清花机自调和整装置的开发

清花机自调和整装置的开发

1采用清花机自调制整系统替代铁炮慢速机构传统的开清棉纺工艺是用机械平衡法控制清花机上的一系列连杆，并通过机械平衡法进行调整，以控制具有双曲线形状的铁炮的减速装置。然而，在维护、维护和调整过程中，该机构的成本高，调整效果差，效率低，时延性高。为此,中国纺织科学研究院与郑州纺织机械厂组成项目组,开发了清花机自调匀整装置,用于替代铁炮变速机构。在清棉机系统工作正常时,通过清花机自调匀整控制系统的作用,棉卷的的不匀率应达到:1m重不匀,H≤1.0%;棉卷定量±200g/卷为合格,棉卷合格率≥95%;还规定了6000h无故障运行时间的要求,以确保设备在长期使用中稳定、可靠,达到高产、优质、高效的目的。2自调制整器控制自调匀整系统主要由三个部分组成,包括检测机构、控制机构和执行机构。检测机构分开环和闭环两个部分。首先分析自调匀整的开环部分(参见图1):利用16根天平杆及一根天平罗拉,组成棉层厚度检测机构(俗称“洋琴”)。随着棉层厚度的变化,使连接在洋琴下方的重锤带动位移传感器上下垂直变化,便将信号电压输入到自调匀整器上。其次分析自调匀整闭环部分(参见图2):检测部分由车头前方的棉卷机械支架、称重传感器和电子称重器组成。称重传感器将棉卷重量的压力信号转换为电压信号,输入电子称重器;电子称重器将检测信号转化为数据信号,并以通讯的方式传递给自调匀整器。控制机构即A076F型自调匀整器,是系统的核心。匀整器通过开环、闭环两部分的采样数值,进行运算,然后把计算结果输出到给棉变频器,从而控制给棉电机的转速,实现均匀喂棉,达到匀整的目的。执行机构采用变频器和给棉电机。3温度和转速对棉层厚度的影响根据设计任务的目标,以及国内外技术调研情况和自己的经验,在A076F型自调匀整中采用混合环控制系统,其主要特点为:(1)利用开环系统控制棉卷的不匀率。(2)利用闭环系统控制棉卷的正卷率,达到控制棉卷重量偏差的目的。如果棉层变厚,则位移传感器的检测数据变大,给棉电机转速变慢,天平罗拉速度变慢;反之,棉层变薄时,则位移传感器的检测数据变小,给棉电机转速变快,天平罗拉速度变快,以调节天平罗拉的喂棉量。要使天平罗拉在单位时间内输出的棉量保持一致,则应满足:Q=V×h×b×rQ=V×h×b×r式中:Q——天平罗拉在单位时间内输出的棉量,为一常数;V——天平罗拉的线速度;h——棉层平均厚度;b——棉层宽度;r——棉层密度。一般而言,机台宽度是固定的,即棉层宽度b为定值。如原料状态不变,开清工艺条件不变,则棉层密度r也可视为定值,有:V×h=Q/(b×r)=常数V×h=Q/(b×r)=常数由此可见,当系统将Q“保持不变”作为调整目标,并且在Q保持不变的情况下,天平罗拉线速度V与棉层厚度h成反比。这种关系通过自调匀整控制给棉变频器,继而控制给棉电机实现变速装置,达到控制棉层厚度输出的要求。4系统的设计和生产4.1系统的其他模块本控制器采用了单片机控制系统。由于本控制系统比较复杂,运算量大,所以主CPU采用INTEL公司的80196单片机。它是一个16位的CPU,比INTEL公司51系列的单片机有更高的功能和速度。同时还配以其它的集成电路,如程序存储器、数据存储器、用于掉电保持数据的EEPROM等。另外,系统中还有A/D、D/A转换芯片,键盘显示芯片,以及I/O和计数定时芯片。通过这些主要芯片和另外一些辅助集成电路,构成了一个单片机控制系统,参见图3。4.2软件方案的设计4.2.1主要程序框架图主程序共分为三个循环部分:功能参数设定,控制器各种功能测试和运行状态。参见图4。4.2.2棉卷不匀的控制当计算机采样以后,经过滤波运算,将把棉层的喂入信号(即位移传感器检测点)进行处理。由于棉层波动比较频繁,为控制棉卷不匀,要求运算、调节比较快,及时把棉层的波动通过改变给棉电机的速度予以补偿,以降低棉卷受棉层波动对其不匀率指标的影响。自调匀整在清花机每次换卷后,通过称重传感器、电子称重器检测数据,进行运算,然后把计算结果作为换卷后给棉电机的转速基准值,以此保证棉卷的合格率,并达到控制棉卷重量偏差的目的。4.3控制的设计和制造4.3.1地线的稳定性和干扰本机采用单片机系统,设计为高频线和低频线的布局,对地线的分布要注意加强稳定性和避免干扰。另外从软件方面,也应采取一定措施。通过采取各种措施,本系统顺利地通过了国家电子计算机质量监督检验中心的干扰试验。4.3.2以最小财产量为目标的差在自动控制过程中,零点漂移是一个比较关键的问题。在设计中,电路的误差以小于一个数量级(即0.3%)为目标。通过选用高精度的稳压源(LM336)——这种芯片的精度为0.02%,同时把传感器的接地线与其它的模拟地线、数字地线分开,这样可以使零点误差保持在0.2%之内。4.4传感器设备的设计4.4.1“洋琴”和“洋琴”之间的连接棉层传感机构的测量点是由16根天平杆及一根天平罗拉组成一个棉层厚度检测机构(俗称“洋琴”)。通过连接在下方的重锤,带动位移传感器上下垂直变化。位移传感器将棉层的厚度变化转换为电信号,并发送到控制器中。本传感机构的改进,是将一系列连杆由一个传感器所替换,从而提高了检测数据的真实性和精度,同时有更加可靠的灵敏性和可靠性。4.4.2检测数据转化称重传感器位于清花设备前方所乘棉卷的托盘、支架机械的下方。当有棉卷放于托盘中时,称重传感器将此棉卷的压力信号转换为电信号送到电子称重器,即而转化为检测数据,传递给控制器中。本传感机构成功地实现了清花自调匀整的闭环控制系统。在清花机每次换卷后,通过称重传感器、电子称重器检测数据,进行运算;然后,把计算结果作为换卷后给棉电机的转速基准值,以此保证棉卷的合格率,并达到控制棉卷重量偏差的目的。5自调制整器的研制对于自调匀整装置来说,工作环境比较差,温湿度变化范围大,电压波动比较大。要求在这样的工作条件下保持长期稳定可靠的工作性能,就具有一定的难度。又由于清花机自调匀整技术需要将控制理论、计算机控制、微电子技术和棉纺工艺技术相综合,难度较大;也由于元器件水平的限制,国内历史上该技术开发几起几落,没有达到产品化的水平。由中国纺织科学研究院研制的A076F型清花机自调匀整器,是国内具有自主知识产权的自调匀整电气产品,并与郑州