子送经、电子卷取参 数设计，织机总体参数的设计，班次管理及统计数据等，实现了柔性化，操作方 便、快捷。 2 2 丝网织机数字化控制系统控制要求 ( 1 ) 可视化的人机界面实现对织机参数的设定，同时也可显示当前织机的 各种织机参数，其中织机参数包括上机参数和织造参数；对于不同的参数需要有 不同的人员修改，因此针对不同人员对人机界面的访问需要设定不同的权限；此 外，在实际车间应用时，人机界面要显示不同班次的工作人员的工作记录，根据 微型计算机记忆容量的大小可适量存储固定天数的工作记录。工作记录包括织造 效率，当日织造长度，总织造长度，经停次数及时间，纬停次数及时间等。 织造时要实时显示织机的状态，包括织机转速，当前主轴转角，当前的织造 参数，上机参数，纬密，上机张力等。n 研 人机显示屏要有与微型计算机实时通信的功能。 ( 2 ) 织机主轴根据设定自动调整回转速度，并实现定位停车、定位开车。 织机可根据用户的需要调整转速，也可针对不同的情况自动调整速度。 ( 3 ) 卷取辊按设定的金属丝网目数卷取织物。在人机界面设定金属丝网目 1 0 第二章丝网织机数字化控制系统构成及控制原理 数后，微型计算机根据目数计算出卷取辊的卷取量，而且要能达到所需要的精度 要求。在制织最大密度4 0 0 0 目英寸的筛网时，控制精度1 目，则计算式为： 卷取精度= 淼一淼= 1 5 8 7 0 1 0 石( 一) ( 4 ) 送经系统按设定的经丝张力送出经丝。在人机界面设定金属丝网目数 后，计算机根据目数计算出送经系统在织机每织入一纬后需要送出的经丝量，并 且需达到所需的送经精度要求。在制织最大密度4 0 0 0 目英寸的筛网时，控制 精度l 目，则计算式为： 送经精度= 丽丽2 万5 4 百万一而丽2 百5 4 丽面= 1 7 6 3 1 。6 ( 帆) ( 5 ) 在织造过程中，发生断经、断纬时，控制系统能及时判断并使织机停 止织造。 ( 6 ) 控制系统根据织机故障的不同，状态灯有不同的显示，以作报警，提 醒操作工。 ( 7 ) 织机调试功能。在调试织机时，织机可点动、卷布辊单独卷取织物、 送经系统单独送出经丝、织机正转一周找纬、反转一周找纬、同步进给、同步回 退。便于操作人员对织机进行调试、维护。 2 3 丝网织机数字化控制系统方案选择 2 3 1 主控部分的选型 几种控制方案的比较和选择 l 、p c + 单片机 单片机是一种专门用于控制的计算机，是微机技术与半导体集成电路工艺发 展的结晶。它在一块芯片上集成了c p u ，r a m ，r o m 、定时计数器和各种i o 部件，具有体积小、功能强、价格便宜、可靠性高等特点。n ， 单片机的特点： + 单片机在机电一体化技术中占有极为重要的位置。这是由其特有的特点决定 的，单片机的主要特点有： ( 1 ) 体积小 单片机体积很小，却具备一台计算机的基本功能。这样就很容易把它与其他 设备、仪器组装在一起，形成一个整体，实现机电一体化。 ( 2 ) 功能强，使用十分灵活方便。对于一般运算不太繁杂、数据量不大的控 制或检测系统，常常使用一块单片机就能满足要求，可简化硬件，降低造价。若 要对微机进行某些操作，它能通过i o 接口电路扩展各种外部设备，还可扩展操 天津工业大学硕士学位论文 作键盘。所以单片机在使用上具有极大的灵活性，它可根据各种具体被控对象的 不同要求，像搭积木一样构成由简单到复杂的各类控制、检测、监视系统。从而 使系统结构合理，获得最佳的性能价格比。在较大的系统中，单片机可以与i b m 等系统机联机，作为系统机的下位机，或装入显示器、打印机等终端设备中，成 为智能终端，减轻主机负担。 ( 3 ) 有抗干扰能力，适合温度范围宽，可在比较恶劣的环境下工作。体积小， 容易屏蔽。 ( 4 ) 单片机价格便宜。 ( 5 ) 单片机内存储量较小。 c + 单片机) 的过程控制： 上位机是主控计算机，下位机是单片机，主控计算机通过单片机与织机进行 通信。 单片机与织机间的信息传输过程是：单片机给电磁阀一个信号( 通电或断 电) ，再由电磁阀控制气缸的气路使得活塞杆运动，气缸再控制织机的各部分运 动。然后，气缸运动到位后即由传感器给单片机一个运动到位的信号，让单片机 停止等待，并执行下面的程序，控制织机下一步的动作。 2 、p c + p l c 或p l c 单独控制 可编程控制器是以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术 融为一体的新型工业控制装置。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统， 专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执 行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字，模 拟输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都 应按易于与工业控制系统联成个整体、易于扩充功能的原则设计。 p l c 的特点： ( 1 ) 可靠性高，抗干扰能力强 由于p l c 采取了微电子技术，大量开关动作由无触点的半导体电路来完成， 另外还采用了屏蔽、滤波、隔离等抗干扰措施，可靠性很高。p l c 生产厂家在硬 件和软件上采取了一系列抗干扰措施，使它可以直接安装于工业现场而稳定可靠 的工作。有的p l c 还采用了冗余设计和差异设计( 如德国p i l z 公司的p l c ) ，进 一步提高了其可靠性。实验表明：一般产品可抗1 k v u s 的窄脉冲干扰，其平均 无故障时间一般达5 1 0 万小时。 ( 2 ) 适应性好，应用灵活 p l c 多采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便，用户可以根据自己的需要 灵活选用，以满足系统大小不同及功能烦简各异的控制系统的要求。 ( 3 ) 运行迅捷 1 2 第二章丝网织机数字化控制系统构成及控制原理 p l c 控制是在集成块内按程序周而复始地运行，节奏快，速度高，显著优于 继电器接触器控制系统。 ( 4 ) 功能完善 既可对开关量控制，也可对模拟量进行控制。除基本的逻辑控制、定时、计 数、算术运算等功能外，配合特殊功能模块还可以实现点位控制、p i d 运算、数 字控制等功能，为方便工厂管理又可与上位机通信，通过远程模块还可以控制远 方设备。 ( 5 ) 控制系统设计、安装、调试简单p l c 中含有大量的相当于中间继电 器、时问继电器、计数器等的“软元件 。又用程序( 软接线) 代替硬接线， 安装接线工作量少。设计人员只要有p l c 就可进行控制系统设计并可在实验室 进行模拟调试p l c 接线少，占地面积小。 ( 6 ) 施工周期短 采用继电器控制逻辑完成一项工程设计、施工、调试必须顺序进行。周期较 长，而且修改困难。而使用p l c 完成一项控制工程，在系统设计完成后，现场 施工和p l c 程序设计可以同时进行，周期短，而且程序的调试和修改都很方便。 ( 7 ) 编程容易，易于使用 p l c 编程多采用形象简单的继电器控制梯形图及命令语句方式，直观易懂， 深受现场电气工作人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言 ( s e q u e n t i a lf u n c t i o nc h a r t ) ，也称功能图，使编程更简单方便。 ( 8 ) 维修方便、维修工作量小 p l c 有完善的自诊断、履历情报存储及监视功能。p l c 对于其内部工作状态、 通信状态、异常状态和i 0 点的状态均有显示。工作人员通过它可以查出故障原 因，便于迅速处理。用户还可通过更换模块或整机进行维修处理。 t ( 9 ) 体积小，重量轻，功耗低。因为p l c 采用半导体集成电路。 ( 1 0 ) 价格相对单片机和输入输出卡较高。 ( p c + p l c ) 的过程控制： 在对织机的控制过程中，最高级为主控计算机的数据管理级，用于编程、修 改参数、数据显示、系统管理等方面，而不直接参与控制过程；然后是p l c 的 数据控制级，p l c 在现场对设备进行控制，完全脱机运行，即使计算机发生故障， 也不会影响生产过程的正常运行。p l c 与主控计算机之间的通信一般是通过 r s 4 8 5 口和r s 2 3 2c h ，信息交换的方式是字符串方式。 先由主控计算机的c a d 程序设计、修改三维织物的组织参数，将命令传送到 p l c ，改变p l c 的初始值和设定值。p l c 作为下位机进行工作：程序运行，产生 电信号控制各种电磁阀，进而可控制织机各部分的实际动作；再由传感器监测动 作是否到位，然后再把是否到位的信号传给p l c ，决定是继续等待、还是开始下 1 3 天津工业大学硕士学位论文 一步的动作；然后还要将整个控制过程再传送给主控计算机，进行数据处理或显 示，便于整个系统的管理。 3 、p c + i o 卡 输入输出卡产品的开发与应用是随着人们对工业数据采集、数据通信以及由 计算机监控实现现场控制的各种要求而发展起来的，它是工业计算机系统模块 化、系列化、标准化的重要基础，己被广泛应用于工业监控系统。 通过以上三个方案的介绍，我们可以发现： ( 1 ) 单片机具有结构简单、功能完善、价格比较低等特点。但其应用较为困 难，所使用的汇编语言对于非专业人员难以掌握；使用起来也比较麻烦，需要较 多地考虑接口扩展、硬件连接、现场调试等问题；而且在现场控制时与p l c 和 i o 卡相比较，其抗干扰性能差。 ( 2 ) p l c 是专为现场工业控制而设计，所以其功能性、实用性方面十分强大。 但其一个最大的问题就是成本较高； ，( 3 ) 输入输出卡的灵活性、可扩展性、可靠性和可维护性俱佳，