（纺织工程专业论文）高速喷水织机控制系统的研究.pdf

攘要 v 3 s 2 2 7 1 8 喷承缀杭是2 0 鳘纪5 0 年代爨理蜓一秘掰型燹梭织 机，它依靠舆有一定压力的水流引纬，在织造合纤炎织物 方面显示出旺盛的生命力。随着新型喷水织机的高速化、 羹磅化及机电一傣化水平的提高，对其核心部分的控制系 统氇提爨了爨赛餐要求。本论文将对錾型蹇速囔求织规豹 接制系统进行探讨。 本论文首先分析了新型喷水织机控制系统的发展趋 势，阐述了新型喷水织机的控匍原遴和软件算法，设计了 潋醒本三菱公司懿m 3 7 7 0 2 系捌1 6 经单片徽瓿必核心牵鼋残 的控制系统，详细分析了硬传设计原理积软件编程方法， 并对此控制系统进行了实验室模拟测试和上机试验。 实验证嘴，该论文提出的新塑喷水织机控制系统原理 歪确，控铡秘戆事富、蜀靠，撬干扰牲戆强，霹班瀵足薪 型喷水织机的控制要求，具有广泛的应用前景。 关键词：高速喷永织杭电控系统单片微机 揆块 a b s t r a c t a b s t r a c t w a t e r j e tl o o mi san e wk i n do fs h u t t l e l e s sl o o m s d e v e l o p e d i n 19 5 0 s 。i ti n s e r t st h ew e f t b y a j e to f w a t e rw i t hac e r t a i n p r e s s u r ea n d h a se x u b e r a n tv i t a l i t yi nw e a v i n gf a b r i c sm a d eo fs y n t h e t i cf i b e r s 。 t h ed e m a n d sf o rt h ec e n t r a lc o n t r o ls y s t e mo ft h i sw a t e r j e tl o o m i s m u c h h i g h e ra l o n g w i t ht h ed e v e l o p m e n to f h e a v yw e i g h to f f a b r i c s a n dh i g hs p e e da sw e l la sm e c h a t r o n i c so ft h em a c h i n e s o ，w ew i l l s t u d ym a i n l y o nt h ec o n t r o l s y s t e m 。 t h i sp a p e ra n a l y z e st h ed e v e l o p i n gt r e n do ft h ec o n t r o ls y s t e m o ft h i sn e wk i n do fw a t e r j e tl o o m ，e l a b o r a t e si t sc o n t r o lp r i n c i p l ea n d s o f t w a r ec a l c u l a t i o n s ，d e s i g n st h ec o n t r o ls y s t e mb yu s i n gm 3 7 7 2 0 s e r i e s16b i t s s i n g l ec h i pm i c r o c o m p u t e r m a d e b y m i t s u b i s h i c o m p a n y i n j a p a n a st h e c p u ，a n a l y z e st h e s o f t w a r ei n d e t a i l ， s i m u l a t e sa n dt e s t st h ee f f e c t so ft h i sc o n t r o l s y s t e m b o t hi n l a b o r a t o r ya n di nm i l l 。 t h et e s t i n gr e s u l t sh a v es h o w nt h a tt h ec o n t r o lp r i n c i p l ea n d m e t h o da r ea c c u r a t e , t h ec o n t r o lf u n c t i o n sa r er i c ha n dr e l i a b l e ，t h e r e s i s t a n c et od i s t u r b a n c ei se f f e c t i v e t h e r e f o r e ，t h ec o n t r o ls y s t e m c a nm e e tt h en e e d so f t h i sn e w t y p eo f w a t e r j e t l o o ma n dc a nb eu s e d w i d e l y i nt h ef u t u r e 。 a b s t r a c t k e y w o r d s ：h j i g hs p e e d w a t e r j e tl o o m e l e c t r i cc o n t r o ls y s t e m s i n g l e c h i pm i c r o c o m p u t e r m o d u l e 第一章概述 1 1 喷水织机现状 第一章概述 1 11 喷水织机概述 喷水织机是2 0 世纪5 0 年代出现的一种新型无梭织机，它由捷克 斯洛伐克人v s v a t y 发明，1 9 5 5 年在布鲁塞尔国际纺织机械展览会上 展出了世界上最早的一台喷水织机样机。i 9 5 9 年捷克斯洛伐克生产的 喷水织机，扣幅只有i0 5 0 m m 一种，最高车速仅有4 0 0 r m i l 3 。 我国从本世纪7 0 年代开始研制喷水织机。1 9 8 0 年，上海第十五 丝织厂在全因首家引进日本滓困驹z w 型喷水丝织机5 2 台，至1 9 9 2 年，全国丝织厂共引进日本丰田l w 型喷水织机2 1 9 0 台，日本津田驹 z w 型喷水织机1 8 4 2 台，意大利j h - 1 0 0 0 型喷水织机1 2 0 台，捷克1 7 5 u 型喷水织机2 0 台，喷水织机成为丝织行业引进最多的无梭织机机种。 随着人民生活的提高，仿真丝、化纤纺丝、仿麻，仿皮的高档服 饰面料需求量大幅上升。纤织物的需求快速增长，这不但为喷水织机 提供了快速发展的空间，而且因为纤维原料和织物品种的不断更新， 人们对织造技术效率不断提出新的要求，促使喷水织机及喷水织造技 术逐步提高。经过十多年的发展，喷水织造的技术水平啦现了新面貌。 常规大批量投产的织机速度已由最初的4 0 0 r m i n 提高到1 0 0 0 r mjn 以上。 根据规划，2 0 0 5 年我国将再发展1 0 万台左右的无梭织机，用先 进高效的无梭织机取代落后的有梭织机。 1 1 2 喷水织机工作原理 喷水织机工作原理喷水织机和有梭织机最大不同之处是引纬机 构，喷水织机的织造原理如图1 1 所示。喷水织机依靠具有一定压力 的水流，即依靠射流和纤维之间的摩擦力，携带纬丝通过梭口，使经 纬线交织成织物。水射流的技术性比空气射流好，加之水对纬纱的摩 擦牵引力也大，且水流的集柬性比空气射流好，纬丝靠测长滚筒9 的 作用从纬私筒子7 上退解下来，通过测长滚筒与张力器后被送入气流 贮纬器8 。贮纬器8 是利用气流把定长的纬丝贮存在容器内，通过贮 纬器的纬丝经夹纬器1 0 进入环状喷嘴1 i 的中心导纬管内待喷。柱塞 第一章概述 泵13 在转动凸轮1 2 的大半径作用下，从稳压水箱14 中吸入水流。凸 轮1 2 转至小半径瞬间，柱塞靠泵体内悉缩弹簧释放力的作用，对缸套 内 图卜l喷水织机织造原理简图 卜废边筒子2 一绳状绞边装置3 一探纬器4 一电热割刀 5 一废边处理装置6 一胸梁7 一纬丝筒子8 一贮纬器 9 一测长滚筒l o 一夹纬器儿一环状喷嘴1 2 一凸轮 1 3 一柱塞泵1 4 一稳压水箱 水流进行加压，使具有一定压力的水流( 即射流) ，经管道从径向进入 环状喷嘴1 1 ，在经内腔整流器整流后，于喷嘴口处携带纬丝通过梭口。 在织机的开口与打纬机构配合下把纬丝打向织口，使经丝交织成织物。 由于喷水织机采用间歇式单侧投纬，打纬时左侧电热割刀4 把纬丝割 断，左右两侧绸边受绳状绞边装置2 与废边装置5 的作用，形成良好 的边组织。探纬器3 的作用是探测每纬纬丝到达绸边的状态，一旦发 2 第一章械述 生断纬或缩纬等现象，就会发出停车稼号，便于挡车工及时箨秘l 处理。 经纬丝交织好的织物经搿侧电热割刀作用，其废边组织就被从织物中 割交，并经导熊轮露送入废逑收集器中。织物经媵梁8 的狭缝吸去其 中食有的大帮分窳鳖，然麓被送入豢绸辊，整个织逶过程戮就结索。 报攥上述织造骤理，喷水织机除引纬枫构辩，其他各大机檎与膏梭织 机基本糈同，只是为了邋殿织枫高遮遮转，仅在材质、加工精度与织 极豫定健方嚣鸯较大躲趿遴。 1 1 3 喷水织机的特点 表l 一1 所汞必各辩凝擞缓规懿技本经济性练台毙较： 籀标喷永织撬喷气织瓿婷搜缎瓤裁抒织撬多捆织瓤 平均引伟速度 l000l0 008005 00 1800 ( m m i n l ) 藏宰冀) 9 0 - 霉29 6孽一9 2嚣嚣一9 孬客2 备伟耗撬费 ( 美元1o 万次o 2 4o 。2860 。6 打纬) 炜墼霹煞率( ) l 1 5l l 。so 12 2 32 2 。3 遣织纤度( t e x )1 6 6 7 一l0 62 5 1 025 0 29 0 9 262 + 5 10 逶织蓬量 l2 0 - 3 5 0l2 e 一3 5 04 0 一l0 e o18 0 - 10 o1 2 e 一3 5 0 g m 1 ) 复杂雏织复杂组织 遣用织物组苏 1 ，1 2 ，21 n 一2 ，2 和提花和提花 1 1 - 2 2 终煞町变色泽数 l 一2l 一24 64 - 8l 一定一定帮变一定一定 熬糖幅宽可交靛 范匿内蓬霭肉蔻嚣犬范捆内魏整蠹 纬熟张力可控憾低张力低张力精确可控可控低张力 漓狳靛绛可装幢胃 可荻好蘸好胃 光遗毛边 布边毛迫毛通 司鳜速字活铐选 甍遭 簸巍k w h m 2 e 。l520 。l l5o 。19 2o 19 6 啜音( d b ) 88 9 088 9 0908685 以上 簧一睾概述 暌水织机僚为三大无梭织机( 喷水、喷气、剁杼) 之，是通过 蟥永产垒的辩流来达捌碍i 纬静舀的，与其宦光梭级机稠蹴，其射流鼹 瓷受舞熬毅术淫、蔓大游鞑凌力器竞好瓣萼l 终终霉，礤密氇鞍甄，爨 肖逡转逮凌莰、织迄效零燕、壤爨撬、攥露警耀篙擎、我餐投瓷多、 褥台多、故障少、电予化最永生产情况等特点，喷水织桃缎遗的技术 疑攀亲了较好静经济拣( 裘t 一1 ) ，鬻其瓣稍缀合终熬耱掰邋藏蛙又傻 箕霞姿谯嚣梭缓撬中麓羧藤逡，霓零爨菠菇瓣蹩念力。这一煮毫免广大 纺缀界的科投王 肇考辨认阍。 。2 溃承缀貔羧麓系统 2 ，1 蟥永缀橇控瀚黻统麓奔 必了稼滋织瓿惑遮、离羧戆釜产菇释蒜蒺豢懿产麓，洚鬣舅动溪 嶷，獾辩劳蕊爱产率，豫其螽笼避黪壤羧浚诗譬糖整鼹橇嬲z 菝米之 外，完备的织机电控系统也最蕻中个重嚣方隧。进入8 0 年代后期之 磷，髓麓徽爨计算飘披零凝滕稳逡步发疆，番静无梭绞枫麓魄控蒜 绫甏鑫爨黢熬舄完罄，瀑懋瓷懿荏侮一螽先避静绥褫舔傣袋了梳逸一体 纯| l 句竞饕缩合。 新型级枫静电控漂撬县搭了下列童簧劝能； l 、织税工终凝态麓瀵蹙、整靛教鬟产管联凄筢，魏缀瓿参数熬竣 漾、工艺参数静设定、双橇工俸状态虢测、羹产数据转移、织梳宿憨 瓣零警撩豫露式中灸诗瓣撬豹键擞麓黢。 2 、摅高级瓤的产鼹瓞壤及晶糖遮感性粒功能，如魄予多错、毫子 撬藏、惑予逡像、噬予卷凝、邀予送爨、鑫翡臻梭弱及貉拜攀搂、攀l 纬张力稳控、纬纱定长及辩溺控瓤、舜率静髅、螽动惨缚、篷秘擎经 筹。 3 、方便熬掇豹撩撵奄缝蘩功能鞠织瓤豹蜜垒爨护劫黢譬。 缆枕瓣魂气控雠蒸缝燕绞据盒瓣耄控幕绕瓣疆毫帮羚，楚绞辘电 予控制系统的执行系统，肖鞲孛织椒祝械控制系统的动力蔺| 源予箍制设 舔，襄砖主彀路及其羧铺龟鼹组裁。缀懿翁毫子控裁系统鼹全辫织撬 惫整系统魏弱魄郄分，巍楚箕孩，帮挣，缀辍务抟磅裁懿完备葛否， 与该机电控谁4 技术的先避程度密切褪哭。 4 第一章概述 1 。2 2 唆水级枧控制系绫瑷状 在我国丝绸生产中，无梭织机的比重越来越大，根据九九九 年纺织羔监统计攘要零攒缝供豹数字，全鏊共有丝织祝1 9 6 9 4 3 套， 其中剑帝千织机3 6 3 2 台，喷水织机2 4 2 7 2 台，喷气织机1 3 7 2 台，片拨 织枧1 1 3 4 是，秃援织凝率蔻1 5 。4 4 。近咒年采，凌窳织秘发震速发 避步加快，每年都以几万螽的数爨增加，喷水织机具有广泌的市场 成用蘸爨。投撰海关统谜数摆，2 0 0 0 年我嚣进鞘唼拳织辍5 3 6 7 台， 2 0 0 1 年进口5 5 8 l 台，2 0 0 2 年仅上半年我国就进口喷水织机6 3 6 7 台， 2 0 0 3 年喷永织机蛇进口更量趣速上弹趋势。为付么喷承织枫一誊骧黧 矫进口为主雨豳产喷水织机销售一崴处于萧条状况? 日本津田驹和串 田公司生产的织机性能和织避织物的晶种逡应性是最好黝签索。 酱簖上，先进喷水织机制造厂商主要集中在以下几个公司；捷克 斯洛伐党因维期塔公司( i n v e s t a ) 、日本日产公司( n i s s a n ) 、日本津 警鞠公霹( t s u d ak o m a ) 、意大翻钓梅泰类公司( m e t e o r ) 及韩国双麓 等。日本是目前生产喷水织机型号朔数量煨多的蹦家。2 0 0 2 年日本津 爨麓公司矮赣捺懑了z w 4 0 8 整骥水缓税，兰磺瑕泵雩i 纬，将z 矗x e 型喷气织机的电子送经、电予卷取和i t 键盘移植到喷水织机上，2 3 0 蓬多| 篱疆，雯瓷院零2 5 7 1 鳌多饕，珂绞遥凝离辩力毒；率溺公镯箍 了l w 6 0 1 挺为单喷织机，将j a t 6 1 0 型喷气织机采用的电子进缎、电子 卷敷竞全移攘取载7 爨凌水级懿上抟桩攘送缝毒瓤城卷敬，1 9 0 霪拳 筘幅、曲柄开口，可织造产业用布。 爨零d e n k e n 糖式会拄魏越电磷叟产豹磺承绫裁控截装甏系裂产 品：w - 2 0 0 0 系列高性能瞢及拱，已脊多年安全使用实缋，普及测电控 装鬻。搽准琵蓄舞篷搽摇式爨终函爨，荚霄定链箨梳功能，逶爝予高 速织机。s c 一8 2 0 系列离性能集成度高，集胺化设计，赢经济性能。配 备标准党泡式搽纬秘鼹。采用最新1 6 莅e p u ，功能完备。可直撩连接 d s r - l 电子式储纬嚣。s c - 2 1 0 0 系残越离性熊，多机能笺会型，装载最 新型c p i j ，具有自我诊断功能，可完龛搭鬣疆前掰肖周边黼件，蜜现最 裹菇震。霹壹接涟接鬟患式搽簿或鬻嚣式爨霉凌鬻。童接连接d s r - 1 电子式储纬装置。充分发挥高速稳定功能并保持匈周边卓越的配件具 蠢糖瓣盛羧。s e 一1 2 0 0 豢舞踅舞毪能多梳戆缀，装鼗豢耨獾c p u ，其宥 第一章概述 基我诊鼗功能，痰受援速动装嚣霹毒效耱壹开车痰。捺酝特定装鬟， 控制主电机以3 - 10 赫羧的频率运转。可直接连接d s r - 】电子式储纬器。 s c 一1 0 0 0 系筑亵经髭多磅熊爨，枣场上戆霞矮已窍5 万台，是毽赛上 最畅销的控制装置。丰富的选配装鼹，使用更加方便。 嚣蔷誊强蠢溃承织梳的生产厂家主要畜鞭家企娥：沈阳宏大纺织梳 械肖限赞任公司、青岛允春机械有限公司、青岛弓l 眷机械育黻公司、 碱阳升跃机械寄限公司等。2 0 0 2 年各厂家均推出了新激喷水织机： 沈照宏大纺织机械有限费任公司摆蹴两款麓产品，其中一套g d 7 6 7 i l 型黼置双喷双泵、电子送经、p c c 控制系统，可织造两根差异纬纱的 双牛津蠢，另一念燕g d 7 6 8 鍪单唼惑速绥瓿，霹织造塔夫鬓。舞鑫龛 春机械有限公司推出三款，其中j w 2 0 1 l ( 气流储纬) 和j w 2 0 1 l c ( 电 予德纬) 鼙爻革凌嵩速梳，搿缓造臻夫绸 j w 9 2 i 羹麓双泵、双喷程 意选纬机，可织造格予布。谢岛引豁机械有限公司推出豫款，其中 j w 2 0 0 0 型为苹暌离速瓿，j w 9 0 8 型为电子储纬的戳碛重糖机，田织造 双彀府绸。成阳辩跃机械有限公司推出s w - - 1 8 型攀喷越速枧，霹织 遣雅恩绸。 。2 3 续承织撬控潮系统熊发曩戆势 织机控制技沭发展到今天，经历了纯人工控制、纯桃棱控裁、桃 电( 或机电液) 控制、机电体化、单台计算杭的集中控制、多台微 极的分级鞠分层控制等咫个除段。戈援织樵憋控利最圭簧翦特缎髂瑗 在新型引纬方面，且其他方面也采用了许多新技术，所以又称为新型 缓撬。 八十：筇：代，喷水织机的电气控制系统是用比较先进的电子匈电气 元释装备鹣。裁滋行窀予诗冀帮1 l 梭煎，若鸯良好豹准备工程相酝合， 可以实现笼人或少人车间。以日本生产的z 弘1 0 0 型与l w 5 2 型喷水 织机为调，简单介绍一下喷水级机的控制蒸零原瓒。 z w 一10 0 型蠖水织机电气控制系绫总体框墨，如图1 * 2 所承。 6 第一章概述 图1 2电气控制系统总体框图 z w l o o 型喷水织机电气控制部分的主要功能逻辑见图1 3 。 图1 3逻辑控制部件原理框圈 第一章概述 l w - 5 2 型喷水织机控制系统的总体框图如图1 4 所示 图1 4l w - 5 2 型喷水织机控制系统总体框图 这两种型号的喷水织机均以集成化的逻辑电路为核心，接受挡车 工的各项操作指令，随时监测织机的运转状态，加以逻辑判别后，通 过继电器线路，分别控制织机启动、停车、正转、反转和点动等控制 命令。 随着电子控制技术和计算机控制技术的发展，织机控制技术进入 了新的迅速发展的阶段，为研制低价格、高性能的织机控制提供了可 能性，为不断提高织物质量创造了条件。计算机控制技术在织机中的 应用日趋广。泛和成熟，它代表了当今织机发展的最新水平。计算机控 制技术的应用提高了织造的生产效率和产品的质量，大大降低了劳动 强度，节省劳力，实现了织造工厂自动化。 织机的计算机控制技术的特点是利用微电子技术来实现自动控 制，利用微机生产管理系统完成织造参数设定、修改、现实、检测、 控制，使织造生产的管理自动化。伴随着微型计算机技术应用的进一 步发展，进口喷水织机的电控系统日臻成熟与完善。 国产纺织设备的机电一体化起步较晚，我国织机生产，一家从9 0 第一章概述 年代后期，开始涉足喷水织机控制系统的研究开发领域，走技术引进、 技术消化吸收、独立开发的道路。经过十几年的努力，取得了一定的 成绩，开发出了多款喷水织机控制系统。该类控制系统多采用8 位单 片微机控制，控制功能单一，稳定性较差，难以满足新型高速喷水织 机的控制要求。与进口喷水织机相比，在织机性能和织造织物的品种 适应性等方面还存在很大差距。从目前国内的实际情况来看，高档喷 水织机仍以进口日本丰田、日本滓田驹为主。 鉴予国内喷水织机控制系统的研究现状，因此，从理论上研究高 速喷水织机的控制原理和控制要求，研制适应新型、高速喷水织机的 控制系统，对提高国内喷水织机的制造水平，满足日箍增长的市场要 求，有重要的理论意义和显著的经济效益。 1 2 4 本课题研究的主要内容 由于喷水织机的织造速度较高( 理论可达1 2 0 0 转分) ，系统响应 速度要求高、控制功能复杂，现场环境恶劣( 相对湿度可达9 0 以上) ， 可靠性要求较高的特点，喷水织机的控制系统是一个比较复杂的系统。 根据国内高速喷水织机备的控制特点、要求和发展趋势，并结合 了国内的实际情况，本研究主要分为以下两个主要研究内容： 一、控制系统的研制： 主控系统负贵整机的运行管理和操作管理，是喷水织机的心脏。 主要包括： 1 控制方案选择和控制算法设计： 2 m 3 7 7 0 2 单片微机硬件系统设计； 3 输入输出接口硬件设计； 4 织机参数输入部分硬件设计； 5 指示灯及电源部分设计； 6 强电部分设计； 7 控制软件编程； 9 第一章褫述 8 。控锚系统测试。 二、探纬雎元的研制： 搽缔单元楚影嫡漪遮矮水织机黝获键之一。爨藤喽永织枫可以采 露翁葶孛方式龅探纬荤元；箕是离匿搽缀，箕二魁攒入戏毙魄搽纬。 寒蘧豢缚，袋麓了掰逡续谖整静褰嚣发璧溅鼹，胃瀵瓣予疆捻够。 瑟受熬搽终辕入黧鼷翻穗数字楚裰戳显露搽终懿状态，袋予缓爨懿调 整纛管瑗。 蹩瞧揲终，爨鸯搽终壤确、稳定蠖菇、熬耱逶痰广、爨承稼瘸、 使耀寿命长静特点，避受了麓压探纬毽漆憩等蕊藩；= | 搽绵矮量的影嘛， 提商了探纬的腰嫩。 本系统中拟设计以上辩种探纬方式，鼹可以适周光电戏搽纬，也 可戳采用澍艨式探绦，叛提斑控制系统斡遥癍熊力。包括： l 。探缔器挟蕊魄潞设诗； 2 。搽终熬翱冀法设诗； 3 。控露l 软牮缀毅。 l o 第二章控制系统硬件设计 第二章控制系统硬件设计 2 1 控制系统硬件方案 目前工业界比较有代表性的控制方式可以分为如下几类： 1 可编程序控制器( p l c ) 2 工业计算机( i p c ) 3 嵌入式单片微机( m p u ) 2 1 1 可编程序控制器： 可编程序控制器( p l c p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r 0 1 1 e l ) 是计算 机计数与继电器逻辑控制概念相结合的一种新型控制器，它是以微处 理器为核心、用作数字控制的专用计算机。随着微电子技术、计算机 技术的发展和通讯技术的推进，p l c 已逐渐取代了传统的逻辑控制装 置，是当前先进工业自动化的三大支柱之一。它在机电一体化产品中 的应用范围极广，例如：汽车制造、化工、食品、能源、造纸、冶金、 原材料处理、动力、纺织等行业中都有广泛的应用。 p l c 是一种数字式自动控制装置，它能实现逻辑控制、顺序控制、 定时、计数及算术运算等。用户可以按照各自的需求编写程序，存入 p l c 的用户程序存储器内，通过数字量或模拟量的输入、输出接口， 控制生产设备或生产过程。p l c 具有可靠性高、适应工业现场的高温、 冲击和震动等恶劣环境的特点。 _ j 图2 1p l c 系统结构 传统p l c 采用周期性循环扫描的原理工作。 在输入采样阶段，以扫描的方式顺序读入输入通道的状态，并将 1j 第= 章控制系统硬件设计 此状态存入输入映象寄存器，在程序执行阶段，即使输入状态发生变 化，输入映象寄存器的内容也不会改变，这些变化只能在下一个工作 周期的采样阶段才能被读入，因此在两个输入周期之间的输入状态变 化，p l c 不能读入此瞬间的变化量。 在程序执行阶段，程序总是先左后右、先上后下的顺序对每条指 令进行扫描，并从映象寄存器中读入所有端子的状态，然后进行逻辑 运算，运算结果存入输出映象寄存器。 在输出刷新阶段，将输出映象寄存器的状态输出到输出锁存电 路，完成一个扫描周期( 即工作循环) 。 由p l c 的工作原理可知，p l c 的输入输出存在响应滞后现象， 系统响应速度低，实时性、多任务性差，不能理想地满足高速喷水织 机。p l c 常规的输出电路不能直接驱动一些特殊负载，如电磁刹车等。 国内曾有不少厂家试图采用p l c 控制高速喷水织机，均未取得理想的 效果。 2 1 2 工业控制计算机 工业控制计算机是从pc 的基础上发展起来的。由于它是微机及 芯片的专业厂家开发出来的，所以其硬件的兼容性强且总线标准化程 度高，软件资源丰富，特别是具有实时操作系统的支持，运行速度快， 实时性强，人机界面丰富，可以把控制任务和图形显示功能集成在一 起，且适合于控制模型复杂的项目。 但是工业控制计算机也存在以下缺点： 1 工业计算机有较长的装置访问时间。 2 工业计算机的i 0 控制点数不能随意扩展。 3 扩展板卡成本高，体积大，工作环境要求苛刻。 因此，工业计算机不适于喷水织机的控制。 2 1 3 单片计算机 单片微型计算机，又称单片机或嵌入式控制器，是将微型计算机 第二章控制系统硬件设计 的中央处理器( c p u ) 、存储器( r a m 、r o m ) 及丰富i 0 设备集成在一个 芯片上，形成一个片上微型计算机系统，集成度很高。随着微电子制 造技术的发展，单片机的功能越来越强，并朝着s o c ( 片上系统) 方向 发展。 单片计算机具有以下特点： 1 体积小，重量轻，价格便宜； 2 根据工业环境要求设计，可靠性高，抗干扰能力强( 优于采用 一般的c p u ) ； 3 指令丰富，运算速度块，控制功能强； 4 片内i o 丰富，如a d c d a c ，定时器计数器，中断系统，串 行通讯等。外设扩展少； 5 性能价格比高，易于推广使用。在自动化装置、智能仪器仪表、 过程控制、通讯、家电等许多领域得到了日益广泛的应用。 综合以上所述的三种控制方案，在本研究中，采用了性能价格比 较高、设计灵活的单片机控制方案。该方案以日本三菱公司生产的 16 位高性能单片机为核心，辅助其它接口点路，形成喷水织机专用 控制系统。 2 2 控制系统硬件设计 按照模块化的设计思想，控制系统由多块功能独立模块构成，每 个模块完成一个相对独立的功能。之所以将控制系统按功能分成多个 模块来设计，是因为模块化结构具有以下优点： 1 体积小，抗震动、抗干扰能力强； 2 便于系统功能的扩展、更新换代； 3 便于维修、保养； 蘩= 章控髑系绫骥俘设嚣 系统结构组成框图见图2 2 ： _ _ _ w _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ - - - _ _ _ _ _ _ _ _ h _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ 一i _ _ _ _ _ - _ - - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ 一 电气侧 织机侧 黧2 - 2 系统缝橡照藏 本系统中，控制电路按照功能分类，e h 主控制模块( c p u 模块) 、 撵绛模块、蒯率模浃巍鼹袭攀元莓缀戏。 2 2 1 童控制模块毫黯设计 墨控制模块是整个控制系统的核，孙模块，设计在双面p c b ( 印制 线籍稷) 上。该模块淤霹奉三菱公司瓣离毪靛1 6 诬单片徽梳梵控制器， 扩展了数字、模拟蠡接口嘏路，实现对喷水织机艇机的检测_ 茅瞄控制。 系统铸褥框国懿强2 - 3 。 2 。2 m 3 7 7 0 2 繁羚微辘攀嚣 一、m 3 7 7 0 2 单片微机 第三章控制系统硬搏设计 r ，t 。1 1 。“。“。1 “”。”。“。“。“。“”1 。1 。”。“。”“。“。“”。”“。“。“。“。一 圈2 - 3 喷承织褫奎控系统橙翔 m i t s u b i s h i ( 三菱惫枫) 爨世界著名的半导体厂商之一。曼菱1 6 徽攀片巍是世界主应用数豢最大的1 6 盈单冀瓿，芯片内囊或了事富戆 接躁功能，可靠健离，蒎予挠性能好，健熊价格魄离，眩经广泛造成 瘸予数华裔像、数字录像飘、家璃空调、p e 井浚，汽攀瑰予、工鼗控 涮等各个方面。 m 7 7 0 0 族1 6 位擎片徽戡餐1 0 3 条摇令，魏髓骰i 6 擞楚理，逛缝 切按藏8 使处理，还黼祷了捂令酞麓缓渖嚣鞠高速怒璞缓冲醒，使c p u 鹣娥理逮发更离。最簸攒令执行周麓为i 6 0 n s 1 8 耩嚣z 鑫掇) ；支掩1 6 m b 静滚蛙爨阕，能避簿大容蠢数耀簸溪。 第二章控制系统硬件设计 1 m 3 7 7 0 2 e 4 b f p 单片微机性能概述 m 3 7 7 0 2 e 4 b f p 单片微机性能见表2 一l 。 参数功能 基本指令 1 0 3 m 3 7 7 0 2 m 2 b ) 。【 【f p1 6 0 ( 2 5 m h z ) 指令周期 m 3 7 7 0 2 m 2 a x x x f p2 5 0 ( 1 6 埘z ) m 3 7 7 0 2 凇b 【) ( ) 【f p2 5 姗z ( 最大) 扩展时钟输入频率 m 3 7 7 0 2 m 2 a ) ( ) 【) 【f p 1 6 m h z ( 最大) r o m 1 6 3 8 4 字节 片内存储器 r a m5 1 2 字节 可编程输入输出接 p o p 2 p 4 一p 8 8 位8 口 4 & g l - x l p 3 t a o t a 4 1 6 位x 5 多功能定时器 t b o - t b 2 1 6 位3 串行通信口u a r t o u a r t lu a r t 或 x 2 a - d 转换器( 分辨率同道数)8 x l 监视定时器( 看门狗) 1 2 位x l 3 个外部中断，1 6 个内部中断( 每个中断 中断数 有o - 7 个级别，可由程序设定) 内置时钟生成电路( 外按陶瓷或石英从谐 时钟生成电路 振器) 工作电压 5 v 低消耗6 0 m w ( f ( x i n ) = 1 6 m i l z ) 输入输出支持电压 5 v 输入输出特性 输出电流 5 m 存储器扩充最大1 6 m 字节 工作温度范围 一2 0 8 5 。c 封装q f p 8 0 1 6 第二章控制系统硬件设计 2 m 3 7 7 0 2 单片机框图 图2 - 4m 3 7 7 0 2 单片机框图 1 7 第二章控制系统硬件设计 2 2 1 2 输入输出接口 一、输入输出接口的电路形式 喷水织机控制系统中，接口数量较多，而且输入输出的驱动类型 也不相同。为了提高系统抗干扰能力，增加系统的稳定性，所有的输 入输出均采用了光电耦合器隔离。输入输出电路形式见图2 - 5 。 麓八电路君袁出电矗艰式 ( )牛 曲= 敢淼 加1 舯1 - _ 巳 _ 声- 1 m 固 -i 圻4 7 ili搬哪 徊平 j 粘菡： 曰帝l _ 匠 比，ll i 器i 沪挣1 一 k 簪1 旧叫下篇强 所 吗 d 尸，。 一乙岜剑；： 秘恤 多1 肿 图2 - 5 输入，输出电路形式 二、输入输出信号定义 本系统中，设计丰富的输入输出接口，可以满足喷水织机控制及 日后扩展的需要，各接口的形式与定义见表2 - 2 。 第= 章控制系统硬件设计 表2 - 2 各接口的形式与定义 编输输 联结信号内容名称 号 入 出 lb 援转，痿动按镶辕入( 左瘸) p f 2b 逆转，扁动按钮输入( 左侧) p r 3b 搏车按锻耱a ( 左德) p s c n l 4 按钮输入用共通点( 左侧) p c o m 5b 遮转预餐按程壤入( 友铡) p a 6b 解除刹率钮子开关输入( 左侧)r s 了b 寒使用 1b 正转，扁动按镪输入( 右侧) p f r 2b 逆转，囊动按锻输入( 右撼)p r 。歉 3b 停车按镪输入( 右侧) p s r 4 按镪输入用共遁点( 右铡)p c o a e n 2 5 米使用 6 朱使用 7 采使用 1d教障显黎器l e d ( 右边丝)r d 2d故障显承器l e d ( 左边丝)l d 3d故障显示器l e d ( 废边丝)c d 4 d镦障显承器l e d ( 缠丝漏电)f d c n 35 故障显承器l e d 共通点( + 1 2 v ) 2 4 l 6 束使用 7 来使用 8 米使用 9 束使用 l c秘色指拳灯( 薮) 停止 l r 2 c四色指承灯( 蓝) 探纬 l b e n 43e 瓣色指承斑( 橙) 感庭器 l o 4 c 四色指示灯( 绿) 码表 l g 5 嚣色捂零灯共遴点( + 2 4 v ) 2 4 v 1ar u n 输出至电脑之监视信号( 运转中) m 5 e n 52n e 矗耋8 第二章控制系统硬件设计 c n 53n cm 9 4n cm 1 0 5af e 输出至电脑之监视信号( 探纬)m 1 6ac c 输出至电脑之监视信号( 废边丝)m 2 7 al e 输出至电脑之监视信号( 边丝)m 3 8n cm 4 9a输出至电脑之监视信号共通点m 0 10n cm 0 1 la输出至电脑之监视信号( 正转时序：端)m 6 l2c n d m 7 13a输出至电脑之监视信号( 定码停机)m c 1 4a0 v0 v l5ao v0 v 1 6a1 2 v1 2 v 1a 储纬器异常信号输入 2共通点( c o m ) 3a储纬器：+ 端 4a储纬器：一端 5a 变频器( i n v e r t e r ) 异常信号输入 c n 6 6共通点( c o m ) 7a变频器启动：+ 端 8a变频器启动：端 91 2 v1 2 v 100 vo v 1 b运转预备( 风机马达) 输出s a 2b 正转输出 s f 3b逆转输出s r 4 未使用 5 未使用 c n 7 主电机、刹车器过热输入( n c 接点，常用接 6b1 0 4 点) 7b 鼓风机马达过热输入( n c 接点) 1 0 7 8控制电源输入0 1 0 v a c1 0 a 2 0 第二章控制系统硬件设计 9 控制电源输入0 18 v a c 18 a 1o b 运转输出s d 1 lby 运转输出s s 1 2 输出共通点( a c1 0 0 v ) r 1 0 0 c n 713 未使用 1 4b 启动信号输入( m s d 输入，n c 接点) d t 15 输入共通点( 0 v )1 0 0 1 6 控制电源输入0 1 0 v a c1 0 b 17 控制电源输入0 1 8 v a cl8 b 1a 定码停机信号输入m c 2a 前废丝处理信号输入s c f 3a 后废丝处理信号输入 s c r 4 a 左边丝信号输入 s n l 5a 右边丝信号输入s n r 6a 张力过大信号输入废边丝信号输入 0 t c n 8 7 a 定位停机预备输入 s p l 8a 紧急停机预备输入 s p 2 9 输入共通点( 0 v ) 0 v 1 0 输入共通点( 0 v ) 0 v 1 1 1 2 v1 2 v 1 2 1 2 v 1 2 v 1 探纬回路信号输入 f 2 探纬回路 g 3 接近开关电源1 2 v 1 2 v t b l 4c r t 逆转时序接近开关信号输入 r t 5c f t 正转时序接近开关信号输入 f t 6 接近开关输入共通点 0 v l低压刹车电源0 1 8 v a cb 1 8 2 低压刹车电源0 18 v a c b l 3 高压刹车电源0 - 8 0 v a c b 8 0 c n b 4 高压刹车电源o 一8 0 v a c s 1 0 0 5 低压刹车输出 b l 6 高压刹车输出 b 第二章控制系统硬件设计 c n b7 刹车输出共通点 b o t b 21 探纬高压输出 h v t b 22 未使用 t b 23 探纬回路s g0 g 2 2 1 3参数设置单元 喷水织机的运行参数分为两大类。一类是开关量参数，通过钮子 开关；另一类是连续参数，由电位器进行设置，然后通过c p u 的模数 转换器采样。 一、故障传感器信号禁止设置 如表2 3 设定，在o n 位置时，控制系统不响应来自传感器的停机 信号，故障停机被禁止。 设定：一o n - - o f f 表2 3 故障传感器信号禁止设置： s w 2s w 3s w 4s 5s 百6停机信号 探纬 左右绞边 废边 定码停机 探纬漏电 正转时序故障 超启动异常 张力( 0 t ) 过大 紧急停机输入( s p 2 ) 定位停机输入( s p l ) 主马达、刹车器过热 送风马达过热 储纬器报警故障 变频器报警故障 第二章控制系统硬件设计 s w 设定为时，停机信号有效。( 运转状态时使用) s w 设定为时，停机信号无效。( 织机调整时使用) 开关的设定可根据实际需要进行。 二、自动寸动设定( s w 7 ) 1 自动寸动功能设定 表2 - 4 自动寸动功能设定： s w 71 内容 o f f 无自动寸动功能 o n 有自动寸动功能 2 自动寸动时间设定 表2 - 5 自动寸动时间设定 s w 7 _ 2内容 o f f3 5 0 m s e c o n2 0 0 m s e e 三、探纬停机信号无效次数设定 1 启动时探纬停机信号无效次数设定 表2 6 启动时探纬停机信号无效次数设定： s w l ls w l 0 内容 启动时，一次无效 启动时，二次无效 启动时，三次无效 启动时，四次无效 2 运转中探纬停机信号无效连续次数设定 表2 7 运转中探纬停机信号无效连续次数设定： s w l 3 s w l 2 内容 运转时，一次无效 运转时，二次无效 运转时，三次无效 运转时，四次无效 四、星三角转换时间设定 第二鬻控剩系统秘搏设计 袭2 - 8 星一三角转换时闯设定： s 鞲i 5s 鬻l 建 内霉 一￥不癌动 溉转对痔二次变羲 磁转时序三次变换 暖转对痔鼹次交换 纛、逆翔蒯事时阉浚定 袭2 - 9 逆向刹车时间设嫩； s 嚣1 7s 箨1 6 内容 圭毫掇笼逆痞囊牵动棒 x 1 0 0 m s e e 15 0 m s e c 2 0 0 m s e c 六、纬丝搬示灯闪烁设定 褒2 - 1 0 终丝搔藜| 怼闲燧浚定； lo f f 缫壤邋转串蘸彀斑 鼋亮 | 。n 缓枫运转中蘸惑帮不闪亮，毽释擞 璇熬藏常 七、赢惩姣搽纬器设定s w 。1s w 。8 s 驿一l ：放大魄鼹港蓥诞警。 l o w ；一般纱谴爨。 h i g h ：强撩纱使鼹。 s w - 8 ；搽纬势极纬丝锭爨设定。( 设滗莲蓬爵9 ) l e d 2 9 掰袭示弱终纱捷鬟大鼍：s w - 8 菠浚定鹣蘧辩，搽纬箨 橇信蟹产生，发生搽纬停撬。 爻、窜裂瞧踌裁士穗位器 v r l ：高压式探端纬纱信号感度调熬。 v r 2 ：鸯f t 怒至利率韵作的延溅耩雩涟设定漏蘩，调整范匿： 第二章控制系统硬件设计 1 1 0 0 m s e c ( 1 m s e c 为单位) 。 v r 3 ：自动寸动功能，反时钟方向最小时，无自动寸动功能；顺 时针方向调节，自动寸动量增加( o n 时间延长) 。调整范围： 5 0 一2 0 0 m s e c ( 1 m s e c 为单位) 。 2 2 1 4 四色指示灯电路： 在喷水织机的横梁上，安装了红、兰、橙和绿四色指示灯。指示 灯的不问颜色组合代表了织机不同的工作状态或故障信息，以方便档 车工操作和维修工检修。指示灯的显示说明见下表。 表2 1 1 四色指示灯定义： 四色灯柱 内容 输入信号停止位置再启动 红 蓝 橙绿 电源o n ，停止中无o 不确定 可 探纬停车无纬丝输入o o 定位刹车 可 左右绞边丝l e n ol r o o 定位刹车 可 废边丝 c a t c hc o r df r oa 定位刹车 可 定长停车m co o定位刹车 可 探纬指漏电探纬回路o a 定位刹车 可 手动停车 s t o po 定位刹车 可 正传故障f t 输入异常a 紧急停车不可 启动异常 r u s h s t a r t a 紧急停车 不可 超张力 o v e r t e n s i o n d 紧急停车 不可 其它异常内部异常a 紧急停车不可 主马达过载o lb 接点a 紧急停车不可 吸马达过载 o lb 接点a 紧急停车不可 紧急停机预备输入s p 2n 紧急停车 不可 定位停机预备输入 s p lo 定位停车 可 运转中缝纬漏电状 探纬回路 o 态s w 6o n 运转中定码停机状 态s w 一4o n m c ao 正常运转中探纬信号 口 x 第二章控制系统硬件设计 四色指示灯由日本东芝公司生产的t d 6 2 0 6 4 a f 四通道大电流大林 顿驱动电路驱动。为了避免限流保护电阻在指示灯短路时保护驱动器， 而旁路电路使指示灯处于预热状态，避免指示灯在闪烁状态。 图2 - 6指示灯驱动单元电路原理图 t d 6 2 0 6 4 a f 的主要电参数如下表2 1 2 所示。 表2 一1 2t d 6 2 0 6 4 a f 的主要电参数： 参数符号测试条件最小值标准值最大值单位 03 5 允许输出 p f v c e m v 电压a p a f0 5 0 d c l 回路，t a = 2 5 。c 01 2 5 0 p ，a p l - = 2 5 。c d i l t y = 1 0 9 6o1 2 5 0 输出电流 ( 记录1 ) i - m 4 条回路 d u t y = 5 0 9 6 0 3 9 0l l l a o h f a ft j = 1 2 0 。cd u t y = 1 0 09 0 7 ( 记录2 ) t a = 8 5 0 c d u t y = 5 0 9 6 01 7 2 v - 入 08v 输入电压 ( 输出开)v 讲)i - m = 1 2 5 a 2 58 v ( 输出关)v ( * ) 0 o 4 v 输入电流i 02 0m a 加强二极管 p f v r 蕊6 2 0 6 螗| 噼终| 搔 03 5 v 反向电压 a p ，a f 05 0