（机械电子工程专业论文）基于windows+ce的毛巾织机电子送经卷取控制系统.pdf

浙江理1 二大学硕十学位论文 摘要 随着生活水平的提高和环境的不断改善，人们对毛巾的需求同益增多。国内毛巾织 机技术水平相对较低，织造过程中易出现毛圈不平整、反毛、毛粒等问题，主要以生产 低档毛巾为主，产品利润空间小，与国外同行业的竞争中始终处于劣势地位。现有研究 表明，毛巾织机电子送经卷取系统性能的改进对于提高毛巾织机的性能至关重要。因此， 为提高国内毛巾织机的性能，缩小与国外织机技术的差距，需要开展毛巾织机电子送经 卷取系统的研究。 本文在分析国内外先进的电子送经卷取系统的基础上，结合毛巾织机的特点，研究 毛巾织机电子送经卷取的特殊功能、工作原理、送经和卷取之间的同步关系等；根据毛 巾织物的起毛原理，确定毛巾织机两个经轴不同的经纱张力采集方案：根据毛巾织物三 种织物组织之间的关系，确定变纬密控制的方案，选择系统控制开车痕的补偿方式，确 定经纱张力控制策略；总结系统控制所需的参数。 在比较了国内常见的电子送经卷取控制方案后，针对毛巾织机的特殊要求，选择三 星公司的s 3 c 2 4 1 0 作为核心c p u ，选用开发环境全面的w i n d o w sc e 嵌入式操作系统， 并采用核心板加底板的系统构架实现毛巾织机电子送经卷取控制系统的设计。核心板采 用立宇泰公司的a r m s y s 2 4 1 0 c o r e 核心板，底板则是针对核心板的各个功能模块的 电路的集合，包括u a r t 、a d 采集、p w m 脉冲输出、l c d 液晶显示、触摸屏、光电 编码器信号输入、输入输出信号等的电路。 建立了嵌入式w i n d o w sc e 的开发环境，移植了嵌入式w i n d o w sc e 内核。为了能 在w i m d o w s 下使用e m b e d d e dv i s u a lc + + 开发课题所需的应用程序，导出和安装了相对 应的s d k 。 嵌入式w i n d o w sc e 系统通过驱动程序实现对硬件的控制，本文第四章介绍了本文 中各功能模块的驱动程序的设计。人机界面和应用程序采用e m b e d d e dv i s u a lc + + 编写。 软硬件完成后在实验室进行了系统调试。 关键词：毛巾织机；送经卷取；嵌入式；w i n d o w sc e ；e m b e d d e dv i s u a lc + + 浙江理工大学硕：i ：学位论文 t h ec o n t r o ls y s t e mo fe l e c t r o n i cl e t - o f fa n de l e c t r o n i ct a k e u p o ft h et o w e ll o o mb a s e do nw i n d o w sc e a b s t r a c t w i t ht h ep r o g r e s so fl i v i n gs t a n d a r d sa n de n v i r o n m e n t , t h ed e m a n df o rt o w e lh a sb e c o m e m o r ea n dm o r eu r g e n t b e c a u s eo ft h el o wt e c h n o l o g yo f , t h ep r o b l e m ss u c ha sp i l el o o p r o u g h n e s s ，n e p sw o u l da p p e a rd u r i n gt h ep r o c e s so fw e a v i n g t h u s ，d o m e s t i ct o w e li n d u s t r yi s m a r k e db yp r o d u c i n gt o w e lw i t hp o o rq u a l i t yw i t hl i r l ep o t e n t i a lb e n e f i t a n di ti sa l s oa ta d i s a d v a n t a g e i nt h e h o r i z o n t a lc o m p e t i t i o na b r o a d n o wt h er e s e a r c hs h o w st h a tt h e i m p r o v e m e n to ft h es y s t e mp e r f o r m a n c eo ne l e c t r o n i cl e t - o f fa n dt a k e u pi sc r u c i a lt ot h e e n h a n c e m e n to ft o w e ll o o m t h e r e f o r e ，i no r d e rt on a r r o wt h eg a pb e t w e e nd o m e s t i ca n d f o r e i g nt e c h n o l o g y , i ti sn e c e s s a r yt od om o r er e s e a r c ho nt h es y s t e mo 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 pa n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so f t o w e ll o o m b a s e do nt h ea n a l y s i so fa d v a n c e ds y s t e mo fe l e c t r o n i cl e t - o f fa n de l e c t r o n i ct a k e u pa n d t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft o w e ll o o m ，t h es p e c i a lf u n c t i o n st h ew o r k i n gp r i n c i p l eo ft h es y s t e mo f e l e c t r o n i cl e t - o f fa n de l e c t r o n i ct a k e u po ft o w e ll o o ma sw e l la st h es y n c h r o n o u sr e l a t i o n s o fl e t - o f fa n dt a k e - u pa r ea n a l y z e di nt h et h e s i s a c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo ff l u f f , t h es c h e m e o ft e n s i o nc o l l e c t i o no nt w od i f f e r e n tw a r pb e a mi sd e t e r m i n e d a c c o r d i n gt ot h er e l a t i o n s h i p a m o n gt h et h r e ek i n d so fw e a v ef a b r i c ，t h em e t h o do ft h ec h a n g eo ff a b r i cd e n s i t y , t h ew a yo f s t a r tm a r kc o m p e n s a t i o na n dt h ec o n t r o ls t r a t e g yo fw a r pt e n s i o na r ed e t e r m i n e d t h e n e c e s s a r yp a r a m e t e r so ft h ec o n t r o ls y s t e ma r es u m m a r i z e d i nt h i sp a p e rv i aa n a l y z i n gs e v e r a ld o m e s t i cd e s i g no fe l e c t r o n i cl e t - o f fa n de l e c t r o n i c t a k e u p ，t h et h e s i sc h o o s e ss a m s u n gc o r p o r a t i o n ss 3 c 2 410a sc o r ec p u ，s e l e c tw i n d o w sc e a st h ee m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m t h ec o n t r o ls y s t e mf r a m e w o r ki sc o r eb o a r da d d i n gt h e m o t h e rb o a r d t h ec o r eb o a r du s e sl i y u t a i ss 3 c 2 410 ，t h em o t h e rb o a r di sm a d eo ft h ec o r e b o a r df u n c t i o n s ，i n c l u d i n gu a r t , a d ，p w m ，l c dl i q u i dc r y s t a ld i s p l a y , t o u c hs c r e e n ， o p t i c a l e l e c t r i c a le n c o d e rs i g n a l ，i n p u to ro u t p u ts i g n a l ，e t c e s t a b l i s he m b e d d e dw i n d o w sc ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t t r a n s p l a n te m b e d d e d w i n d o w sc ek e r n e l i no r d e rt ow r i t et h ea p p l i c a t i o ni nt h ee n v i r o n m e n to fw i n d o w s 、撕t l l e m b e d d e dv i s u a lc + + ，i n s t a l lt h es d kw h i c hi sr e l a t e d 谢mw i n d o w sc ek e r n e l h 浙江理工大学硕士学位论文 t h ee m b e d d e dw i n d o w sc eo p e r a t i n gs y s t e mi m p l e m e n t st h ec o n t r o lo ft h eh a r d w a r e w i t hd e v i c ed r i v e r t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e v i c ed r i v e ri nt h ef i f t hc h a p t e r h u m a n e r i n t e r f a c ea n d a p p l i c a t i o np r o g r a ma r ed e s i g n e db yu s i n ge m b e d d e dv i s u a lc + + ，n l es y s t e md e b u g g i n gi sc a r r i e do u ti nt h el a b o r a t o r ya f t e rt h ea c c o m p l i s h m e n to f s o f t w a r ea n dh a r d w a r e k e y w o r d s ：t o w e ll o o m ；e l e c t r o n i cl e t - o f fa n de l e c t r o n i ct a k e - u p ；e m b e d d e ds y s t e m ； w i n d o w sc e ：e m b e d d e dv i s u a lc + + i i i 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师 的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰 写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：磅广。 日期：胪1 年月似7 日 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在 不保密口 。 学位论文作者签名：虏， 日期：胪1 年月f 苦日 年解密后使用本版权书。 指导教师签名：船l 吼k 7 年 月7 矿日 浙江理t 大学硕= e 学位论文 1 1 引言 第一章绪论 毛巾是纺织品生产的一个特殊品种。毛巾织物，是以毛经经纱在其织物表面上形成 毛圈的织物。由于毛圈的高低不同，毛圈的分布差异，组织结构及加工处理变化，而具 有不同的外观和吸湿性。按照用途、结构、加工、原料、处理、织造等区分，有面巾、 枕巾、浴巾、方巾、毛巾被及其它毛巾织物。毛巾织物虽不是纺织品的主要品种，但与 人民的生活却密切相关。毛巾织物以其稠密而柔软的毛圈，良好的吸湿、隔热、耐磨等 性能以及外观花色鲜艳、新颖、美观，得到了人们的喜爱并获得了广泛的应用，全球每 年生产的毛巾织物达到了2 5 亿立方米左右。 而据调查，目前全国拥有毛巾织机约十万台，有梭织机约占总量的6 0 ，其中大部 分为1 5 11 b 型及其改造型，自动化水平不高，产品品种单一，生产效率低，资源消耗大， 所以只能织出中下等毛巾产品，不适应市场的需求。目前，国内毛巾行业使用的无梭毛 巾织机，大多是从有梭毛巾织机改造过来的普及型毛巾织机，其自身的缺点是转速慢、 自动化水平低、振动大、噪音高、更换织物复杂、劳动强度高。国内使用的高档毛巾剑 杆织机几乎都为进口。国外毛巾织机在高速、阔幅、自动化程度、品种适应性等方面具 有很大优势，但也大多存在着“硬件硬，软件软，技术难度大，服务和配件供应不及时， 甚至出现无法维修、停机停产”等弊端【l 。3 1 。 浙江是毛巾生产的主要大省，但目前也仅以生产低档毛巾品种为主，其主要问题是 织造中产生的毛圈不平整、反毛、毛粒等问题，不能满足出口的需要，而且利润很低。 而毛巾质量的提高则首先有待于装备的技术进步。由于毛巾织物的生产量相对其它纺织 品数量上要小得多，因此国内对装备的研究投入也不大，目前国内毛巾织机的技术水平 远比普通织机落后，而要提高毛巾产品的档次，则首先应该提高毛巾织机的技术水平。 1 2 论文背景与意义 毛巾织机要满足毛巾织造工艺要求，送经和卷取系统是关键部分，其性能与织物的 质量直接相关。毛巾织机的送经系统和一般的织机不一样，它有二个经轴，即地经和毛 经，地经形成织物基层而毛经则形成毛圈。地经张力控制与普通无梭织机的经纱张力控 制一样；而毛经有其特殊性，由于毛经在生产过程中经历三个不同的状态，形成三种差 异较大的组织，即起毛、平布、缎档，这三个组织的经纱张力、纬密都差异很大，因此 浙琏t 人学硕t 论j 它的控制与地经有着明显的区别”】。i 蚓内目前的织机大多采用机械式送经机构，利用机 构达到不同的送经要求，冈此经纱张力调整小匀，容易产生送经疵点。国外先进的毛巾 织机都采用电子送经和屯子卷取控制系统，以保证织机在正常工作的条件下毛圈平整， 从而解决变组织缎档织造过程h 现的反毛和毛粒现象。我国目前也已经有企业开始进行 毛巾织机送经和卷取机构的电子化改造，但仍然处于初级水甲，和困外同类产品差距明 显；加f ：国外电送电卷控制系统都采取技术保密措施，尤其是核心软件部分均以 k n o w h o w 形式存在，我们在引进国外织机的同时无法对其进行消化吸收。此外，国外 虽有厂商单独提供电子送经，卷取控制系统但其价格昂贵，并且兼容性较差造成产品 的生产成本居高不下。因此，有必要进行自主，f 发研究具有自主知识产权的、通用的、 开放式的毛巾织机电子送经卷取控制系统，从而使国内毛巾织机制造商能够摆脱国外织 机生产商在高档织机领域内的技术垄断，同时也能够进一步降低企业的织造成本，提高 织机产品的竞争力。 1 3 固内外研究现状与发展趋势 山于毛巾织机在纺织装备p 不是一个主流装备，因此研究的人员比较少，公开的研 究成果 l 道更加少见。在榆索中未发现关于毛巾织机送经机构的研究资料，但有一些产 品样本，如德困阿格纯( e r g o t r o n ) 公司专为毛巾织机配套的电子送经机构如同1 1 所示， 其控制方式已经从交流变频技术发展到了交流伺服控制等，国内杭州纺织机械厂曾开发 过此类产品，但束见应用报道1 5 j 。 送经 圈i i 德国阿格纯电子送经，眷取系统 2 卷取 浙江理工大学硕上学位论文 相关的普通织机电子送经卷取装置，则可以找到一些相关文献。目前国内外针对一 般无梭织机电子送经卷取系统的学术研究主要集中在控制算法上，比如送经机构的经线 张力控制系统和控制算法，防止出现稀密路等缺陷和实现变纬密织造等，或者在织造过 程的参数识别、新型的张力检测装置即传感器等方面。在张力控制方法上，目前多数情 况下还是采用p i d 控制算法，因为p i d 算法成熟，而且需要调节的参数比较少，适合进 行现场调试。控制系统的核心主要在于在规定的送经量要求( 一定的纬密) 下，保持经 纱张力在工艺设定值周围，并克服由于停车，断经故障或者手动工作所造成的成品织物 的稀密路等缺陷。在控制系统设计中，目前主要还是采用p l c 作为控制硬件，以步进电 机作为驱动装置，此外单片机技术，d s p 技术等也在一些产品中得到了应用。在国外一 些高档织机上，已经采用了嵌入式系统和总线技术，并提供了丰富的网络接口，能够和 企业的局域网以及互联网进行数据和信息的交换，并且电机也往往采用交流伺服电机来 提高控制效果【6 】。 从近几届中国国际纺织机械博览会展出的情况来看，世界各国研制生产的各类织机， 不仅在结构性能方面有很大改进，而且在人机界面设计包括形态、色彩、材质、肌理等 方面也都形成了各自的特点。随着市场经济的发展和科学技术的突飞猛进，在完成基本 功能和内在质量基本稳定的情况下，造型美观、色彩舒适、操作方便宜人的商品能在市 场竞争中处于有利地位。我国虽然在设计上有所借鉴，但还没有系统地考虑这方面的问 题【7 ，引。 在一般无梭织机产品方面，国内与国外的差距是比较明显的。国外在电子送经卷取 系统设计方面比较著名的厂商有阿格纯( e r g o t r o n ) 和贝格拉( b e r g e rl a h r ) 等。以阿格 纯为例，目前已经从交流变频技术发展到了交流伺服控制，并在交流伺服控制器和控制 软件中拥有多个专利，其产品能够适用于片梭织机、剑杆织机和喷气织机。毛巾织机电 子送经卷取系统与一般无梭织机电子送经卷取系统有明显的区别：一般无梭织机电子 送经卷取系统只控制一个经轴的经纱张力，使之在织造中保持稳定，而且织物纬密也较 稳定( 即使要求变化，相差也不悬殊) ；而毛巾织机电子送经卷取系统要控制二个经轴： 地经经轴( 与普通织机的经轴相同) 和毛经经轴，而毛经在织造起毛、缎档、平布过程 中要求张力不一样，起毛时经纱张力要求小，而在织造缎档、平布时经纱张力要求大， 故要及时控制在三种组织转换瞬间的经纱张力和经纱送出量从小到大和从大到小的转 换；另外毛巾织物的纬密变化较大，起毛时一般在2 0 纬1 0 m m 左右，而缎档时可达1 2 0 纬1 0 m m ，卷取系统必须满足以上纬密的变化要求。只有这样才能消除毛圈不均匀、反 3 浙江理工人学硕：l 二学位论文 毛和毛粒等现象。这些特殊要求给毛巾织机电子送经卷取系统的设计带来一定的困难。 和其它纺织机械一样，毛巾织机的发展方向是高速化和灵活化相结合。高速化是为 了提高生产效率而提出的要求，当然其速度会受到纺织原料特性，产品最终质量等因素 的限制，需要进行综合考虑，然而织机的速度越来越高却不容置疑是近年来的一个特点。 国外最快的喷气织机的入纬率已经达到了2 0 0 2 米分钟( 3 8 米幅宽) ；喷水织机的入纬 率已经达到了2 7 2 0 米分钟；剑杆织机的入纬率已经到了1 5 5 0 米分钟( 3 6 米幅宽) 。 灵活化则主要包括快速品种切换，自动改变模式，和变毛高变纬密织造。其中变纬密织 造主要是通过控制送经机构和卷取机构而实现的，变纬密织造能够让织物呈现出不同层 次的色彩变幻，因此成为许多高档织机的必备功能。变毛高织造除了与起毛装置有关外， 还依赖于送经系统控制的毛纱送经量来保证毛圈的高度，使织物毛圈平整，无反毛和毛 粒现象。因此电子送经和电子卷取装置对于提高织机的档次和织造水平而言至关重要， 而且还要面临织机高速化的挑战，故需要进行专门的研究。 1 4 论文主要研究内容 本文将研制一套用于和毛巾织机相配套的电子送经和电子卷取控制系统，该系统采 用开放式接口以及模块化设计，解决在起毛、平布、缎档三种组织的张力控制和送经量 控制，以解决织造过程中容易出现的毛圈不均匀、反毛和涌毛等现象以及停车档，稀密 路等问题，同时该装置将配以良好的人机界面和丰富的参数设置功能，提供起毛纬密、 缎档纬密、平布纬密等多种纬密的在线设置和变纬密织造等功能。 一般织机电子送经卷取系统只控制一个经轴的经纱张力，而毛巾织机电子送经和卷 取系统要控制两个经轴：地经经轴( 与普通织机的经轴相同) 和毛经经轴。一般织机的 经纱张力在织造过程中要求恒张力控制，而毛巾织物有起毛、缎档、平布三个过程且要 求张力不一样，起毛时经纱张力要求小，在织缎档、平布时经纱张力要求大，所以需要 进行以下研究。 1 ) 毛巾织机电子送经卷取原理及其经纱张力特点 毛巾织机有别于普通织机的是它有两个经轴，它的电子送经卷取系统不同于普通织 机。论文分析了毛巾织机的工艺特点与送经卷取原理，并把两者相结合，研究两者之间 的关系对毛巾织机送经卷取控制系统的影响。对经纱的恒张力控制是送经卷取控制的 重点，论文研究了经纱张力的影响因素。 2 ) 送经卷取控制策略 正确的经纱张力采集是送经控制的前提，论文设计两经轴经纱张力的采集方案。论 4 浙江理工大学硕上学位论文 文研究了电子送经的控制策略，得出在织机正常织造和非正常织造时期的经纱张力控制 方法。对电子卷取的控制研究，论文主要研究了毛巾织机的变纬密控制功能。文章还为 控制系统的设计方案总结张力采集及系统控制过程中的参数。 3 ) 标准化软硬件平台设计 为了更好的降低成本，并提高系统的开放型和灵活性，需要设计通用性强的硬件平 台。因此，利用a r m 构建嵌入式毛巾织机电子送经倦取控制系统的硬件平台；在a r m 平台上移植w i n d o w sc e 操作系统，构建毛巾织机电子送经卷取控制系统的软件平台； 结合毛巾织机的工艺原理与工艺流程，编写控制系统的驱动程序和应用程序，达到控制 张力的目的。 5 浙江理工大学硕上学位论文 2 1 织机及其五大运动 第二章毛巾织机送经卷取原理 织造工程的目的即是把准备工程中制备的一定质量和适当卷装形式的经、纬纱( 织 轴、管状纬纱) 交织成符合设计要求的质量合格的织物。织造的全部工艺过程是在织机 上完成的，在此过程中，恒定的经纱张力和精确的织物纬密是形成优质产品的保证。随 着织布生产技术的发展，织机的实现方式有了很大的变革，但是织造的基本原理始终没 变。一台织机由开口机构、引纬机构、打纬机构、送经机构和卷取机构组成。这五个核 心组成部分的运动就组成了一台织机的五大运动：开口、引纬、打纬、送经和卷取【9 j 。 普通织机的结构图如图2 1 所示。 2 1 1 开口运动 图2 1 普通织机结构图 匹 开口运动的目的是使穿入综眼的经纱上下分开，形成梭口，以供纬纱引入。 为了使经纬纱在织机上交织成为织物，必须把经纱按照一定的穿法穿入综丝眼中， 然后使综框按照织物组织所要求的规律分别作上、下运动，使绞杆到织口之间的经纱分 成上下两层，形成一个允许纬纱引入的空间。这个由分开的经纱包围而成的空间叫梭口。 形成供纬纱引入的梭口的运动叫开口运动。 开口运动在工艺过程中，将影响到经纱在开口时所受到的张力、摩擦，这会影响到 经纱的断头率。开口与打纬运动的配合和经纱的位置线，决定织物形成时经纬纱间的相 6 浙江理工大学硕士学位论文 互作用，会影响到织物形成过程及织物的内在质量、外观和风格等。所以开口运动对织 物质量和生产率关系很大。 2 1 2 引纬运动 织机上由开口机构形成梭口之后，以梭子等载纬器或喷射流体将纬纱引入梭口的运 动叫引纬运动。 引纬运动是织造生产中提高出产量、减少消耗的关键问题。 2 1 3 打纬运动 在织机上由飞行的梭子或其他引纬方法把纬纱引入梭口之后，由筘把引入的纬纱推 向织口，使与经纱交织，形成符合设计要求的织物，即是打纬运动。 在打纬过程中经纱上机张力、后梁高度、开口时间等上机参数决定着经纬纱相互作 用的条件，对织物形成有决定性的影响。 2 1 4 卷取运动 在织机上随着织造工艺的进行，必须把织成的织物随时从织口引离，并卷绕到卷布 辊上，以保证织造生产总是在固定的位置上连续进行。将织物有规律的引离织口并卷到 卷布辊的运动成为卷取运动。 卷取运动的作用是将形成的织物引离织口，并卷绕成一定的卷装形式；确定织物的 纬密。 2 1 5 送经运动 在织造过程中，由于织物不断被引离织口，必须从织轴上放送出相应长度的经纱， 才能保证织造工艺的连续进行。在织机上送出经纱的运动叫送经运动。 送经运动要求保证从织轴上均匀地送出经纱，以适应交织的需要并经纱以符合工艺 要求的上机张力，在织造过程中保证经纱张力的稳定。 2 2 电子送经卷取系统的总结 在织造过程中保存经纱张力的恒定和对纬密的精确控制对保证织物质量有着至关重 要的影响。 7 浙江理工大学硕上学位论文 2 2 1 电子送经系统 电子送经系统是指控制器根据检测到的经纱张力值，结合织机的工艺，以一定的算 法，输出一定频率的脉冲信号控制经轴转速，使经轴送出一定速率的经纱，从而使得经 纱张力动态恒定。 电子送经系统按检测经纱张力的传感器的不同可分为接近开关式和应变片张力传感 器式两大类。送经运动前者是间歇的，后者是连续的。连续式送经避免了电机的频繁启 制动，并且可以根据张力信号的大小做无级调速，容易实现经纱张力稳定【l o 1 2 1 。 连续式电子送经机构由应变片式经纱张力信号采集系统、信号处理与控制系统和织 轴驱动装置三部分组成。在织造的过程中，通过张力传感器将经纱张力信号连续传给处 理器，由处理器计算并输出一定频率的脉冲控制送经电机的转动。通过传感器传到处理 器的张力信号与实际的经纱张力值成正比，通过控制，实际经纱张力被始终稳定在设定 的张力值。张力参数可通过处理器进行预调，在停机后重新启动时，经纱张力能够根据 设定值自动补偿，使张力能立即恢复到预调的张力值。通过处理器控制，可以方便地实 现与电子卷取机构同步协调，最大限度地避免开车痕，获得高质量的织物。 2 2 2 电子卷取系统 电子卷取系统主要包含卷取辊、控制电机和电子卷取控制器。电子卷取系统中的处 理器控制电机以驱动卷取机构。相对与送经而言，卷取的任务单一，设计和实现较为简 单盼1 4 1 。电子卷取机构有以下三个特点： 1 织物纬密可由键盘输入或自动设定，无需更换纬密齿轮，方便、准确。 2 织造过程中，纬密可根据需要任意调整，若事先按一定的设计意图输 入一组纬密指令，电子卷取机构将根据设定要求织造出相应变纬密的织物，增强织机品 种适应性。 3 电子卷取机构可实现无级调节卷取量，而且适用纬密范围大。 2 3 毛巾织机的特点及其对控制系统的影响 由上- d , 节分析可知，毛巾织机的电子送经控制和电子卷取控制都与毛巾织物的工 艺有关。本节对毛巾织物和毛巾织机的特点做了分析，为后续的毛巾织机送经卷取控制 提供前提。 8 新江理r 大学确i 学性论文 2 3 1 毛巾起毛原理 毛巾织物就是采用毛巾组织的起圈纺织品。毛圈借助于织物纽织及织机送经机构和 打纬机构的共同作用，形成毛圈。毛巾织物的基本织造方法有三纬起毛和四纬起毛两种。 起毛过程如图22i 纬取而毛巾组织彤成过程的纵截面图所示：当投入第一、第二两 般纬纱时打纬动程比较小，这时筘前进到离织n 若干距离处，并不与织口接触，而与 织口之间形成一条空档，这种打纬动程较小的打纬称短打纬。当投入第三根纬纱之后， 筘将这根纬纱一并推向织口，这时筘的打纬动程为全程这种打纬动程为全程的打纬 称长打纬。由于第一、第一根纬纱在张紧地经的同一梭口内，因此当筘推向第三根纬纱 时，能同时推动第一、第二两纬纱一齐向前，园为这时毛经已与第一、第二两纬交织， 第三纬带着与之相交织的毛经经纱_ 齐沿着张紧的地经向织口运动。这样毛经经纱在被 固定于底部的同时，又在织物表面形成毛圈。三纬起毛的织物实图如图2 3 所示。 i ( i 、l i 一地经纱a 、b 一毛经纱i 、2 、3 纬纱 崩2 2三纬般面毛巾组织形成过程的纵截面闰 图2 3 二纬起毛的织物实圈 个起毛周期内，张力受到不同打纬动程的影响下，变化幅度不同( 全程打纬时 张力变化最大) ，这会影响到控制系统的张力采集和处理。 m 汀理1 人学联i ：学怔论空 2 3 2 毛巾组织对控制系统的影响 毛巾织物的组织有平布、缎挡、起毛之分。者的区别如崮2 4 所示 闰2 平布、缎耥、起毛样本圈 其巾，平布和缎档两者的区别在于纬密不同，织造缎档期问，织物纬密特别大，因 此，控制系统需要有变纬密控制的功能：前两者与起毛的区别在于起毛时毛经经纱张力 值要远小于地经经纱张力值，这将影响到经纱张力的采集陋州。 2 3 3 毛巾纵物的毛嗣高度 毛巾纵物的毛圈高度由长短打纬相差的距离来决定，毛圈高度约等于长短打纬相| 辑 距离的一半。毛圈的高度决定了毛经经纱送出量对地经送出量的比例( 称为毛倍比) 。 因此，它是计算毛经经轴转速的主要参数之一。地经与毛经因上机张力差异很大，分别 绕在两个织轴上，地经的上机张力大，一般比毛经的上机张力大4 倍 j 右。不同品种对 毛倍比有不同的要求，如手帕为3 ：1 ，面巾和浴巾为4 ：1 ，枕巾和毛巾被为4 ：1 5 ：1 。 2 3 4 毛巾织机特点 由于毛1 1 j + t 物的特点，毛巾织机和普通织机的最大区别是毛巾织机多了。个经轴( 毛 经也称天经) 。由于是双经系统，其控制比一般织机的电控系统复杂，但毛巾织机的天 经相对来说义有一定的独立性和特殊性独立性在于它的控制部分j l 存在张力、纬密、 速度、起停的同步，特殊性在于在整个织机运行过程中存在个张力段、三个纬密这 1 0 柏n 目i 学璇i 学位论文 和地经( 普通织机的经轴) 有明显的区别畔】。毛f 1 】织机如同25 所示 酗2 5 毛巾织机 毛巾织机的送经和打纬机构与普通织机也有所不同。毛经织轴送经机构的送经量可 根据毛圈所需高度进行调节：地经织轴送经机构的送经量保持恒定。在通常情况下，地 经纱张力比毛经纱张力人，起毛经纱放出睦度比地经纱放出长度长。打纬机构巾的筘一 般装在活动筘座上，完成起毛圈的规律动作。 毛j f 】织机的总体示意框图如图z 6 所示。 浙江理t 大学硕：l 二学位论文 图2 6 毛巾织机总体示意框图 2 4 影响经纱张力的因素及消除张力影响的方法 织机织造过程中需要保证经纱张力的恒定。经纱张力在织造过程中受到各种因素影 响而不断变化，要实现对经纱张力的控制，需要对张力进行分析。以下分别分析经纱张 力的各类影响因素及消除这些影响的措施【1 蛇1 1 。 开口过程中，经纱会受到拉伸、弯曲、摩擦等作用。就拉伸而言，开口时，动态张 力与开口高度的平方成正比，而经纱由弯曲和摩擦受到的力不能确定。在织机的高速运 转过程中，开口过程对经纱张力的影响比较复杂，不同的织造周期内影响差别较大。在 无梭织机高速运转的条件下，这一扰动带来的是周期性的高频的张力波动，是张力波动 中高频分量 2 2 1 。 打纬运动是用梳型的钢筘把引入梭口的纬纱推至织口，织口是经纱和织物的分界口。 打纬过程中，经纱也会受到拉伸和摩擦。打纬时造成的经纱张力波动在钢筘到达前心时 刻达到最大值。同样，在织机的高速运转过程中，在不同的织造周期内这个最大值到达 1 2 1：ll：i：i：i；：i j1-l；_，iii，iii-，。j 浙江理工人学硕十学位论文 的时刻也是不确定的，而且最大值大小差别比较大。这也属于张力波动中的高频分量。 开口与打纬对经纱张力产生的影响由活动后梁的摆动补偿。如图2 1 所示，通常在织 轴与活动后梁之问装有一导辊( 亦称固定后梁) 。这种结构可以避免像机械式送经机构 在织造时因织轴直径变化所引起的经纱对活动后梁包围角的变化而引起的上机张力变 化。在开口和打纬的影响下，经纱张力发生变化，导致活动后梁位置的相应变化。由于 后梁系统自身的质量及绕支点摆动的转动惯量，它的运动与开口或打纬之间总是存在一 定的滞后现象。经纱的动态张力不仅取决于开口和打纬的作用，而且与后梁系统的频率 响应特性有关。与后梁系统固有频率相比，当开口或打纬运动频率足够小的时候，后梁 的摆动与开口或打纬运动之间的相位差很小，经纱将承受较小的动态张力；反之，当开 口或打纬的运动频率足够大时，经纱将承受较大的动态张力。在整个织造过程中，活动 后梁的位置在不断地变化，以补偿变化的经纱张力，达到均匀经纱量的目的。 送经运动在送出经纱的同时会使经纱的张力减小，卷取运动在将织物引离织口的同 时会使经纱张力增大。这属于张力波动中的低频分量。送经装置的经纱送出速率和卷取 装置的成布卷取速率需要达到一种动态平衡，才能保证织造过程中经纱张力动态恒定， 当这两者的平衡关系因为某种因素而遭到破坏时，经纱张力就会发生变化。维持这种平 衡关系主要在于送经量和卷取量的计算，如果考虑全面并且选择正确的算法，就可以使 织造过程中经纱张力在允许的范围内波动。在送经量和卷取量的计算中着重要考虑的是 织轴直径的减小、对实测张力和设定张力偏差的补偿算法等。 因此，为了保持经纱张力的恒定，对于张力的高频分量，可以利用活动后梁的摆动 对它进行平衡补偿；对于张力的低频分量，可以利用控制器控制送经电机，调节送经量 来进行张力补偿。 2 5 本章小结 本章首先分析了织造原理及织机的五大运动，然后总结了电子送经卷取系统的实现 方式及优点。毛巾织机和普通织机的区别在于毛巾织机有两个经轴需要分别进行控制， 它在织造过程中的三种组织的变换过程决定了变纬密控制在系统中的重要性。论文分析 了毛巾织机的工艺特点与送经卷取系统控制之间的关系及织机五大运动对经纱张力的 影响，为控制器的分析与设计提供依据。 1 3 浙江理t 大学硕学位论立 第三章毛巾织机送经卷取控制策略 3 , 1 经纱张力的采集肇略 在电子送经卷取控制系统中，经纱张山检测部分是非常重要的环节，它直接影响到 控制的精度和灵敏度。经纱张力检测部分包台张力传感器的选择、张力传感器的安装位 置、张力采样点的位置选择、张力值的抗干扰处理。 3 1 1 张力传感器的选择与安装 毛巾织机有一个毛经经轴和一个地经经轴，在织造的过程中，还有平布、起毛、缎 档之分。对于小同的组织工艺，毛经经纱的张力值和地经经纱的张力值是不同的，但在 整个织造过程中，毛经经纱的张力值都，j 、于地经经纱的张力值。在传感器的量程选择时， 合适地经张力测量的传感器也适用于毛经张力的测量。本文中，毛经和地经测量用的传 感器选择同型号。 在选择传感器量程时，先测量单根经纱的张力，然后根据织机纵造的经纱总根数， 算出经轴上的总经纱张力。本系统采用的是s 型张力传感器l c l 2 0 5 如图3 1 所示。 詹遴巍懑i 1 圈3 1 张力传甚器实物圈 经纱张力信号通过它转换为电压信号( 此时电压比较小，为毫伏级) ，信号经过放 大器放大后，传送到a r v l ；1 5 j r 的a d 转换口。此传感器的参数如下： 额定量程 5 0 0 k g f 额定输出2 m v v _ 【- 05 最大安全负载 一 额定量程的2 0 0 推荐激励电压 1 2 v 温度补偿范围一1 0 + 6 0 浙江理工大学硕上学位论文 绝缘电阻一在d c 5 0 c 情况下大于5 0 0 0 m f ! 国内外新型剑杆织机所配备的电子送经电子卷取装置大多采用后梁运动信号控制输 入信号，这些信号的检测成本低，灵敏度较高，安装调节方便，可以反映经纱张力的变 化情况。本文采用的传感器安装位置是在活动后梁上。 3 1 2 “s ”型张力传感器的工作原理 “s ”型张力传感器中的电阻应变片被连接成惠斯登全桥电路，如图3 2 所示。当有 外力f 作用于传感器时，传感器会产生电信号输出，且输出的电信号大小与外力f 的大 小成正比。 图3 2 “s 型张力传感器电路原理图 3 1 3 地经经纱张力采集策略与抗干扰处理 通过查询其他论文资料，总结有以下几种张力采集方法：在织机主轴回转一周的范 围内每隔相同的角度间隔( 3 6 0 1 2 ) o 采集1 次张力值，共采集1 2 个点的张力值，然后使用 这1 2 个张力值的平均值代表此周期内的经纱张力值；在主轴每回转一周的范围内平均采 集8 点，用这8 个的张力值的平均值代表此周期内的经纱张力值1 1 3 1 。由于打纬和开v i 在 不同周期内对张力的影响差别比较大，使用以上两种方法所计算出的张力值虽然能在一 定程度上避开打纬和开口的影响，但是随机误差还比较大。这些方法在本文中不适合。 地经经纱的张力图如图3 3 所示： 1 5 浙江理工大学硕士学位论文 7 0 0 6 0 0 ，t 、a f t 5 0 0 r4 0 0 尝3 0 0 n 划2 0 0 1 0 0 0 1471o1316192 22 52 83 13 4 采样点 图3 3 经纱张力曲线 织机当前的状态，可以用织机主轴的转角来表示，打纬和开口等都对应着一定的转 角。图3 3 中所示： 曲线a b 为织机打纬阶段，此时钢扣向织口出移动，经纱张力在很短急剧增加。 曲线b c 为打纬结束阶段，钢扣向回移动，经纱张力突然下降； 曲线c d 为织机开口阶段，经纱上下分开，形成梭口，张力增加； 曲线d e 为棕框静止阶段，经纱张力只略有波动； 曲线e f 为梭口闭合阶段，经纱张力逐渐减少。 由图3 3 可得，在一个织造周期内，棕框静止阶段张力最平稳，而其余四个阶段张力 变化较急，并且张力呈不规则上升或下降；不同织造周期对比，只有在棕框静止阶段张 力是相近的。 结合图3 3 经纱张力波形和张力影晌因素的分析可得，在综平时刻，打纬过程已经完 毕，并且开口已经到了最小的位置，因此，这时打纬和开口运动对经纱张力的影响最小， 经纱张力的随机误差最小，这时的经纱张力是最稳定的。控制综平时刻经纱张力恒定， 能消除经纱张力影响因素中的低频部分。在本文中，采取控制综平时刻经纱张力的方法。 毛巾织机的车速不超过6 0 0 r m i n ，国产的毛巾织机车速不超过2 0 0 r r a i n ，即织机主 轴每转一个周期的时间是超出l o o m s 的。织机的综平位置在主轴转到3 2 0 0 的时刻左右， 在综平位置的前和后1 5 0 的范围内，经纱张力值都是比较稳定的。可知在这8 m s 内采集 的张力值可以较为准确得反映这一周期内的棕平时刻经纱张力值。而本系统使用s 3 c 2 4 1 0 处理器，a d 转换器最大可以工作在2 5 m h z 时钟下( a d 转换器频率小于等于2 5 m h z ) ， 最大转换率能达到5 0 0 k s p s ，a d 采集时间相对于对于织机的一周期的时间非常短，能 1 6 浙江理丁人学硕十学位论文 满足系统在8 m s 内采集多次张力增加抗干扰性的需要。 本控制系统中，在综平时刻和前后1 5 0 内采集4 点地经经纱张力值，并采用算术平均 值法对采样信号进行数字滤波增加抗干扰性。 3 1 4 毛经经纱张力采集与抗干扰处理 毛经经纱的张力图如图3 4 所示： 8 0 0 7 0 0 o6 0 0 曼5 0 0 n h 4 0 0 裂3 0 0 谢2 0 0 lo o o 1471o13l6l92 22 52 8313 4 采样点 图3 4 毛经经纱张力曲线 在毛巾织机的织造过程中，由毛巾工艺的特点可知，在毛巾织机织造过程的一个起 毛周期内，不同织造周期的经纱张力也是不同的。起毛时，钢扣的打纬动程为全程打纬， 此时，经纱的张力波动范围最大；在第一纬的时间内，经纱张力还处于恢复状态，也不 稳定；相对而言，全程打纬的前一纬，经纱的张力波动范围最小。 因此，本文在一个起毛周期内对毛经经纱张力的采集在在全程打纬的前一纬织造周 期内进行的，并且在此周期内，采样时刻点的选择，毛经经纱和地经经纱是一样的，都 是选在经纱张力最平稳的综平时刻。 本控制系统中，在全程打纬的前一纬的综平时刻前后1 5 0 内采集4 点毛经经纱张力 值，并采用算术平均值法对采样信号进行数字滤波增加抗干扰性。 3 2 卷取控制策略 电子卷取是电子送经卷取控制系统的一个重要的功能，它将织机织成的织物连续地 卷走并对织物的纬密实施控制。织物的纬密是指织物十毫米内纬纱的根数。因此，当织 1 7 浙江理工大学硕十学位论文 机转速和设定的纬密不变时，卷取系统就应当以固定的速率卷走织物。 电子卷取系统采用连续卷取，它相当于一个精确的电子齿