王丹丹 喬大偉

摘要:文章以意大利Lafer起絨生產(chǎn)流水線設(shè)備的改造為對象,闡述了起毛剪毛機電氣控制設(shè)計中存在的幾個主要問題。通過對設(shè)備的PLC改造解決這些問題,代替了以前的陳舊單片機控制系統(tǒng),便于操作,能夠提高工作者的工作效率,從而達到提高生產(chǎn)效率,改善產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞:紡織機械;起毛剪毛機;PLC控制

中圖分類號:TM571文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)20-0047-02

一、概述

起毛剪毛機被廣泛地應用于粗紡呢織物、拉舍爾經(jīng)編毛毯、特里科經(jīng)編拉絨織物(如經(jīng)編短絨)、緯編毛圈拉絨織物(如搖粒絨、衛(wèi)生衣織物)等的起毛。

起毛加工是一種織物后整理工序,就是將織物表面纖維露出來以增加織物的厚度,通過柔軟化使其手感得到改善并增強保溫性能。梭織物和針織物均可以起毛,起毛程度從僅為柔軟織物以改變風格的輕起毛到覆蓋整個織物組織如地毯那樣的重起毛。起毛直接影響到織物的風格和質(zhì)量,通過起毛可增強織物的外觀和手感、提高織物的保暖性和實用性,由于起毛出現(xiàn)的問題一般都很難修復,因此起毛工序成為眾多生產(chǎn)廠家質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。

起毛剪毛機一般分為兩類即織物刺果起毛剪毛機和鋼絲針輥起毛剪毛機。最初的刺果起毛剪毛機是根據(jù)自然界中刺果上的刺對織物表面的撕扯作用而發(fā)明的。最初的起毛剪毛機是由單個滾筒(錫林)構(gòu)成,滾筒(錫林)整個表面上植有刺果,后來又發(fā)展成為兩個滾筒(錫林),分別在絨毛的正反方向上同時運動。不久,包有針布的羅拉滾筒(錫林)起毛剪毛機,即鋼絲起毛剪毛機問世。

二、起毛剪毛機的工作原理

起毛是由于運行中的針輥針尖與織物產(chǎn)生相對速度差而形成的。其過程為當針輥的針尖插入織物面與織物產(chǎn)生相對運動時,由于彈性的關(guān)系,鋼針產(chǎn)生了相應的位移,針尖邊滾動邊移動,由織物內(nèi)部移向織物的表面(位移的同時,還產(chǎn)生扒松纖維的作用)。當針尖離開織物的瞬間,原來被纖維勒住的針尖,迅猛地彈回,把織物紗線內(nèi)的纖維挑出而起毛。所以起毛作用的實質(zhì)是利用強制性機械作用力,對織物紗線中的纖維結(jié)構(gòu)進行破壞。

順、逆針輥都可以用來起毛,究竟是處于哪種工作狀態(tài),取決于織物、針尖之間的速度差。

三、起毛剪毛機的總體設(shè)計方案

起毛剪毛機動力系統(tǒng)較為復雜,有多個電機,包括錫林電機、順針輥電機、逆針輥電機、進布輥電機、出布輥電機、擴幅輥電機和疊布架電機。每個電機各有一個變頻器控制它們的電流頻率?？刂葡到y(tǒng)由于受單片機控制,在部分核心芯片損壞后的維修費用昂貴,維修周期長。受到地域和經(jīng)費的限制。

通過PLC編制出邏輯控制程序和觸摸屏上的人機界面進行操作,從而實現(xiàn)自動和手動操作;開放式的人機界面,可以方便工人們的日常生產(chǎn);出現(xiàn)故障后通過報警提示,直觀的PLC程序和設(shè)定PLC程序的故障點,可以快速的查找到故障,從而可以順利解決生產(chǎn)中遇到的技術(shù)問題;通過改進PLC程序和添加人機界面的新的參數(shù),可以擴展設(shè)備的功能;通過對工藝流程的研究和工藝參數(shù)的進一步完善,可以改善加工的生產(chǎn)工藝流程,實現(xiàn)節(jié)能與節(jié)省生產(chǎn)成本的目的。

整個系統(tǒng)在硬件上采用電機數(shù)控結(jié)構(gòu),利用伺服電機,編碼器等組成的計算機控制系統(tǒng)來協(xié)調(diào)驅(qū)動各部件間的同步要求,可以省去復雜的油浴潤滑的機械傳動系統(tǒng),將傳動機構(gòu)簡化到最低限度,并大幅度消除機械原因引起的故障停車,明顯提高起毛剪毛機運轉(zhuǎn)的可靠性,提高運轉(zhuǎn)效率和車速,相應提高了生產(chǎn)率。

相對而言RS485串行通訊通信速率較高、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性強、連接方便、性能價格比高、設(shè)計獨特、配置靈活等特性,能配置并采集各個站點的數(shù)據(jù),結(jié)合邏輯控制器PLC可以方便實現(xiàn)對控制過程的操作監(jiān)測、控制指令的發(fā)布傳輸、控制參數(shù)的記錄存儲等功能,在實時性要求不高的場合非常適用于控制器與PLC之間進行數(shù)據(jù)通信。

控制系統(tǒng)由觸摸屏、PLC、變頻器和其他輔助器件組成,具體敘述如下:

(一)控制器件、對象

執(zhí)行機構(gòu)采用八個電機,分別為兩臺控制上下剪毛刀的三相異步電動機,兩臺控制起絨操作的三相異步電動機,兩臺控制上下卷取的三相異步電動機,一臺控制輸入的電機和一臺控制收步的電機。

(二)控制原理

采用軸編碼器信號作為兩個伺服電機控制信號,伺服控制器利用這個信號控制兩個伺服電機與輥軸保持對應關(guān)系,伺服電機經(jīng)編碼器得到反饋信號,形成閉環(huán)控制。

電機帶動輥軸,配套控制器為變頻器,起毛剪毛機在正常工作狀態(tài)下,一般主電機工作通過觸摸屏設(shè)置的參數(shù)來控制,采用變頻器實現(xiàn)。

整機的工作狀態(tài)由PLC控制。整機系統(tǒng)的檢測部分由PLC完成,PLC將對整機所安裝的一些行程開關(guān),光電開關(guān)等等進行檢測,對不正常情況通知觸摸屏,進行相對應的顯示。

人機界面觸摸屏主要對工況進行顯示,對整機進行相應參數(shù)的設(shè)定,故障診斷結(jié)果的顯示。各個控制器之間的協(xié)調(diào)工作由PLC來完成。其中:

1.PLC是整個控制系統(tǒng)的核心,接收來自觸摸屏和主電機變頻器的數(shù)據(jù)信息,進行分析、處理,接收觸摸屏的外界指令并向輸出系統(tǒng)發(fā)送控制指令,使得各個電機在控制器的引導下按照預定的數(shù)學模型有序運轉(zhuǎn),保證整個系統(tǒng)正常協(xié)調(diào)的完成任務。此外PLC還要進行順序控制過程中的工況分析,監(jiān)測系統(tǒng)各個部分是否正常運行,發(fā)出故障警報,并能夠排除故障,使系統(tǒng)重新恢復正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

2.觸摸屏是人機換界面,也是整個系統(tǒng)的上位機,通過RS485串行協(xié)議與PLC進行通訊。通過這個平臺,操控者可以把控制意圖和控制命令發(fā)送給整個系統(tǒng),并可以通過PLC反饋系統(tǒng)的一些基本參數(shù)。同時,觸摸屏還具有故障提示功能,并能在一定程度上通過操作者的干預排除故障。

3.電機控制器是控制輸出的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。制動輥電機變頻器通過編碼器反饋自身信號,作為系統(tǒng)標定值,并通過臺達電機變頻器之間的數(shù)頻級聯(lián)主線發(fā)布給所有從站。伺服控制器接收標定信號,按照預定的模型運轉(zhuǎn),同時采用高精度的角度傳輸裝置旋轉(zhuǎn)變壓器建立速度和位置反饋,使電機本身構(gòu)成精確的伺服系統(tǒng)。利用變頻器,可靈活地配置控制功能與輸入、輸出信號,通過接收PLC的控制指令或來自其他伺服控制器的信號給定,準確及時地調(diào)節(jié)各分部電機的速度。

四、PLC硬件部分

1.控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示:

2.系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。本智能控制系統(tǒng)的硬件方面需要提供系統(tǒng)運行的物理環(huán)境,需要一臺系統(tǒng)主機作為監(jiān)視和控制的中心。同時還需要一套接口系統(tǒng)連接系統(tǒng)主機和控制對象,需要它不斷向主機提供被控對象的狀態(tài),同時也不斷將主機的控制指令發(fā)送給控制對象,被控對象收到指令后執(zhí)行指定的操作,實現(xiàn)系統(tǒng)控制的目的。因此,本系統(tǒng)在硬件上分為系統(tǒng)主機(觸摸屏、PLC)、通信接口、控制對象(電機、接觸器、電磁閥等)三個部分。

硬件組成:(1)人機界面:臺達A57G 5.7英寸灰度(顯示、上位監(jiān)控);(2)可編程控制器:臺達SS系列主機共94點,其中模擬量輸入的8點,開關(guān)量輸入48點,繼電器輸出38點;(3)變頻器:臺達M系列7.5KW/380V:2臺;臺達M系列2.2KW/380V:3臺;臺達M系列1.5KW/380V:3臺;(4)其他輔助器件等。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計。Lafer起絨剪毛設(shè)備的電氣PLC程序工作流程圖如圖2所示:

五、結(jié)語

針對現(xiàn)有起毛剪毛機存在的控制上和操作上的缺陷,提出采用PLC控制方案,代替了以前的陳舊單片機控制系統(tǒng),便于操作,提高工作者的工作效率。

參考文獻

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作者簡介:王丹丹(1980-),女,山東淄博人,山東絲綢紡織職業(yè)學院助理講師,工學碩士,研究方向:電氣控制及其自動化、紡織設(shè)備改造;喬大偉(1981-),男,山東淄博人,山東絲綢紡織職業(yè)學院助理講師,數(shù)控車工技師,工學碩士,研究方向:數(shù)控編程、數(shù)控技術(shù)、紡織設(shè)備改造。