（电工理论与新技术专业论文）剑杆织机计算机控制系统研究与实现.pdf

西北工业大学硕 卜 学位论文 ab s t r a c t t h e r a p i e r l o o m , a k i n d o f s h u t t l e l e s s lo o m s , h a s t h e f a s t e s t d e v e l o p m e n t a n d w id e s t a p p l i c a t i o n p r e s e n t l y i n t h e f i e l d o f t e x t i l e m a c h i n e s i n c h i n a . r e s e a r c h i n g c o m p u t e r - c o n t r o l s y s t e m o f r a p i e r l o o m , i s v e r y im p o rt a n t t o r e d u c i n g t h e d i f f e r e n c e o f c o e q u a l p r o d u c t i o n s b e t w e e n c h in a a n d d e v e l o p e d c o u n t r i e s a n d u p g r a d i n g e n g i n e e r i n g l e v e l o f o u r n a t i o n a l t e x t i l e i n d u s t r y . t h i s p a p e r g i v e s a s y s t e m i c e x p o u n d o f t h e e le c t r i c - d r i v e c o n t r o l s y s t e m a n d i n t e l l i g e n t s u p e r v i s o r y c o n t r o l s y s t e m , w h i c h a r e s u b s y s t e m s o f r a p i e r l o o m c o m p u t e r - c o n t r o l s y s t e m . t h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e d e s i g n s c h e m e a n d t h e h a r d w a r e s t r u c t u r e o f t h e e l e c t r i c - d r iv e c o n t r o l s y s t e m . a r a p i e r l o o m d r i v e c o n t r o l s c h e m e , w h i c h i s b a s e d o n g r a s p i n g t h e o p e r a t i o n a l p r i n c i p l e o f l o o m d r i v e a n d t h e r e q u e s t s o f w e a v i n g c r a ft w o r k , i s p u t f o r w a r d . t h e r e f o r e , t h e l o o m d r i v e c o n t r o l c i r c u i t i s d e s i g n e d . i t r e a l i z e s t h e r e a l t i m e c o n t r o l a n d m o n i t o r o f m a i n c l u t c h , s l o w c l u t c h a n d w e ft f i n d i n g c l u t c h , a s w e l l a s t h e i r d i v e c i r c u i t , a n d s a t i s f i e s t h e r e q u e s t o f t i m e l y s t a rt - u p , b r a k e , o r i e n t a t i o n s t o p a n d a u t o m a t i c w e ft - f i n d i n g . f u r t h e r m o r e , t h i s p a p e r a n a l y z e s t h e o p e r a t io n a l p r i n c i p l e o f e l e c t r o n i c j a c q u a r d c o n t r o l s y s t e m a n d t h e r m a l c u t t e r . i t d e s ig n s t h e e l e c t r o n i c j a c q u a r d i n t e r f a c e c i r c u i t a n d t h e r m a l c u t t e r i n t e r f a c e c i r c u it , w h i c h r e s o l v e t h e h a r m o n i z a t i o n a m o n g t h e c o m p u t e r - c o n t r o l s y s t e m o f r a p i e r l o o m , e l e c t r o n i c j a c q u a r d c o n t r o l s y s t e m a n d t h e r m a l c u t t e r w h e n t h e r a p i e r l o o m i s r u n n i n g u p . b a s e d o n t h e c h a r a c t e r i s t i c a n d r e q u e s t o f t h e r a p i e r l o o m h u m a n - c o m p u t e r i n t e r a c t i o n a n d r e a l t i m e m o n i t o r , t h e a u t h o r h a s d e s i g n e d a n i n t e l l i g e n t s u p e r v i s o r y s y s t e m , w h i c h i s c o n t r o l l e d b y mc 6 8 3 3 1 . t h e e n t i r e h a r d w a r e c i r c u i t a d o p t s m e t h o d o f m o d u l a r d e s i g n . t h i s p a p e r p a rt i c u l a r l y a n a ly z e s t h e d e s i g n p o i n t s a n d o p e r a t i o n p r i n c ip l e o f e a c h m o d u l e c i r c u i t . i t h a s a c c o m p l i s h e d t h e d e s i g n s a s f o l l o w : s y s t e m c o n f i g u r e o f mc 6 8 3 3 1 , t h e c i r c u i t o f 1 6 b it s e x p a n d m e m o r y , t h e i n t e r f a c e c i r c u i t o f k e y b o a r d a n d i n d i c a t o r l i g h t , t h e i n t e r f a c e c i r c u i t o f l c d d i s p l a y , t h e c i r c u i t o f d r i v e p o w e r f o r l c d , t h e c i r c u i t o f d u a l a s y n c h r o n o u s s e r i a l c o m m u n i c a t i o n b e t w e e n l o o m c o m p u t e r - c o n t r o l s y s t e m a n d i n t e l l i g e n t s u p e r v i s o r y s y s t e m , t h e c i r c u i t o f s u p e r v i s i n g p o w e r s u p p ly . o n t h e f o u n d a t i o n o f t h e h a r d w a r e d e s i g n , t h i s p a p e r a c c o m p l i s h e s t h e g r o s s s o f t w a r e d e s i g n o f t h e i n t e l l i g e n t s u p e r v i s o r y s y s t e m . t h e d e s i g n i d e a o f m a i n m o n i t o r i n g p r o g r a m, k e y b o a r d m o n it o r i n g p r o g r a m b a s e d o n s t a t e v a r ia b le m e t h o d a n d m e n u p r o g r a m , w h i c h e s t a b l i s h t h e f o u n d a t i o n o f t h e s u b s e q u e n t w o r k , i s e m p h a s i z e d a n d t h e r e l e v a n t f l o wc h a r t s a r e s h o wn . k e y w o r d s : r a p ie r l o o m d r i v e c o n tr o l m i c r o c o n t r o l l e r s e r i a l c o m m u n i c a t i o n l i q u i d c r y s t a l d i s p l a y s u p e r v i s o r y m e n u 西北工业大学硕士学位论文 第一章 绪论 1 . 1引言 纺织业是我国国民经济的基础行业， 在推动国民经济发展的过程中一直起着 重要的作用。自 从我国加入wt o以后，纺织业又迎来了新的发展高潮。从面料 市场的情况看， 无论是国内市场还是国际市场， 要求越来越高， 花色品种的变化 也越来越快，从而使织机对织物的 适应性要强，生产效率要高 u 。随着新材料、 新技术的应用， 剑杆织机的工艺性能己日臻完善。 剑杆织机引纬稳定可靠， 具有 品种适应性广、品种翻改快、织物档次高、织机价格功能比好等优良性能， 织物 加工范围不断拓宽， 尤其是织造色织物、 绒类织物、巾 被、帆布、 特种织物等可 充分显示出其优越性。 这些优点都说明剑杆织机拥有巨大的市场占 有潜力和功能 开 发 必 要 性 (z ) 目 前国内生产高档织物的剑杆织机主要依赖进口， 价格昂贵。 我国剑杆织机 研究工作起步较晚， 机电一体化型号产量少而且面窄， 总体设计水平不高， 与国 外先进水平还有相当大的差距。 我国作为一个纺织品生产大国， 在剑杆织机研制 和生产领域赶上世界先进水平是十分必要的。 研制国产新型剑杆织机， 加强新技 术应用，提高织机自动化水平，是科研工作者面临的一项重大应用课题。 1 . 2剑杆织机的发展趋势 进入2 1 世纪， 世界高新技术在迅猛发展， 不同技术门类之间日 益普遍化的 交又、 渗透和融合。 这种交融又反过来推动了高新技术以更快的速度发展， 也促 进各传统产业的技术进步。 就剑杆织机的发展而言， 技术进步主要表现在向短流 程、 连续化、自 动化、高质量和高速度方向发展，并呈现智能化、网络化、 通用 化和绿色化的新发展趋势3 1 1 .智能化 现代纺织设备集中运用了光、机、电、 气动、液压等多种新技术成果。它采 用了以c p u为核心的高性能工业控制器，完成复杂的运算和繁杂的逻辑控制， 以及对各种指令的快速实时响应和高速通讯。可编程控制器、3 2位微控制器、 p c平台等都是常用的工业控制器，其中3 2 位微控制器近几年的应用日益增加。 西北工业大学硕士学位论文 第一章 绪论 1 . 1引言 纺织业是我国国民经济的基础行业， 在推动国民经济发展的过程中一直起着 重要的作用。自 从我国加入wt o以后，纺织业又迎来了新的发展高潮。从面料 市场的情况看， 无论是国内市场还是国际市场， 要求越来越高， 花色品种的变化 也越来越快，从而使织机对织物的 适应性要强，生产效率要高 u 。随着新材料、 新技术的应用， 剑杆织机的工艺性能己日臻完善。 剑杆织机引纬稳定可靠， 具有 品种适应性广、品种翻改快、织物档次高、织机价格功能比好等优良性能， 织物 加工范围不断拓宽， 尤其是织造色织物、 绒类织物、巾 被、帆布、 特种织物等可 充分显示出其优越性。 这些优点都说明剑杆织机拥有巨大的市场占 有潜力和功能 开 发 必 要 性 (z ) 目 前国内生产高档织物的剑杆织机主要依赖进口， 价格昂贵。 我国剑杆织机 研究工作起步较晚， 机电一体化型号产量少而且面窄， 总体设计水平不高， 与国 外先进水平还有相当大的差距。 我国作为一个纺织品生产大国， 在剑杆织机研制 和生产领域赶上世界先进水平是十分必要的。 研制国产新型剑杆织机， 加强新技 术应用，提高织机自动化水平，是科研工作者面临的一项重大应用课题。 1 . 2剑杆织机的发展趋势 进入2 1 世纪， 世界高新技术在迅猛发展， 不同技术门类之间日 益普遍化的 交又、 渗透和融合。 这种交融又反过来推动了高新技术以更快的速度发展， 也促 进各传统产业的技术进步。 就剑杆织机的发展而言， 技术进步主要表现在向短流 程、 连续化、自 动化、高质量和高速度方向发展，并呈现智能化、网络化、 通用 化和绿色化的新发展趋势3 1 1 .智能化 现代纺织设备集中运用了光、机、电、 气动、液压等多种新技术成果。它采 用了以c p u为核心的高性能工业控制器，完成复杂的运算和繁杂的逻辑控制， 以及对各种指令的快速实时响应和高速通讯。可编程控制器、3 2位微控制器、 p c平台等都是常用的工业控制器，其中3 2 位微控制器近几年的应用日益增加。 西北工业大学硕 1 _ 学位论文 新型驱动技术的应用也更加广泛，如变频调速、直流无刷电机调速、伺服控制、 直线电机等等， 其主要技术特征是大功率、 高精度和智能化。 各种新型传感器在 纺织设备上的应用， 为设备的监测、 控制提供了 精确的数据信息。 这些新技术的 结合，使新型织机具备了智能化的控制功能，如纺织生产过程的各种工艺参数、 运行状态的在线检测、 显示、自动控制和自 动调节， 故障自动排除。 先进的人机 接口系统如触摸屏、 无线通讯接口等得到普及， 使信息交流更加直接，设备操控 更加简便。现代化织机正向智能化方向发展。 2 .网络化 工业网络技术的成熟和应用， 使控制技术实现了质的飞跃， 为在纺织生产经 营管理中的应用创造了条件， 其中最重要的是现场总线技术的成熟和应用。 它的 出现促使纺织控制系统由 集散控制系 统( d c s ) 向 现场总线控制系统( f c s ) 过渡。 越 来越多的公司推出了具备网络连接功能的主机、 辅机和相应的软件系统， 网络技 术己经成为现代化纺织的重要手段。 有了它， 机器运转对各个级别信息传递的可 操作性提高， 生产中出现的质量问题第一时间在终端上显示出 来， 实现实时集中 监测， 使生产质量更加稳定， 机器运转性能及效率提高操作工可以远程控制设备 运转， 提高运转效率， 降低用工成本、管理者可以通过互联网在世界任何地方管 理控制分布在不同地点的生产工厂， 使无国界企业经营管理成为可能。 销售人员 可以迅速将订单和消费信息反馈到生产环节， 实现快速反应。 技术人员可以获得 来自设备制造商不间断的技术支持， 迅速进行远程遥控故障诊断与排除， 提高设 备运转效率。 3 .通用化 效率和速度的提高是有限的， 实际上近儿年纺织设备在运转速度的 提高并不 明显。 而为适应纺织品市场小批量、 多品种、 快交货、 变化快的需要， 近年来设 备的品种适应性和灵活性更加受到重视， 通用化设备逐渐成为技术开发热点。 剑 杆织机的品种适应性不断提高， 逐渐成为通用型织造设备。 此外新型剑杆织机普 遍采用了变速织造技术和纬密可变技术。 所谓的变速织造就是通过新的马达传动 系统，对织机运转速度进行程序控制，实现变速运转，速度差异最大可达 1 0 0 r / m i n 。这一技术使织机根据原料的不同改变生产速度，因而品种适应性大大 提高。 纬密可变技术是通过程序控制电子送经和卷纬， 在织造过程中改变织物的 纬纱密度， 可以生产结构更加复杂的产品。 在品种变换的灵话性方面， 快速风格 变换( q s c ) 技术2 0 世纪9 0 年代初就出 现在基于踏盘开口 和多臂开日 的织机上。 西北工业大学硕十学位论文 最近又出现了基于提花开口的q s c系统，采用新设计的、易装卸的综丝，使提 花织造的品种变换时间大大缩短。 4 .绿色化 纺织技术发展的另一个重要目 标是绿色化生产，也就是实现低能耗、水耗、 染化料消耗，低噪音，少飞花或粉尘，少废水、废气、废渣排放的清洁生产。 1 . 3课题研究背景及意义 以 上仅对目 前世界纺织技术发展的若干新趋势进行了一些浅析。宏观看来， 科技的高速发展， 使纺织这个传统工业越来越融合于现代工业体系。 国内纺织工 业要从过去的粗放型、 劳动密集型产业逐步转变成集约型、 资本和技术密集型的 产业， 走上新型工业化道路， 必须加大技术研发的力度， 提高技术创新能力。因 此， 我们还要密切关注和跟踪世界纺织技术的发展动向， 有计划地推广应用新技 术成果，尽快改变国内纺织技术相对落后的面貌。 着眼于我国剑杆织机的研制工作，目 前尽管在机械上已接近国外水平， 但机 电 一体 化水平不高， 织机的 综合性能 上同国 外织机有明 显差距4 1 。 国 外先进机型 的最高入纬率已普遍突破 1 i o o r / m i n ，技术含量高， 纬纱的选色从单色发展到多 色及自由选纬，电子送经、电子卷取、电子多臂开口及电子选纬等电子技术和微 处理机的应用日 趋广泛， 有效地保证了产品质量和提高了织造生产效率， 实现了 生产管理的自 动化。这一点在意大利天马系列织机上尤为突出，如全机采用 s o c o s电脑控制系统，可控制所有的机械功能和织造参数。这是目 前功能最为 齐全的织机监控系统， 生产数据和信息可由显示屏直接读出或存储。 通过菜单和 机上键盘可方便地进行编程， 存贮卡可保存程序备用， 或将数据输送到其它织机， 操作方便。 此外， 天马系列织机配有电子多臂、电子送经、电子卷取及电子提花 等装置。 相比之下我国的剑杆织机大都在中低档水平， 运转速度在3 0 0 - 4 0 0 r / m i n 左右，大多采用机械方式送经、 卷取、多臂、 选色，织机电气控制系统自 动化水 平低。 因此提高国产剑杆织机机电一体化水平势在必行， 今后要进一步加强基础理 论及应用理论的 研究， 尤其是对剑杆织机计算机控制技术 1 5 - 8 1 的 研究， 通过消化、 吸收其设计思想、 技术及相关因素， 真正掌握变为自己的设计、 生产能力， 逐步 赶仁 国际水平， 为老机改造以及新机种的开发提供坚实基础。 鉴于此， 西北工业 大学与西安航空发动机集团纺织机械厂进行了大量的探索和实践， 共同研制开发 西北工业大学硕十学位论文 最近又出现了基于提花开口的q s c系统，采用新设计的、易装卸的综丝，使提 花织造的品种变换时间大大缩短。 4 .绿色化 纺织技术发展的另一个重要目 标是绿色化生产，也就是实现低能耗、水耗、 染化料消耗，低噪音，少飞花或粉尘，少废水、废气、废渣排放的清洁生产。 1 . 3课题研究背景及意义 以 上仅对目 前世界纺织技术发展的若干新趋势进行了一些浅析。宏观看来， 科技的高速发展， 使纺织这个传统工业越来越融合于现代工业体系。 国内纺织工 业要从过去的粗放型、 劳动密集型产业逐步转变成集约型、 资本和技术密集型的 产业， 走上新型工业化道路， 必须加大技术研发的力度， 提高技术创新能力。因 此， 我们还要密切关注和跟踪世界纺织技术的发展动向， 有计划地推广应用新技 术成果，尽快改变国内纺织技术相对落后的面貌。 着眼于我国剑杆织机的研制工作，目 前尽管在机械上已接近国外水平， 但机 电 一体 化水平不高， 织机的 综合性能 上同国 外织机有明 显差距4 1 。 国 外先进机型 的最高入纬率已普遍突破 1 i o o r / m i n ，技术含量高， 纬纱的选色从单色发展到多 色及自由选纬，电子送经、电子卷取、电子多臂开口及电子选纬等电子技术和微 处理机的应用日 趋广泛， 有效地保证了产品质量和提高了织造生产效率， 实现了 生产管理的自 动化。这一点在意大利天马系列织机上尤为突出，如全机采用 s o c o s电脑控制系统，可控制所有的机械功能和织造参数。这是目 前功能最为 齐全的织机监控系统， 生产数据和信息可由显示屏直接读出或存储。 通过菜单和 机上键盘可方便地进行编程， 存贮卡可保存程序备用， 或将数据输送到其它织机， 操作方便。 此外， 天马系列织机配有电子多臂、电子送经、电子卷取及电子提花 等装置。 相比之下我国的剑杆织机大都在中低档水平， 运转速度在3 0 0 - 4 0 0 r / m i n 左右，大多采用机械方式送经、 卷取、多臂、 选色，织机电气控制系统自 动化水 平低。 因此提高国产剑杆织机机电一体化水平势在必行， 今后要进一步加强基础理 论及应用理论的 研究， 尤其是对剑杆织机计算机控制技术 1 5 - 8 1 的 研究， 通过消化、 吸收其设计思想、 技术及相关因素， 真正掌握变为自己的设计、 生产能力， 逐步 赶仁 国际水平， 为老机改造以及新机种的开发提供坚实基础。 鉴于此， 西北工业 大学与西安航空发动机集团纺织机械厂进行了大量的探索和实践， 共同研制开发 西北工业大学硕十学位论文 j z 2 型剑杆织机。 本论文的工作是研制剑杆织机智能监控系统及电气传动控制系 统，它是 “ 剑杆织机计算机控制系统”研究课题的一部分。 1 . 4剑杆织机计算机控制系统结构 剑杆织机由开口、引纬、打纬、 送经、卷取五大运动机构组成，过程控制比 较复杂， 还要实现织机启动、 停车、 经停、 纬停及自 动寻纬等基本功能。同时系 统通过送经电机、卷取电机、减速系统、伺服控制器、张力传感器及相关机构通 过伺服控制器分别调节送经电机和卷取电机的转速，以维持织物所要求的纬密， 并保证张力恒定。 根据上述控制要求， 结合我国织机技术现状， 以及参考国外先进机型的成熟 经验， 本课题中剑杆织机计算机控制系统采用分布式结构. 如图1 . 1 所示。下位 机 ( 过程级) 用于控制剑杆织机五大运动及纬密; 上位机 ( 监控级)的任务是对 织造过程进行实时监测和控制， 实现人机交互， 如进行织机工艺参数设置、 数据 统计、 生产管理、 故障诊断等。 下位机 ( 过程级)由两个微控制器系统组成， 其 中主控制系统负责s 个运动机构的 控制， 实现织机各种基本功能; 辅助控制系统 实时采集织机的各种状态参数， 这些数据经过预处理反馈给主控制系统形成闭合 环路。由于电子送经、 卷取控制精度要求高， 算法复杂，主控制系统处理能力和 资源相对有限， 故设计了专门的电子送经、 卷取处理单元来减轻主控制系统负担。 图 1 . 1剑杆织机计算机控制系统结构 西北工业大学硕十学位论文 j z 2 型剑杆织机。 本论文的工作是研制剑杆织机智能监控系统及电气传动控制系 统，它是 “ 剑杆织机计算机控制系统”研究课题的一部分。 1 . 4剑杆织机计算机控制系统结构 剑杆织机由开口、引纬、打纬、 送经、卷取五大运动机构组成，过程控制比 较复杂， 还要实现织机启动、 停车、 经停、 纬停及自 动寻纬等基本功能。同时系 统通过送经电机、卷取电机、减速系统、伺服控制器、张力传感器及相关机构通 过伺服控制器分别调节送经电机和卷取电机的转速，以维持织物所要求的纬密， 并保证张力恒定。 根据上述控制要求， 结合我国织机技术现状， 以及参考国外先进机型的成熟 经验， 本课题中剑杆织机计算机控制系统采用分布式结构. 如图1 . 1 所示。下位 机 ( 过程级) 用于控制剑杆织机五大运动及纬密; 上位机 ( 监控级)的任务是对 织造过程进行实时监测和控制， 实现人机交互， 如进行织机工艺参数设置、 数据 统计、 生产管理、 故障诊断等。 下位机 ( 过程级)由两个微控制器系统组成， 其 中主控制系统负责s 个运动机构的 控制， 实现织机各种基本功能; 辅助控制系统 实时采集织机的各种状态参数， 这些数据经过预处理反馈给主控制系统形成闭合 环路。由于电子送经、 卷取控制精度要求高， 算法复杂，主控制系统处理能力和 资源相对有限， 故设计了专门的电子送经、 卷取处理单元来减轻主控制系统负担。 图 1 . 1剑杆织机计算机控制系统结构 西北工业大学硕士学位论文 1 . 5论文所做工作 剑杆织机计算机控制系统的研究和开发是众人协同努力的一项系统工程， 作 者主要负责其中的电气传动控制系统和智能监控系统两个子系统的研制， 所做工 作包括以下几部分: 1 . 硬件设计工作 ( 1 ) 在确定总体方案和掌握系统工作原理的 基础上， 完成了基于总线模块化 结构的电气传动控制系统的硬件电路设计。 设计内容包括: 织机传动控 制方案， 织机传动控制电路设计;电子提花机电气接口电路设计: 热切 害 设备电气接口电路设计:总线接口电路设计。 ( 2 ) 根据友好性、 实用性、 可靠性等设计要求， 确定了 系统设计方案及硬件 结构， 完成了以 3 2 位微控制器为核心的智能监控系统电路设计。 设计内 容包括: 微控制器的硬件配置; 扩展存储器电路设计; 液晶显示电路设 计， l c d 驱动电源设计: 双通道串行通信电路设计; 键盘及指示灯电路 设计:电源监控电路设计。 2 . 软件设计工作 ( 1 ) 完成了智能监控系统软件的 总体框架设计， 着重对监控主程序、 中断管 理模块、人机界面模块的程序设计进行了研究和设计。 ( 2 ) 编写了 智能监控系统各硬件模块测试程序。 3 . p c b 制板和调试工作 ( 1 ) 完成了电气传动控制系统、 智能监控系统的 p c b 板电 路的绘制， 对设计 中的抗干扰问题进行了一定的研究。 ( 2 ) 建立了 标准开发平台， 对n o h a u 仿真机的 应用进行探索和总结， 翻译、 整理了n o h a u 开发机用户手册。 ( 3 ) 完成了电 气传动控制系统、 智能监控系统电 路板的静态、动态调试。 西北工业大学硕_ l 学位论文 第二章 电气传动控制系统设计 剑杆织机计算机控制系统的总体设计中， 过程级的下位机采用总线模块化的 开放系统结构19 1 ， 织机主控制系统作为主模块， 能够控制标准系统总线，占 有总 线资源。 电气传动控制系统是主模块专用的功能模块， 它和选纬控制系统、 多臂 控制器等功能模块通过标准系统总线有效连接在一起， 按照要求交换各种数据和 控制， 构成一个完整的系统， 实现各自 预定功能。电气传动控制系统的任务是完 成 对织 机主 传动、 慢车 / 寻纬 1 10 ,1 11传动的 实时 控 制: 实 现织机主 控 制系统与电 子 提花机 1 2 ,1 3 1 、 热切割设备控制系统间的协调配合。 本章主要论述基于z 8 4 c 1 5 微 控制器的电气传动控制系统电路设计。 2 . 1系统设计目标概述 电气传动控制系统的设计日 标可以概述为以下几点: ( 1 )为避免因开车后第一纬打纬力不足而形成开车档， 或停车后惯性回转多 而形成稀纬横挡， 织机应具有良 好的启动和制动性能。 在发生断纬、 断经或其它 原因停车时，织机能够根据工艺的要求及时定位停车。 ( 2 ) 织造过程中 发生断纬停车时， 为防止织物出 现疵点， 织机能够自 动/ 手动 控制慢车/ 寻纬传动机构进行向前、向后寻纬。 ( 3 ) 为便于寻找故障， 正确了 解织机状态， 检查开口、 送经/ 卷取、 绞边、 选 纬、引纬、打纬机构的协调同步，织机应具备慢车运行方式。 ( 4 )电子提花机、 热切割设 备除具有本身的规律以 外， 还需要和织机控制系 统相互配合。 为实现织机和电子提花机、 热切割设备的动作同步， 应根据工艺要 求和各自 特点设计通用性强、 可靠性高的接口电路， 以保证控制信号及数据的双 向传递。 ( 5 ) 整个控制系统性能稳定、成本低、维护方便。 2 . 2系统设计方案 电气传动控制系统的输入/ 输出量均为数字量，综合考虑织机传动部分的机 械结构及多利 ， 因素，本系统采用 d d c直接数字控制方式，结构如图 2 . 1 所示。 西北工业大学硕_ l 学位论文 第二章 电气传动控制系统设计 剑杆织机计算机控制系统的总体设计中， 过程级的下位机采用总线模块化的 开放系统结构19 1 ， 织机主控制系统作为主模块， 能够控制标准系统总线，占 有总 线资源。 电气传动控制系统是主模块专用的功能模块， 它和选纬控制系统、 多臂 控制器等功能模块通过标准系统总线有效连接在一起， 按照要求交换各种数据和 控制， 构成一个完整的系统， 实现各自 预定功能。电气传动控制系统的任务是完 成 对织 机主 传动、 慢车 / 寻纬 1 10 ,1 11传动的 实时 控 制: 实 现织机主 控 制系统与电 子 提花机 1 2 ,1 3 1 、 热切割设备控制系统间的协调配合。 本章主要论述基于z 8 4 c 1 5 微 控制器的电气传动控制系统电路设计。 2 . 1系统设计目标概述 电气传动控制系统的设计日 标可以概述为以下几点: ( 1 )为避免因开车后第一纬打纬力不足而形成开车档， 或停车后惯性回转多 而形成稀纬横挡， 织机应具有良 好的启动和制动性能。 在发生断纬、 断经或其它 原因停车时，织机能够根据工艺的要求及时定位停车。 ( 2 ) 织造过程中 发生断纬停车时， 为防止织物出 现疵点， 织机能够自 动/ 手动 控制慢车/ 寻纬传动机构进行向前、向后寻纬。 ( 3 ) 为便于寻找故障， 正确了 解织机状态， 检查开口、 送经/ 卷取、 绞边、 选 纬、引纬、打纬机构的协调同步，织机应具备慢车运行方式。 ( 4 )电子提花机、 热切割设 备除具有本身的规律以 外， 还需要和织机控制系 统相互配合。 为实现织机和电子提花机、 热切割设备的动作同步， 应根据工艺要 求和各自 特点设计通用性强、 可靠性高的接口电路， 以保证控制信号及数据的双 向传递。 ( 5 ) 整个控制系统性能稳定、成本低、维护方便。 2 . 2系统设计方案 电气传动控制系统的输入/ 输出量均为数字量，综合考虑织机传动部分的机 械结构及多利 ， 因素，本系统采用 d d c直接数字控制方式，结构如图 2 . 1 所示。 西北工业大学硕士学位论文 根据模块化的电路设计方法， 电 气传动控制系统的电路可分成四部分: 织机传动 控制电路、 电子提花机电气接口电路、 热切割设备电 气接口电路和总线接口电路。 确定总体设计方案如下: 图2 . 1电气传动控制系统结构框图 1 织机传动控制电路 主微控制器z 8 4 c 1 5 通过输出通道发出主离合、 慢车离合、寻纬离合等数字 量信号， 控制电动机和轴之间的各电 磁离合器实现预期动作， 满足织机的快速启 动、制动和自 动寻纬的要求。同时传动控制电路应设计输入通道接收检测信号， 以 便对驱动电路中的关键线路， 如各离合器的供电电路、 驱动放大电 路的晶体管 等， 以及对织机运行状态， 进行必要的实时监测与定位。由于输入通道接收的是 驱动电路中的电压、电流、 开关的触点， 容易引起瞬时高压、过电 压、 接触抖动 现象，设计中须采用转换、保护、滤波、隔离的信号调理措施。 2 . 电子提花机电气接口电路 电子提花机是与剑杆织机相配合完成开口的提综装置， 各运动部件的时间配 合极为重要，因此电子提花机与剑杆织机之间需要实时的数据传送和同步协调。 在织造过程中，电子提花机必须将选纬/ 选色数据、电子提花机运行状态、生产 情况等信号传送给织机主控制系统，织机主控制系统则必须将织机当前动作命 令、 停车等控制信号传递给电子提花机， 以便电子提花机采取相应措施配合织机 西北工业大学硕士学位论文 动作。该 接口电路中输出通道的控制对象为电子提花控制系统中的交流继电 器， 设计中应考虑控制信号的过渡。 3 .热切割设备电气接口电路 热切割设备在织机正常运行时工作加热， 在寻纬、 停车状态时保持恒温预热。 热切割设备与下位机 ( 织机主控制系统) 之间的电气连接简单， 它只需向织机主 控制系统提供其电源状况， 织机主控制系统根据织机运行状态 ( 正常或寻纬) 发 出控制信号使热切割设备工作在不同模式，因此可采用数字量输出/ 输入方案。 4 总线接口电路 下位机采用总线模块化的系统结构， 电气传动控制系统是主控制系统的一个 功能模块， 因此需要根据模块间的标准接口， 依照剑杆织机计算机控制系统总体 设计中分配的各输入、 输出端口 地址， 设计出具有良好适应性和扩展性的总线接 口电路，实现电气传动控制系统与主控制系统间的信息交换。 2 . 3微控制器z 8 4 c 1 5 简介 美国z i lo g 公司1 9 7 5 年 研制出 了 当 时 集成 度较 高、 功能 较 强的8 位 微 控制 器芯片z 8 0 c p u以 及配套系列芯片如z 8 0 c t c , z 8 0 p i o , z 8 0 s i o等。该系列 芯片一经推向市场， 就成为全球最畅销的微控制器系列产品之一。 进入9 0 年代， z i l o g 公司 又推出了z 8 4 系列产品。 这一系 列新产品 不仅品 种繁多、 规格齐全， 而且无论是在外围芯片还是在封装形式等方面都提供了不少选择的余地。 与目 前 流行的一些8 位微控制器产品相比， z 8 4系列产品在完成大数据量吞吐、 采集和 处理等重要任务方面具有综合的优势。 z 8 4系列中各项产品的内核是水平更高的新型 z 8 0 c p u 。按不同的应用需 求， z 8 4系列产品还集成了诸如 c g c( 时钟产生控制器) 、p i o( 并行输入输出 口) , p i a( 并行接口适配器) , s i o( 串行输入输出日) , d ma( 直接存贮器 存 取) 、 c t c( 计数器定时电路) 、s c c( 串行通信控制器)以及 wd t( 看门狗定 时器) 等种类繁多的模块。 本系统选用的z 8 4 c 1 5 是z 8 4 系列微控制器中的一种。 z 8 4 c 1 5 是一种智能 外围 微控制器， 其工作频率为6 m h z , 1 0 m h z 或1 6 m h z 。 它将z 8 0 c p u , c t c . p i o , s i o , wd t , c g c和ws c集成于一片芯片内，并具有 l 电复位、两路片 选信号、e v功能以及 3 2 位 c r c( 循环兀余检测)功能。 西北工业大学硕士学位论文 动作。该 接口电路中输出通道的控制对象为电子提花控制系统中的交流继电 器， 设计中应考虑控制信号的过渡。 3 .热切割设备电气接口电路 热切割设备在织机正常运行时工作加热， 在寻纬、 停车状态时保持恒温预热。 热切割设备与下位机 ( 织机主控制系统) 之间的电气连接简单， 它只需向织机主 控制系统提供其电源状况， 织机主控制系统根据织机运行状态 ( 正常或寻纬) 发 出控制信号使热切割设备工作在不同模式，因此可采用数字量输出/ 输入方案。 4 总线接口电路 下位机采用总线模块化的系统结构， 电气传动控制系统是主控制系统的一个 功能模块， 因此需要根据模块间的标准接口， 依照剑杆织机计算机控制系统总体 设计中分配的各输入、 输出端口 地址， 设计出具有良好适应性和扩展性的总线接 口电路，实现电气传动控制系统与主控制系统间的信息交换。 2 . 3微控制器z 8 4 c 1 5 简介 美国z i lo g 公司1 9 7 5 年 研制出 了 当 时 集成 度较 高、 功能 较 强的8 位 微 控制 器芯片z 8 0 c p u以 及配套系列芯片如z 8 0 c t c , z 8 0 p i o , z 8 0 s i o等。该系列 芯片一经推向市场， 就成为全球最畅销的微控制器系列产品之一。 进入9 0 年代， z i l o g 公司 又推出了z 8 4 系列产品。 这一系 列新产品 不仅品 种繁多、 规格齐全， 而且无论是在外围芯片还是在封装形式等方面都提供了不少选择的余地。 与目 前 流行的一些8 位微控制器产品相比， z 8 4系列产品在完成大数据量吞吐、 采集和 处理等重要任务方面具有综合的优势。 z 8 4系列中各项产品的内核是水平更高的新型 z 8 0 c p u 。按不同的应用需 求， z 8 4系列产品还集成了诸如 c g c( 时钟产生控制器) 、p i o( 并行输入输出 口) , p i a( 并行接口适配器) , s i o( 串行输入输出日) , d ma( 直接存贮器 存 取) 、 c t c( 计数器定时电路) 、s c c( 串行通信控制器)以及 wd t( 看门狗定 时器) 等种类繁多的模块。 本系统选用的z 8 4 c 1 5 是z 8 4 系列微控制器中的一种。 z 8 4 c 1 5 是一种智能 外围 微控制器， 其工作频率为6 m h z , 1 0 m h z 或1 6 m h z 。 它将z 8 0 c p u , c t c . p i o , s i o , wd t , c g c和ws c集成于一片芯片内，并具有 l 电复位、两路片 选信号、e v功能以及 3 2 位 c r c( 循环兀余检测)功能。 西北工业大学硕士 学位论文 2 . 4织机传动控制电路研究与实现 2 . 4 . 1织机传动原理 1 .主传动工作原理 剑杆织机的五大运动是通过机械传动装置来完成的，其动力来源是织机主 轴。 织机主轴由一台三相交流电动机驱动。 剑杆织机的主传动有直接方式和间接 方式 14 1 两种， 间接方式主传动是 通过主电 机和主 轴之间的电 磁离合器， 来实现织 机的启动和制动，其工作原理如图2 .2 所示。织机启动时，通常先启动主电机， 使其托动带轮运转; 然后主离合线圈 得电， 产生吸力使紧固在主轴上的 摩擦盘与 带轮的启动盘啮合，从而驱动主轴高速运动。当织机停车时，主离合线圈断电， 制动线圈得电， 产生强大吸力将摩擦盘牢牢吸在制动固定盘上， 使主轴停转， 织 机得以 迅速制动。 间接方式传动中 摩擦盘、 启动盘在频繁的启动、 制动过程中 容 易磨损， 且停车时主电机空转耗电多， 但这种方式结构简单、 可实现迅速有效的 启动、 制动， 相关技术成熟可靠， 本课题中j z 2 剑杆织机主传动就采用间接方式。 图2 .2间接方式土传动 作原理 2 . 慢车及寻纬传动工作原理 图2 . 3 为剑杆织机慢车及寻纬机构工作原理示意图， 当剑杆织机常速工作时， ty 车离合线圈和寻纬离合线圈均未通电， 两离合器活动齿盘在各自弹簧的作用下 分别处于脱开和啮合的状态， 传动轴带着打纬共扼凸轮轴做常速运转。 当需要织 西北工业大学硕士 学位论文 2 . 4织机传动控制电路研究与实现 2 . 4 . 1织机传动原理 1 .主传动工作原理 剑杆织机的五大运动是通过机械传动装置来完成的，其动力来源是织机主 轴。 织机主轴由一台三相交流电动机驱动。 剑杆织机的主传动有直接方式和间接 方式 14 1 两种， 间接方式主传动是 通过主电 机和主 轴之间的电 磁离合器， 来实现织 机的启动和制动，其工作原理如图2 .2 所示。织机启动时，通常先启动主电机， 使其托动带轮运转; 然后主离合线圈 得电， 产生吸力使紧固在主轴上的 摩擦盘与 带轮的启动盘啮合，从而驱动主轴高速运动。当织机停车时，主离合线圈断电， 制动线圈得电， 产生强大吸力将摩擦盘牢牢吸在制动固定盘上， 使主轴停转， 织 机得以 迅速制动。 间接方式传动中 摩擦盘、 启动盘在频繁的启动、 制动过程中 容 易磨损， 且停车时主电机空转耗电多， 但这种方式结构简单、 可实现迅速有效的 启动、 制动， 相关技术成熟可靠， 本课题中j z 2 剑杆织机主传动就采用间接方式。 图2 .2间接方式土传动 作原理 2 . 慢车及寻纬传动工作原理 图2 . 3 为剑杆织机慢车及寻纬机构工作原理示意图， 当剑杆织机常速工作时， ty 车离合线圈和寻纬离合线圈均未通电， 两离合器活动齿盘在各自弹簧的作用下 分别处于脱开和啮合的状态， 传动轴带着打纬共扼凸轮轴做常速运转。 当需要织 西北工业大学硕士学位论文 机慢速运动时， 织机主轴的主离合线圈断电， 摩擦盘与启动盘脱开， 慢车离合线 圈得电， 在磁力的作用下， 慢车离合器活动齿盘克服摩擦及弹簧阻力与其固定盘 啮合。同时， 寻纬离合器仍处