（机械电子工程专业论文）plc和组态软件在织样机控制系统中的应用研究.pdf

日期：2 0 0 6 年3 月 东华大学学位论文原创性声明 l i i i tll ii tl 1 1 1 1 1 1 t tii i iiil y 1814 619 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：可多 日期： 】o o d 年；月2 1 日 、 东华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。本人授权东华大学可 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。 保密口，在l 年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名： 气袅 日期：力d 锌岁月，上日 指导教师签名： 印孙 日期：p 忉月i 钼 摘要 p l c 和组态软件在织样机控制系统中的应用研究 摘要 随着人们生活水平的不断提高，对服饰面料的要求也多种多样。 织样机作为织布试样的作用越来越被重视，随着市场的要求的和技术 的进步，需要更高一步技术的机电一体化的控制。 本文结合东华大学机电实验中心研发的多功能小型织样机，设计 以p l c 为下位机和组态软件为上位机的机电控制系统。文中结合织 样机机械结构的原理，以及外围元器件的特性，针对织样机的机电控 制系统做了应用性的研究。 本文首先论述织机的基本机构及主要织造参数，然后通过说明织 机五大运动及其时间配合的工作原理和相关技术参数，详细分析了本 课题开发的织样机基本机构和组成装置。 接着阐述了从织机的控制系统发展趋势以及现今的织样机的现 状及机电一体化特点，在此基础上选用了p l c 为下位机和组态软件 为上位机的机电控制系统。在下位机方面详细的阐述了以s i e m e n s 公 司的s 7 2 0 0 系列c p u 2 2 6 型号的p l c 为控制核心的硬件结构和各个 模块的特点，针对及s t e p 7 m i c r o w i n 编程软件的各个运动模块的 编程设计做了应用性的研究，对送经卷取的p i d 参数研究设计也做了 一番探讨。在上位机方面叙述了以力控公司的p c a u t 0 3 6 软件来组 堕堂型竖一一 塑里 。- _ _ - 一一 j hj 态各个显示监控画面。 此外，对执行元器件，旋转编码器的结构和工作原理以及程序设 置和电磁铁的工作特性也做了一番阐述，特别是对本控制系统重要执 行结构的电子多臂做了研究分析。 最后对上、下位机的通讯做了研究性的说明，特别针对下位机 s i e m e n s 公司的s 7 2 0 0 系列p l c 的p p i 协议设置做了一番阐述。 关键词：可编程控制器，上位机，织机，电子送经与卷取，电子 多臂 p r a c t i c a ls t u d yo np l ca n dt h e c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r ei nc o n t r o ls y s t e m o f t e s tl o o mm a c h i n e a bs t r a c t w i t ht h ep e o p l el i v i n gs t a n d a r di m p r o v e d ，t h en e e df o rt h ec l o t hi s v a r i e dw i d e l y w i t ht h em a r k e td e m a n d i n ga n dt e c h n o l o g ya d v a n c i n g ，t h e l o o m sm o d et h a tc o n s i d e r e da ss a m p l eo ft h el o o mi sg o r e nt h ea t t e n t i o n m o r ea n dm o r e ，a n dn e e dm o r ea d v a n c e dm e c h a t r o n i c sc o n t r 0 1 b a s e do nt h em u l t i f u n c t i o n a lm i n i a t u r et e s tl o o md e s i g n e d b y d o n g h u au n i v e r s i t y c e n t e ro fm e c h a t r o n i c l a b o r a t o r y , t h i sp a p e r d e s i g n e dm e c h a t r o n i cs y s t e mw i t ht h em o n i t o ra n dc o n t r o lm a c h i n eb a s e d o np l ca n dt h e c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r er e s p e c t i v e l y t h i sp a p e rd i d p r a c t i c a lr e s e a r c ho nm e c h a t r o n i cc o n t r o ls y s t e mb ya n a l y s ep r i n c i p l eo f m e c h a n i s ms t r u c t u r ea n dc h a r a c t e ro f c o m p o n e n t a i m e dw i t ht h eb a s i cc o n f i g u r a t i o na n dm a i nw e a v i n gp a r a m e t e r s ， t h i s p a p e r d e s c r i b e dt h e w o r k i n gp r i n c i p l e s a n dr e l a t e dt e c h n i c a l p a r a m e t e r so ft h ef i v em o v e m e n t sa n di t s a s s o r t e dt i m e ，a n dt h ep r e s e n t l o o m sm a i nc o n f i g u r a t i o na n dm a k e u pe q u i p m e n td e s i g n e db yt h i sp a p e r t h el o o mc o n t r o l s y s t e md e v e l o p m e n tt r e n d a n dt h e p r e s e n t - 1 1 1 m e c h a t r o n i ct r a i t sw e r ed i s c u s s e di nt h i sp a p e r u n d e ri t ，w eu s et h e p l cf o rc o n t r o lm a c h i n ea n dm o n i t o rm a c h i n eo nt h e c o n f i g u r a t i o n s o f t w a r e m o r e o v e r , t h eh a r d w a r ec o n f i g u r a t i o na n dc h a r a c t e ro fe v e r y m o d u l eo fs i e m e n sp l cs 7 2 0 0o nc o n t r o lm a c h i n ew e r ed e s c r i b e di n d e t a i l w ed i d p r a c t i c a l r e s e a r c ho nt h ee a c hm o d u l e o ft h e s t e p 7 - m i c r o w i n s o f t w a r e ，a n dp r o b e di n t op i dp a r a m e t e ro f e l e c t r o n i cl e to f fa n de l e c t r o n i ct a k e u pd e s i g n i na d d i t i o n ，t h e c o n f i g u r a t i o na n dp r i n c i p l eo ft h eo p e r a t i o n a l a p p a r a t u sp a r t a n ds w i t c h c o d e r ，p r o g r a md e s i g n i n ga n d e l e c t r o m a g n e t i s m w e r ea l s oi n c l u d e di nt h i s p a p e r , e s p e c i a l l y t h e e l e c t r o n i cd o b b yo ft h eo p e r a t i o no ft h ec o n t r o l l i n gs y s t e m f i n a l l y , w ee x p l m n e dt h ec o m m u n i c a t i o no ft h ec o n t r o lm a c h i n ea n d m o n i t o rm a c h i n e ，e s p e c i a l l yf o rt h ea g r e e m e n to fp p is e t u po fs i e m e n s p l cs 7 2 0 0 l u ob i n g ( m e c h a n i c a le l e c t r o n i ce n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yy a n gc h o n g c h a n g k e yw o r d s ：p l c ，m o n i t o rm a c h i n e ，l o o m ，e l e c t r o n i cl e t o f fa n d t a k e u p ，e l e c t r o n i cd o b b y 1 v 硕士学位论文 目录 目录 摘要。i a b s t r a c t i il 第一章绪论1 1 1 本课题研究概述1 1 1 1 试样织机开发的意义1 1 1 2 试样织机简介2 1 1 3 剑杆织机控制系统的特点2 1 1 4 综合比较5 1 2 织样机的发展综述5 1 3 本课题背景及意义6 1 4 本课题研究的主要内容7 第二章试样织机控制系统总体设计8 2 1 织机基本机构8 2 1 1 机织物的基本概念8 2 1 2 剑杆织机的工作原理8 2 1 3 综框运动角1 0 2 1 4 重要织造参数1 2 2 2 试样织机的主要组成1 3 2 3 可编程控制系统1 4 2 3 1 可编程电气控制系统的现状及发展1 4 2 3 2p l c 与其他控制系统的比较1 7 2 4 控制系统总体设计1 9 2 4 1 系统原理及功能1 9 2 4 2 硬件总体设计2 1 2 4 3 控制系统软件的总体开发2 2 2 4 4 总体电路原理图和辅助电路3 0 2 4 5 织样机的驱动性能3 1 硕士学位论文 目录 2 5 织样机控制系统中的主要硬件说明3 1 2 5 1 主轴编码器及软件编制3 2 2 5 2 电子多臂及电磁铁3 5 2 6 本章小结4 0 第三章s t e p 7 m i c r o w i n 的p l c 控制系统设计4 1 3 1p l c 模块的概述于选配4 1 3 1 1p l c 的中央处理器c p u 2 2 6 4 2 3 1 2 输出模块e m 2 2 2 4 2 3 1 3a d 扩展模块e m 2 31 4 2 3 2 织样机控制系统中的p l c 程序设计4 3 3 2 1 主程序设计4 3 3 2 2 选色选纬程序设计4 5 3 2 3 电子多臂程序设计流程4 7 3 2 4 电子送经卷取的程序设计及p i d 参数的调整4 7 3 2 5 电子送经卷取的p i d 参数的调整5 1 3 2 5 1 数字p id 控制算法5 1 3 2 5 2p i d 调节参数的确定5 3 3 3 本章小结5 5 第四章织样机显示界面的设计5 6 4 1 人机界面的分析5 6 4 1 1 人机界面设计的方法和步骤5 6 4 1 2 几种人机界面设计的技术5 7 4 2 系统主菜单5 9 4 3 电子多臂及电子选色画面6 1 4 4 电子送经和卷取画面6 2 4 5 本章小结6 3 第五章织样机控制系统的通讯6 4 5 1 上位机的通讯设置6 4 5 2p p i 协议概述6 4 生堂丝塞 旦墨 _ 。_ 。- - - _ _ - - _ _ _ - _ 。- _ _ _ - _ - - _ _ i - - _ _ _ i _ _ _ _ _ _ _ _ l _ _ _ _ _ - i _ - _ _ - _ _ l - - _ - _ - _ _ l _ - - - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - - 一 5 2 1 p p i 协议 5 2 2p p i 协议的p s 4 8 5 接口 5 2 3 配置p p i 通讯 5 3 本章小结 第六章总结和展望 6 1 总结 6 2 展望 参考文献 攻读硕士学位期间发表的论文 致谢 - v n 5 6 7 8 9 9 o 1 4 5 皓 盯 鹋 阳 ” 乃 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 本课题研究概述 第一章绪论 随着人们生活水平的不断提高，对服饰面料的要求也多种多样， 不但对面料的质量要求而且对织物风格及特色也有很大的要求。这些 都对开发面料的厂家提出了更高的要求：必须不断地推出各种各样的 织物风格的新面料，以满足人们对不同面料的多种需求；而且对市场 需求做出快速反应，要求快速的开发出新面料。以上各种原因，对能 开发一个快速试样的织机提出了一个很好的背景。 1 1 1 试样织机开发的意义 开发这样多功能试样织机在许多领域都有广泛的应用和前景：帮 助试样开发织物面料，织物化纤工艺的试验等等；同时可以促进自动 化和纺织机械学科之间交叉的研究，促进纺织机械的机电一体化；在 高校教学中，适用于化纤机械、纺织机械、机电一体化等专业的教学， 如可以通过试样织机织布过程，让学生了解织机的原理和织布过程， 其复杂的机械结构及设计适用于机械专业的学生学习机械原理和机械 设计等课程。 由此可以看出对试样织机的机电一体化技术要求相当高：要求其 织布效果必须与真实的布质地和风格几乎一致；能够很快地更换织布 的品种。 正是由于这样的市场要求，所以本课题的研究具有很强的市场意 义。 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 2 试样织机简介 在功能上和机构原理上，多功能试验织机基本与普通织机相似， 在某种程度上，可以说是“简化 的织机。同时，它的主要 用途是“试样，因此，它又具有自身的特点，这为多功能 试验织机的研究开发带来难度。 结合与普通织机比较，可以看出多功能试验织机结构具有如下特 点： ( 1 ) 对花色的选择较普通织机多，因此选纬机构和开口结构相对普 通织机而言要复杂。 ( 2 ) 多功能试验织机主要是为了做实验用的，因此，在运动时间 的安排上可以把织机的五大运动和一些辅助运动分离开，使各个运动 模块相对独立。这样可以大大简化织样机结构。 ( 3 ) 普通织机如果作为试样织机使用，则相比多功能织机而言，原 料准备多，周期长，品种更换慢，成本也较高。 ( 4 ) 由于试样织机操作人员往往不是专业的操作工，而是一些科研 人员，因此在可操作性方面较普通织机要求较高，对操作人员的要求 较低，人机界面比较丰富。 正是由于以上特点，在普通织机基础上，对多功能试验织机控制 系统的研究开发就提出了以下新的要求： ( 1 ) 实现特定的“试样 功能，完成多样选色。同时， 各大运动运行稳定。 ( 2 ) 自动化程度要高，操作方便。 ( 3 ) 具有良好的人机交互界面。 综合而言，多功能试验织机控制系统的研究开发具有许多很强的 研究性。 这次我们机电实验中心研发的小型织样机机械部分是以剑杆织机 为机械基础，所需要用的机械功能控制类似与剑杆织机，为此以剑杆织 机的电气控制系统为着手点来研发小型织机的控制系统。 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 3 剑杆织机控制系统的特点 近几年我国剑杆织机的发展速度很快，几大生产厂家都确定了有 自己特色的产品。自从我国加入w t o 以后，纺织业又迎来了一个发 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。目前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 0r m i n 左右。一台织机性能的好坏，除了机械部分，电 气控制水平是一个重要的标志。 剑杆织机的电气系统主要由控制部分和检测部分组成【4 ，目前国 产织机的情况主要反映在以下几个方面2 1 。 l 控制部分 控制部分有单片机控制和p l c 控制两种形式。这两种形式各有特 点，单片机控制成本较低，生产制造容易；缺点是稳定性、可靠性和 抗干扰能力较差，电子元件的质量无法保证，生产厂家和使用厂家维 护费用较高。p l c 控制系统的最大特点是可靠性和稳定性高、抗干扰 能力强。它的许多的功能是依靠软件技术来实现的，这样可减少外围 硬件的使用，从而减少了故障发生的几率，通常p l c 都具有5 l0 万 小时的正常运行寿命。由于目前国内尚无合适的p l c 产品，因此，市 场基本由国外厂家垄断，成本比单片机要高。但考虑它的可靠性和稳 定性较好，选用p l c 的厂家越来越多【39 1 。 2 检测部分 控制系统根据检测元件提供的信号对织机进行控制，因此检测元 件的作用至关重要。织机常用接近开关作为检测元件，接近开关在长 期高速运行中的可靠性是个重要问题，偶尔一次失误，就导致织物次 品的产生。解决这个问题的方法就是改用旋转光电编码器，它可将机 器运转的机械位置量化成角度，p l c 根据角度对织机进行控制。旋转 光电编码器是个光电器件，抗干扰能力强，可以在不同的环境中工作， 寿命在1o o 亿次以上。 硕士学位论文 第一章绪论 3 功能 p l c 不仅在可靠性和稳定性方面优于单片机控制，而且可实现的 功能也强于单片机，这些功能分为基本功能、辅助功能、管理功能。 基本功能 基本功能包括的是电子选色( 8 色、3 0 0 0 纬以上) ；断经、断纬、重 纬停车；自动寻纬( 6 种寻纬程式) ；故障停车灯光报警；位置设定 ( 正常停车位、故障停车位、探纬区设定) 。 辅助功能 1 中文显示界面，智能化的人机对话，能够显示织机在不同状况 下的各种参数。正常运行时，显示当前织机运行角度、运行速度、织 物序号、织物色号。停车时，显示停车原因、当前角度。 2 故障自诊断功能，分软、硬故障二类。软故障类：断经、断纬、 重纬；硬故障类：刹车失灵( 导致角度不准) 多臂机触点故障( 导致寻纬 不能完成) 离合器故障( 导致织机不能启动) 。上述故障，除界面中文显 示，还配以灯光报警。 3 系统测试功能( 非运行状态) ，可对点动、启动、正常停车、正反 寻纬、断经、断纬、重纬作检测，便于织机检修、维护、故障诊断。 4 安全保护功能。织机三分钟内无动作，选色器自动断电。按点 动或启动，选色器自动恢复供电。硬件设计应具有对制动而产生的电 弧( 火花) 吸收作用，消除火灾隐患。在各种运行状态下掉电数据保护， 复电后能继续掉电前的动作。 5 多样化的选色程序设定。p l c 电控系统的选色程序可以在控制 柜上利用人机界面进行单机设定。对于复杂的程序或多台织机的程序 设定，可采用专用的手提电脑( 如s i e m e n s m o b i c ) 进行。事先将所 需的程序在m o b i c 上编制、贮存，需要时可直接调用。也可通过网 络在p c 机上进行。 管理功能 1 系统内置四班次各自产量、生产效率的记录，断经、断纬、重 纬次数可随时查询。 硕士学位论文 第一章绪论 2 根据纬密度( 可设定) 设定落布长( 如1k m ) ，产量到设定值即停机， 更换长轴及重新设定继续生产。 3 在运行状态下可作加、减纬操作，便于对色【”。 网络化管理、控制 运用p p i 网，可以将所有的织机联网，用一台p c 机就可以监控 整个生产情况，读取生产数据。同时也可以向下转送指令，修改生产 工艺参数。挂接i n t e r n e t 网，可以对织机进行远程诊断。 1 1 4 综合比较 从国内纺机厂的生产状况分析，如江苏高淳、浙江泰坦、山西经 纬、无锡龙力等，除浙江泰坦在吸收原s m 9 3 线路板的功能上作少量 改动并集成为二块大型电路板以外，其它各厂家均采用以p l c 为核心 并配以旋转光电编码器为检测元件作为主要电控器件，既简化了硬件 设计，减少故障点，又提高了系统的可靠性和稳定性，得到用户肯定， 这表明该系统设计完全成熟，并代表了剑杆织机发展的方向。 1 2 织样机的发展综述 织样机的主要用途是“试样 ，因此，它又具有自身的 特点。早期的织样机是简易的手动机器或者在大剑杆织机上试用，上 述两种方法的效果都不是太好，简易的手动机器，所织的布和实际的 织机所织的布，效果差距比较明显，无法真正起到试样的作用。而使 用大织机织布，因为试样织布所需的布需要费用周期比较长，也无法 起到试样的作用。所以试制一台既能快速转换织布风格，也能保证织 布面料风格能一直的织机非常适合需要， 通过调研，国内的进口的试样织机主要是台湾硕奇公司生产 l s 7 9 0 0 试样织机，大陆只有隆达机电公司生产的a s l 2 0 0 0 系列试样 织机，他们都是采用气动开口，气动选纬，气动刚性剑杆打纬，气动 打纬，步进电机控制送经卷取，而在最新一届的纺机展上，硕奇公司 使用的是凸轮打纬机构。隆达机电公司生产的a s l 3 0 0 0 系列试样织机， s 硕士学位论文 第一章绪论 比原来功能上使用了模拟量的经纱张力控制代替原来的接近开关控制 经纱张力【3 】【4 1 。 1 3 本课题背景及意义 目前国外一些先进的大织机实现了电子送经与卷取，多臂开口用 得也较多，而且对于开口可以实现自动控制。对整台织机的经纱张力 控制得较好，织机总体运行平稳，而且在出现异常时可以自动断电或 其它保护装置。 通过研究国外先进的织机，对于本课题开发试样织机有很好的借 鉴作用。 通过详细的国内市场调研和技术调研，进口的试样织机主要是台 湾硕奇公司生产l s 7 9 0 0 试样织机，大陆只有天津工业大学生产的 a s l 2 0 0 0 系列试样织机，但其机构及控制基本上是仿照l s 7 9 0 0 ，也是 采用全气动的机构。他们共同的特点是i 气动选纬，最大织8 色；气 动刚性剑杆引纬；气动式打纬，可设定每纬的打纬次数；独立的步进 电机传动，积极式卷取，可实现变纬密卷取；独立的步进电机传动， 积极式送经，可实现变送经量送经；纬纱断头自停，筘座、剑杆到位 检测；上机筘幅为3 2 c m ，布边方式为绞边；织造速度为5 0 纬m i n 。 目前国外一些著名的织机公司并不研制试样织机，主要是由于市 场定位的原因。一般而言，发达国家制造的先进大织机大都价格昂贵， 而试样织机只是为了“试样”作用，并不是用于实际生产， 因此定价不可能太高。经过用户单位调查，如果试样织机售价超过3 万美元，许多中小型企业就难于承受。目前大陆研制试样织机的单位 只有天津工业大学及本校两个单位。 事实上，通过调查一家使用l s 7 9 0 0 单位了解到，l s 7 9 0 0 织机在 实际“试样过程中经常会出现以下问题： 采用全气动方式，实现的是“是非 控制，对一些运动 过程参数不可控制。例如采用气缸直接推动综框，使综框运动只有匀 速，而没有加减速，导致初始和闭合时开口张力过大。 硕士学位论文 第一章绪论 织速只有5 0 纬m i n ，车速慢；由于主要装置采用气缸作为推动装 置，提速困难；使用了一台空压机，噪声大。 电子送经与卷取无反馈装置，经常会出现很多由张力引起的工艺 问题，而且需要手动调节送经卷取张力，自动化程度不够高。 织出来的面料与真实面料相比差距较大，不真实；面料比较粗糙； 手感不丰满；织机故障率较高。 由于这样的市场需求和现有试样织机存在的问题，因此，开发一 台织速较高的、试样织物风格与大织机一致的试样织机具有较强的现 实意义和研究意义。 1 4 本课题研究的主要内容 根据试样织机的控制特点、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主要研究内容： 控制系统的研制： 1 ) 试样织机系统总体方案设计及选用； 2 ) 人机界面对比选型及软件编程； 3 ) 下位机p l c 的设计分析； 4 1p l c 控制系统设计； 5 ) 传感器设计和选型； 6 ) 强电部分设计； 7 ) 控制系统测试。 硕士学位论文 第二章试样织机控制系统总体设计 第二章试样织机控制系统总体设计 2 1 织机基本机构 2 1 1 机织物的基本概念 机织物是平行于织物边的经纱，和垂直于织物边横向排列的纬纱按 织物组织规律交织成的片状集合物【5 1 。图2 1 所示为机织物片段【6 】。 试样织机的生产对象为机织物。 二；三；芝互2 互 一 2 1 2 剑杆织机的工作原理 图2 - 1 机织物片段 剑杆织机的运行过程主要包括开口，引纬，打纬，送经和卷取五大运 动，它们之间互相协调配合【4 2 】，共同完成织物的织造。图2 2 为挠性剑 杆织上织物形成原理。 平行排列的经纱2 从织轴i 上退绕出来，绕过后梁3 ，经过绞杆4 ，穿 过停经片5 ，再通过综眼2 l 以及筘齿l9 之间的缝隙，然后到达织口l8 。 经过引纬和打纬运动，经纱与纬纱l 0 交织形成织物。最后，已形成的织 物l5 经过导辊l4 和卷取辊l7 ，卷绕到卷布辊l6 上。 经纬纱线在织机上进行交织形成织物的过程，是通过开口、送经、引 纬、打纬和卷取等运动而实现的。 硕士学位论文 第二章试样织机控制系统总体设计 l 鳃轴 蝴纱3 一后鬃4 一绞杆 孓_ 停经片框 7 一练绿8 一筘9 - j 蓉纬剑头i o 一纬i | 步 | l 一储纬嚣1 2 挠住剑带 1 3 祷剑盘1 4 一静辊 1 5 一织物1 6 一卷钉辊1 7 一卷取辊1 8 一织i = l i 弦筘曲如接纬剑央2 l 一缘眼 图2 2挠性剑杆织上织物形成原理 纱线在织机上形成织物的过程中，是通过以下几个主要运动来实现 的【7 】【8 】1 9 儿1 0 1 2 9 1 h j 1 开口运动：将经纱按织物组织的要求分为上下两层，两层纱之间 菱形的空间叫“梭口 。综框是常用的开口部件，每一页综框中有若干根 综丝，经纱穿过综丝的孔眼中，综框按照织物组织的要求分别作上下运 动，从而将经纱分开，形成梭口。由于试样织机主要是用于花色织物的 织造，所以通常采用多臂开口机构来带动综框，或采用提花开口机构来 单独升降每根经纱。本课题采用多臂开口机构。 2 引纬运动：将纱线穿过梭口。在剑杆织机中，由附着在剑带上的 送纬剑头夹持着纱线，在剑带的驱动下，带着纱线来回穿梭。 3 打纬运动：把引入梭口的纬纱推至“梭口 ，织口是经纱和织物的 分界。梳形的筘是常用的打纬部件，它是一个摆杆机构，当向前摆动时， 将已经引入梭口中的纬纱推至织口，同时，综框向相反的方向运动，使 织口闭合，经、纱线交织。经过一次开口、打纬与引纬后，一根纬纱就 硕士学位论文 第二章试样织机控制系统总体设计 与经纱形成了一次交织，此后，经纱又分为两层，再次形成梭口，如此 反复就逐渐形成织物。 4 送经运动：随着织物向前牵引，织轴由一定机构驱动，送出所需 要长度的经纱，并使经纱具有一定张力。 5 卷取运动：随着织造的进行，将织物牵引离开织口，形成圆柱状 布卷。通常，是由卷布辊来形成牵引动作，卷取辊表面粗糙，用来增加 与织物之间的摩擦力。 织造过程中的这五个运动构成织造过程的五大主要运动，其中开口、 引纬、打纬为其必不可少的运动。除此之外，还有一些辅助运动，比如 经停机构，纬停运动、护经运动、梭箱运动、自动换纬、剪纬等等。 试样剑杆织机就是通过以上周期性运动来完成织造过程的。 2 1 3 综框运动角 1 、综框运动角的表示 在织机主轴一回转( 打纬一次) 时间内，经纱形成一次梭口，经纱 的运动经历三个阶段： 1 开口阶段：经纱离开综平位置，上下分开，直到梭口满开为止； 2 静止阶段：梭口满开后，为使纬纱有足够的时间通过梭口，经纱 要有一段时间静止不动； 3 闭合阶段：经纱经一段时间静止后，再从梭口满开的位置返回到 综平位置。 从经纱离开综平位置，上下分开，到重新返回这个位置所经历的过 程称为一次开口过程。在开口过程中，上下交替的经纱达到综平位置的 时刻，既梭口开启的瞬间，称为开口时间，俗称综平时间。它是重要的 工艺参数。 图2 3 是从织机右侧观得的织机主轴回转的圆周图。图中箭头表示 主轴回转的方向，除个别情况外，主轴总是按逆时针回转。圆周图的前 方、下方、后方和上方四个特征位置( 记为a 、b 、c 、d ) 分别成为前心、 下心、后心和上心。摆动筘座到达最前和最后位置e 、f 时，主轴所在的 硕士学位论文 第二章试样织机控制系统总体设计 位置成为前止点( 前死心) 和后止点( 后死心) 。通常，标注有织机主要 机构运动时间参数的主轴圆周图称为织机工作圆图，用以表示织机运动 时间的配合关系。前止点的主轴位置角为0 。，作为度量基准。图中开口 时间的长短用开口角口t 表示，静止时间的长短用静止角口表示，闭e l 时 期的长短用闭e l 角表示。在闭合和开1 ：3 时期内，综框处于运动状态之 中，所以+ 口便是综框的运动角。应该指出，织机主要机构运动时间 的配合关系有时也用周期图示表示。 图2 3开口工作圆周图 2 、综框运动角的分配 开口角、静止角和闭口角的分配，随织机筘幅、织物种类、引纬方 式和开口机构形式等因素而异。在有梭织机上，为使梭子能顺利地通过 梭口，要求综框的静止角大些，但增加静止角，势必缩小开1 ：3 角和闭口 角，从而影响综框运动的平稳行。因此，对一般平纹织物来说，为了兼 顾梭子运动和综框运动，往往使开口角、静止角和闭口角各占主轴的l 3 硕士学位论文 第二章试样织机控制系统总体设计 转，既l2 0 。；随着织机筘幅的增加，因此，综框的静止角应适当加大， 而开口角和闭1 3 角则相应减小；在采用三页以上综框织制斜纹和缎纹类 织物时，为了减小凸轮的压力角，改善受力状况，常将开口角和闭口角 扩大，而使静止角缩小；在采用剑杆引纬时，考虑到剑杆交接纬的稳定 性，综框的静止角适当加大；在喷气织机上采用四连杆开口机构时，由 于这种机构的结构关系，开口角和闭口角较大，而静止角为零；在设计 高速织机的开口凸轮时，考虑到在开口过程中开口机构所受载荷逐渐增 加，而在闭口过程中开口机构所受载荷逐渐减小，为使综框运动平稳和 减少凸轮的不均匀磨损起见，常采用开口角大于闭口角。 2 1 4 重要织造参数 织造参数是指影响织机外观和内在质量的一些重要参数。它包括固 定参变数和可调参变数两类，前者是在设计织机时已经确定，而在运转 和生产中不作调整，如打纬动程、胸梁高度等，它们确定了织机性能和 适用范围；而可调参变数是随织物品种、纱线等具体情况而变更，在上 机时作调整的参数，如各运动的时间配合、经纱上机张力、经纱置线、 纬密齿轮和投梭力等【6 1 。 1 、上机张力 上机张力是指织机综平时经纱的静态张力。适当的上机张力是织造 所必须的，它不仅是开清梭口的条件之一，也是打紧纬纱、均匀经纱张 力、形成良好的织物结构的条件。 若上机张力太小，则打纬困难，纬纱难于相对经纱向前运动；当钢 筘向后退时，则经纱与纬纱一道后退，因而得不到预期的纬向密度。这 种现象在织物的纬向密度大、打纬阻力大时更为显著。此外，上机张力 太小会造成开口不清，影响引纬，容易造成跳花织疵甚至轧梭。上机张 力太小还使织物中纱线排列不均整、布面不丰满、条影显著。 上机张力太大，纱线易疲劳，伸长太大而易断裂，同样也会造成布 面条影和不匀整、不丰满现象。 硕士学位论文 第二章试样织机控制系统总体设计 上机张力对织物的物理机械性能也有很大的影响，在一般情况下， 上机张力大则经织缩率小，纬织缩率大，布长增加而布幅变窄，经密增 加，则纬密减小，布面较匀整而纹路不清晰，耐磨性和经向强度都有所 增加：上机张力小则结果相反。 上机张力应根据织物的品种和织机类型等具体情况确定。若织物紧 度高( 尤其是纬向) ，经纬纱相反交错次数t r 值高，纱线粗，则上机张 力应大些。当纱线细弱，织物结构稀疏，经纬纱相对交错次数少，则上 机张力应小些。无梭织机的引纬方法不同，梭口高度小而引纬速度快， 对梭口清晰度要求很高，因而上机张力应大。 2 、经位置线 经位置线是织机在综平时，经纱从织口经综眼、绞杆到后梁切点连 成的折线。 经位置线反映了经纱的上机位置，其工艺意义在于反映梭口开发时 上下层经纱张力的差异程度，调整经位置线就改变了这种差异程度。 3 、开口时间 开口时间是综平的时间，用此时曲柄在曲柄圆上的位置( 角度) 表 示。该角小则开口早，反之则迟。 开口时间与打纬关系密切。开口时间早，则打纬过程的经纱交叉角 大，经纱张力大，纱线容易相对经纱前进且不易反拨，因而容易打紧纬 纱。开口时间迟则相反。 开口时间也影响引纬。开口早，有利于梭子早入梭口，但因闭口也 早，在在梭子出梭口时易磨损经纱或出现故障；开口时间迟则相反。 2 2 试样织机的主要组成 本课题开发的试样织机，主要包括下列装置： 1 经纱动态张力调节装置( 即后梁装置) ：其结构形式一般可以简化 为一个单自由度的摆动系统。它起着调节和检测经纱张力的双重作用。 2 经纱送出( 送经) 装置：包括织轴和织轴驱动机构( 消极式经纱送 硕士学位论文 第二章试样织机控制系统总体设计 出装置没有织轴驱动机构) 。其中织轴驱动机构又有多种不同的形式，如 机械式、电动式、液压式等，本织样机的装置式步进电机控制的电动式 结构。其作用是在织造过程中连续均匀地送出经纱。 3 经纱卷取装置：包括刺辊、卷布辊和卷布驱动机构，起着卷取和 把纬纱引离织口的作用。 4 纬纱断头检测装置( 即纬停装置) ：作用是监测经纱断头并在发生 经纱断头的情况下自动关停织机。 5 开口装置和选纬装置：包括开口和提综机构，起着按组织要求分 开经纱、形成梭口的作用。由于开口运动引起的经纱变形量最大，所以 它是引起经纱张力周期性波动的主要原因。 6 打纬过程、引纬装置：对经纱系统有着直接的影响。打纬力是经 纱系统所受到的最大的冲击载荷。 本课题要实现的工艺指标为： 筘幅4 0 c m ( 窄幅) ； 转速达到l0 0 纬m i n ： 综框2 0 片，其中2 片绞边； 电子选色( 选纬) ，8 色 电子多臂； 电子送经卷取； 凸轮打纬： 挠性剑杆引纬。 2 3 可编程控制系统 2 3 1 可编程电气控制系统的现状及发展 1 可编程控制技术的现状【i l 】 可编程控制器( p r o g r a m m a b l el o g i c a lc o n t r o l l e r ) 简称p c 或p l c ， 是6 0 年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司( d e c ) 为美国通用公 司研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。随着 硕士学位论文 第二章试样织机控制系统总体设计 计算机技术的飞速发展，p l c 软硬件水平与规模也发生了质与量的变化， 其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相 应发展。现代p l c 已经成为真正的工业控制设备。最初，p l c 主要是用 在生产线控制和大型机械的控制上。但不久，西德的西门子( s i e m e n s ) 公司、b b c 公司就开始研制p l c ，当时主要是用于轧钢机、升降设备等 大型设备上。7 0 年代初，日本的o m r o n 也推出了他们的p l c 。三菱、 日立、富土、东芝、横河、日电等公司也先后加入了p l c 制造者的行列。 7 0 年代中期，美国和西德首先出现了微电脑化的小型p l c 。由于p l c 是 为工业控制所生产的通用性很强，适合于大批量生产的装置，所以成本 迅速下降；a n 上其是专为工业控制所设计，所以具有极好的抗干扰性能： 并且他的使用和维护都极为方便，实现了低水平的操作、高性能的控制， 所以在机械制造业深受欢迎。小型p l c 开始步入诸如塑料注塑机、包装 机械、橡胶机械、纺织机械等轻工机械的控制领域，其成本的低廉和性 能的优良对直接使用微机作为控制单元的做法构成了强有力的挑战，更 有全面取代传统继电器控制屏的趋势。据国外资料介绍：l9 8 2 年美国p l c 用户中，有4 8 来自自动程序操作部门( 如汽车、拖拉机工业、机械工业 等) 、l3 来自石油化工业、9 来自食品饮料业、7 来自冶金工业、其余 部分来自造纸、采矿、污水处理等部门。近年来，随着我国对外开放， 日、美、西德等国生产的p l c 已通过多种途径进入了我国，引起了各方 面的重视并得到应用。如宝钢工程应用了数百台p l c ，首钢、武钢、开 滦煤矿也分别应用了美国和西德的p l c 。 2 可编程控制技术的发展【1 2 】 早期的可编程控制器主要由分立元件和中小规模集成电路组成，它 采用了一些计算机技术，但简化了计算机内部电路，对工业现场环境适 应性较好，指令系统简单，一般只具有逻辑运算的功能。随着微电子技 术和集成电路的发展，特别是微处理器和微计算机的迅速发展，在2 0 世 纪7 0 年代中期，美、日、德等国的一些厂家在可编程控制器中开始更多 的引入微机技术，微处理器及其他大规模集成电路芯片成为核心部件， 使可编程控制器具有了自诊断功能，可靠性有了大幅提高，性能价格比 硕士学位论文 第二章试样织机控制系统总体设计 产生了新的突破。到2 0 世纪8 0 年代，可编程控制器都采用了微处理器 ( c p u ) 、只读存贮器( r o m ) 、随机存贮器( r a m ) 或是单片机作为核 心，处理速度大大提高，不仅增加了多种特殊功能，体积还进一步缩小。 2 0 世纪9 0 年代末。o l c 几乎完全计算机化，其速度更快，功能更强， 各种智能模块不断被开发出来，使其不断的扩展着它在各类工业控制过 程中的作用。 现在，p l c 不仅能进行逻辑控制，在模拟量闭环控制、数字量的智 能控制、数据采集、监控、通信网及集散控制系统等方面都得到了广泛 应用。如今，大、中欣，甚至小型p l c 都配有a d 、d a 转换及算术运 算功能，有的还具有p i d 功能。这些功能使p l c 在模拟量闭环控制、运 动控制、速度控制等方面具有了硬件基础；许多p l c 具有输出和接受高 速脉冲的功能，配合相应的传感器及伺服设备，p l c 可实现数字量的智 能控制；p l c 配合可编程终端设备，可实时显示采集到的现场数据及分 析结果，为系统分析、研究工作提供依据，利用p l c 的自检信号还可以 实现系统监控；p l c 具有较强有力的通信功能，可以与计算机或其他智 能装置进行通讯及联网，从而能方便地实现集散控制。功能完备的p l c 不仅能满足控制要求，还能满足现代化大生产管