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织造机械 |
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喷气织机原理及PLC控制系统的研究 |
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作者：胡兵 张淳 |
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摘 要：可编程控制器（简称PLC）以微处理器为基础，结合计算机技术、自动控制技术以及它面向控制过程，面向用户等特点。近年来，国内许多纺织厂都把PLC应用于无梭织机的电气控制，将人机界面、编码器、断纱检测装置、多臂机、电磁离合器以及PLC等装置合理组合配置，构建PLC控制系统控制织机的动作。PLC技术的应用在提高织机布面质量、扩大织物品种、提高织机的效率、简化操作、减轻劳动强度等方面起到了至关重要的作用。
关键词：喷气织机 电子多臂 可编程序逻辑控制器
引言
开口机构是控制喷气织机运动的关键部件，决定织机运动的平稳性和织物组织的品质。开口机构的作用是根据织物组织图上经纬交织的变化规律，按序及时带动经纱，形成梭口，待纬纱进入梭口后，两层经纱再上下交替，互易位置，形成新的梭口，如此反复循环。传统织机的开口机构一般采用机械的方法，以控制和调节经纬交织的变化规律，在织物上形成不同的花型或花纹，而现代喷气织机多采用电子多臂来做到这一点，电子多臂是一种典型的机电一体化的产品。它的性能优越，可以用微型计算机控制织物的花纹，快速提供不同复杂花型的织制。
本文介绍2861型喷气织机工作原理以及应用PLC构成喷气织机的电气控制系统，应用PLC控制喷气织机开口机构。
1 2861 型喷气织机开口机构的组成和特点
喷气织机的开口机构由多臂机构控制，一个提综臂可控制一个或多个综框作上下往复运动，因此使用电子多臂必须先了解机械多臂机构的原理。
2.1 开口机构的组成
开口机构总体来说是由选综机构和提综机构组成的，而提综机构却是由一个连杆机构和一个共轭凸轮机构叠加而成的。提综机构简图如图1 所示。
图中 O1 是装在大圆盘10 上的一根轴，凸轮1、2 是一对共轭凸轮，它们固定在机架上，相对地面静止，摆臂4、5 作为一刚体绕轴 O1 转动，轴1 O 以 O1 O2 为半径，以 O1 为圆心作匀速圆周运动。如图所示，该机构相当于 O1 固定的共轭凸轮作匀速圆周运动，即整个机构为一对凸轮机构叠加一个连杆机构，在这里运用共轭凸轮，能提高运动精度，减小冲击，而且可以改善机构的受力情况。
图1 提综机构工作原理图
1—大圆盘 2、3—共轭凸轮 4、5—摆臂 6—滑槽 7—滑块 8—偏心轮
9—盘形连杆 10—提综臂 11—提综臂连杆 12、14—转臂 13—转臂连杆
15、16—综框连杆 17、18—支撑杆 19—综框
提综机构的作用是将主轴的动力通过连杆和凸轮机构传递给综框，使综框作上下往复运动，在综框上装有筘座，经线从筘座中穿过。综框作上下往复运动的同时带动筘座运动，从而使经线产生开口。滑槽6 作积极式运动，其运动由匀速转动和摆动合成，滑块7 和偏心轮8 之间的关系为：滑块是从动件，它由滑槽带动。滑块的运动，使滑槽和偏心轮作变速运动，当偏心轮随滑块运动，此时，这里相当于一个开口曲柄，盘形连杆9 带动提综臂10 做来回摆动，使综框产生上升或下降的开口运动，而选综机构则是用来选择提综臂的机构，即被选中的提综臂按预定的运动规律进行动作，而未被选中的提综臂则停止不动，通过这种有选择的运动，可以在经线之间形成不同形式的开口，从而织出不同型式的花纹布料。选综机构简图如图2 所示。
在图2 中，选综机构是这样工作的，主轴14 做匀速圆周运动，而传动轮5 则以花键连接的形式装在主轴上跟随主轴运动，连杆6 活套在偏心盘3 上，偏心盘3 通过控制钩8 连接传动轮5，提综臂4 由连杆6 带动。而且在传动轮上有两个相距180 度的凹槽，只要控制钩进入凹槽，传动轮就会带动偏心盘转动，而偏心盘就会带动提综臂运动，从而起到选综的目的。左右摆臂在共轭凸轮的作用下做摆动在这里有这么几种运动情况：1.电磁铁吸合， 则摆杆12 顶动左摆杆绕回转中心顺时针转动。
(1)如果之前提综臂静止，此时左摆杆的凸头从控制构的凹槽中脱出，控制构由于受弹簧7 的回复力绕控制钩的中心做逆时针转动。此时，控制钩8 上的凸头则滑进传动轮5 的凹槽中，使得偏心盘与传动轮一起运动，从而带动连杆6 提综臂4 运动，完成提综动作。
图2 选综机构简图
1．左摆杆弹簧 2．左摆杆 3．偏心盘 4．提综臂 5．传动轮 6．连杆
7．弹簧 8．控制钩 9．右摆杆 10．右摆杆拉簧 11．电磁铁 12．摆杆
13．主轴
(2)如果之前提综臂运动，此时控制钩转到右面，右摆杆凸头滑入控制钩的凹槽中，控制钩受弹簧回复力作用绕控制钩的中心做顺时针转动，使得控制钩的凸头从传动盘的凹槽中脱出，此时偏心盘与传动轮分离，综框静止保持提升状态。
2. 电磁铁不吸合，则摆杆12 顶动右摆杆绕回转中心逆时针转动。
(1) 如果之前提综臂静止，此时左摆杆受左摆杆弹簧的作用绕回转中心做逆时针转动，左摆杆凸头从控制钩的凹槽中脱出，此时，控制钩受弹簧回复力作用绕回转中心左逆时针转动，控制钩的凸头滑入传动轮的凹槽中，使得偏心盘与传动轮一起运动，从而带动连杆6和提综臂4 运动，完成提综动作使综框下降。
(2) 如果之前提综臂运动，此时控制钩转到右面，右摆杆绕回转中心做逆时针转动，此时，右摆杆凸头将不会影响控制钩，因此传动轮继续带动偏心连杆运动，综框保持下降状态。
2.2 开口机构的特点
2861 型喷气织机采用的是电子多臂开口装置，可带动16～32 片综框单独运动，适合用于织造斜纹、锻纹和小花纹织物。多臂机动力消耗少，组织变化不必进行改变机械结构，品种变换较为方便。
2 PLC 控制
基于PLC 的2861 型喷气织机电控系统充分采用当今先进的微电子技术和微机技术，采用西门子可编程序控制器，解决现有的控制系统无法解决的工艺差、稳定性差、抗干扰能力差、故障率高的缺陷，使整个电控系统的控制水平有了很大的提高，反映了当今国内纺机控制技术的发展方向，基于PLC 的喷气织机多臂开口机构的控制系统组成框图如图3 所示。
图3 电子多臂开口机构控制系统组成框图
2.1 织机控制程序基本流程图:
图4 织机控制流程图
2.2 电子离合器
使用PLC 控制开口机构区别于以上陈述的凸轮控制，首先它采用伺服电机带动提综机构运动，因此只要能有规律的控制伺服电机的转动就能有选择性的进行提综动作。在这里采用电子离合器来实现，每个电子离合器连接一个或多个电动机，只要电子离合器通电，电动机开始转动并间接控制一片综框运动。其次它是利用PLC 采用软逻辑线圈的原理，即将PLC的某位输出置为高位1，电子离合器吸合，电动机转动；反之，将PLC 的某位置为低位0，电子离合器脱开，电动机停止转动。利用PLC 的这种原理我们可以很灵活便捷的设计开口机构的运动规律，不同的运动规律就可以织造出比凸轮开口机构斜纹、锻纹和小花纹织物等不同种类的织物。
2.3 人机界面
人机界面须配备常用电源、启动、停止、检测等等按钮，另外还需配置可用于在线编程的模块，通过此模块用户可以查询、新建、编辑、存储、以及人工输入花纹控制程序，方便用户操作。
2.4 断经检测装置
织机的定位停车位置，由PLC 根据绝对式光电编码器确定。断经信号可由经线的传感器传给PLC，PLC 根据用户设定的断经停车角度和绝对值式光电编码器的角度信号实现定位停车。根据经纱的品种不同，调节PLC 对停经片的灵敏度，可以准确实现定位停车，有效提高产品质量。
2.5 光电式旋转编码器
纺织机的所有运动与主轴的运动都密切相关,因此在硬件资源上必须配备能够测量主轴旋转角度的设备,用光电编码器作为主轴运动角度的测量装置。光电编码器的分辨率选择为360,也就是主轴每转一周,编码器输出脉冲信号360 个,这样通过PLC 上自带的高速计数器计算出主轴运动的角度值.绝对值式光电编码器轴旋转时，随主轴位置的变动产生对应的代码(二进制码)输出。从代码大、小的变更，即可判别主轴的转向和转动的角度。并且它有一个临时寄存器，当停电或关机后再开机重新测量时，仍可准确地读出停电或关机位置的代码。一般情况下，绝对值式编码器的测量范围为0～360 度，编码器将主轴所转的角度所对应的代码传给PLC，再由PLC 通过人机界面显示，这样用户就可以准确把握织机的停车角度、织机的转速、停经角度、停纬角度等。
3 结束语
基于PLC 的2861 型喷气织机电子多臂的控制系统工作稳定可靠，具有结构简单，操作方便，界面简洁，成本低廉等优点，特别适用于织造复杂花纹的喷气织机系统，也可在其它无梭织机中也推广应用。
参考资料
[1] 汪晓平等 . PLC 可编程序逻辑控制器系统开发实例导航 . 人民邮电出版社，2004.7
[2] 杨土法. 李志祥. 竺志超 两种电子多臂机的原理简介与比较分析 浙江工程学院学报，2002.3
[3] 胡学林. 可编程控制器应用技术[M]. 北京:高等教育出版社,2000.
[4] 张敏 全国无梭织机设备管理和维护保养技术经验研讨会 中国纺织工程学会，2001
[5] 王海群 王素敏 陈志坤等 基于S7-300PLC 的高炉煤气净化系统[J] 微计算机信息，2006.1:：52--53
[6] http://www.xinxihua.cn/htmlcontent.asp
创新点：
作者的创新之处在于应用PLC 控制喷气织机的开口机构，从而将微电子技术应用到现代织造行业中，使微电子技术、信息传递技术与织造技术形成完美的结合,为以后进一步将更多的电子装置与系统与织机结合提供了理论支持。
作者简介：
胡兵，男，1982 年生，汉，在读硕士研究生，研究方向：机械制造及其自动化。
张淳，男，1957 年生，汉，教授，硕士生导师。现任陕西科技大学教务处处长。主要研究方向：机械设计制造及其自动化。(end)
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(10/27/2008) |
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