陳 爽

（遼寧建筑職業(yè)學(xué)院，遼寧 遼陽 111000）

0 引言

紡織行業(yè)中，紡織機(jī)械是主要的技術(shù)裝備[1]。紡織機(jī)械的進(jìn)步是滿足紡織工藝要求的基礎(chǔ)。為了擔(dān)當(dāng)新時(shí)代賦予紡織行業(yè)的責(zé)任，紡織機(jī)械要向更加靈活、更快響應(yīng)的自動控制技術(shù)轉(zhuǎn)變[2]。自動控制方法的運(yùn)行需要以能耗為動力，無疑提升了企業(yè)生產(chǎn)成本，降低了紡織行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。PLC 技術(shù)的出現(xiàn)，較好地解決了這一問題[3]。在多個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，PLC 技術(shù)已經(jīng)開始大范圍應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)控制自動化。如下以PLC為基礎(chǔ)，闡述設(shè)計(jì)紡織機(jī)械自動控制方法，希望能夠促進(jìn)紡織行業(yè)更好發(fā)展。

1 基于PLC 的紡織機(jī)械自動控制方法設(shè)計(jì)

Programmable Logic Controller，即為可編程邏輯控制器，可簡寫為PLC，是一種具有微處理器的用于自動化控制的數(shù)字運(yùn)算控制器，可以將控制指令隨時(shí)載入內(nèi)存進(jìn)行儲存與執(zhí)行。可編程控制器由CPU、指令及數(shù)據(jù)內(nèi)存、輸入/輸出接口、電源和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換等功能單元組成。

1.1 可編程邏輯器設(shè)計(jì)

可編程邏輯器的應(yīng)用核心在于微處理器，通過微處理器完成工作系統(tǒng)的數(shù)字化控制。以PLC 技術(shù)為核心的機(jī)械自動控制可以根據(jù)電動機(jī)不同需要改變輸出頻率。對于可編程邏輯器組成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其主要組成部分包括編程器、輸入和輸出單元等。

PLC 技術(shù)的編程工作主要通過編程器實(shí)現(xiàn)控制功能。利用中央處理單元進(jìn)行控制器與運(yùn)算器管理，協(xié)調(diào)PLC 有效運(yùn)行，保持可編程邏輯器性能。信號的接收與發(fā)送都由輸入、輸出單元實(shí)現(xiàn)，由此實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動控制命令。最后是計(jì)算器、圖形監(jiān)控系統(tǒng)等外部設(shè)備，通過外部接口連接后，發(fā)揮可編程控制器最終控制效果。

1.2 基于PLC 控制變量與產(chǎn)品順序

紡織機(jī)械自動控制的實(shí)現(xiàn)有兩方面需要重點(diǎn)研究，分別是產(chǎn)品變量控制與產(chǎn)品順序控制。

一方面，從產(chǎn)品變量控制來分析，它是紡織機(jī)械自動控制過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在機(jī)械自動化操作中，產(chǎn)品變量是難以控制的，但又是不可避免的工作內(nèi)容。一旦機(jī)械自動控制過程中變量出現(xiàn)失誤，輕則會降低紡織機(jī)械的運(yùn)行效率，嚴(yán)重的情況下，會引起紡織生產(chǎn)停滯，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益受到嚴(yán)重打擊。紡織機(jī)械自動控制中預(yù)估變量、控制變量的效果通過PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)，保證紡織機(jī)械運(yùn)行中各變量數(shù)據(jù)精準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)紡織機(jī)械自動控制的穩(wěn)定有序運(yùn)行。

另一方面，由于人們生活水平的提高，紡織產(chǎn)品工藝不斷復(fù)雜化，生產(chǎn)流程中的機(jī)械自動化控制產(chǎn)品順序成為了一項(xiàng)重要內(nèi)容。紡織機(jī)械運(yùn)行時(shí)需要依據(jù)固定的步驟完成產(chǎn)品的生產(chǎn)，每一個(gè)生產(chǎn)步驟都是有嚴(yán)格要求的，對于最終的生產(chǎn)結(jié)果起著決定性作用。過去的紡織機(jī)械自動控制過程中，依靠產(chǎn)品的生產(chǎn)順序作為根據(jù)，但是從實(shí)際應(yīng)用中可以發(fā)現(xiàn)，固化的產(chǎn)品生產(chǎn)流程難以調(diào)整，造成紡織機(jī)械難以適應(yīng)順序控制。

1.3 計(jì)算機(jī)械自動控制負(fù)載慣量

由于紡織機(jī)械屬于全機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)組成比較復(fù)雜，因此在機(jī)械自動控制研究過程中，需要對機(jī)械運(yùn)行的負(fù)載慣量進(jìn)行計(jì)算，分析自動控制方法的性能。機(jī)械自動控制負(fù)載慣量的計(jì)算從分離羅拉慣量和機(jī)械輸出軸慣量兩方面入手。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)紡織機(jī)械的傳動結(jié)構(gòu)都是軸體，所以其運(yùn)動慣量公式為：

（1）式中，J 表示傳動結(jié)構(gòu)中軸體轉(zhuǎn)動慣量，而物理總質(zhì)量和軸體轉(zhuǎn)動半徑分別用M、R 來表示。

通過機(jī)械輸出軸的慣量計(jì)算，可以得到輸出的機(jī)械慣量的近似值。從運(yùn)行阻力和重量上來分析，紡織機(jī)械結(jié)構(gòu)中的平衡重錘是主要負(fù)載，針對這一部分采用立方體慣量估算方法，以及對偏心轉(zhuǎn)動的慣量補(bǔ)償公式。至此，完成紡織機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)慣量分析工作，依據(jù)慣量計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)機(jī)械自動控制的模擬負(fù)載，并依據(jù)負(fù)載情況優(yōu)化紡織機(jī)械自動控制方法。

現(xiàn)場總線控制層是完成紡織機(jī)械自動控制的最終步驟，通過現(xiàn)場總線控制層匯總了各種生產(chǎn)信息，設(shè)計(jì)了生產(chǎn)過程中機(jī)械設(shè)備的通訊接口。以編程的方法傳送紡織機(jī)械自動控制數(shù)據(jù)，在監(jiān)控系統(tǒng)中顯示設(shè)備自動控制狀態(tài)。

2 實(shí)驗(yàn)分析

為了檢測所設(shè)計(jì)的自動控制方法有效性，特進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。選擇某一紡織生產(chǎn)企業(yè)作為目標(biāo)，應(yīng)用所設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)紡織機(jī)械的自動控制。將自動控制方法的負(fù)載重量設(shè)置為25t，運(yùn)用所給的方法實(shí)現(xiàn)機(jī)械的帶載起升、停止與自動調(diào)速，并且將不同運(yùn)行速度下的機(jī)械運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1 所示。

表1 運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果

從表1 統(tǒng)計(jì)結(jié)果得出，所設(shè)計(jì)的機(jī)械自動控制方法有效實(shí)現(xiàn)了機(jī)械頻率、電流的自動控制，并且在控制過程中處于穩(wěn)定過渡的方式，不會產(chǎn)生明顯震蕩而影響生產(chǎn)。因此，設(shè)計(jì)方法可以在實(shí)際應(yīng)用中具有良好的控制效果。為了保證實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性，選擇兩種傳統(tǒng)的自動控制方法在同樣條件下進(jìn)行紡織機(jī)械的運(yùn)行控制對比。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

將實(shí)驗(yàn)期限設(shè)置為一周，對7d 內(nèi)的使用不同自動控制方法產(chǎn)生的機(jī)械能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2 3 種自動控制方法7d 能耗變化對比

從表2 的對比結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，文中所用設(shè)計(jì)方法的工作狀態(tài)下的能耗，相比原有機(jī)械自動控制方法工作狀態(tài)下的能耗大幅度降低。通過對7d 平均能耗的計(jì)算結(jié)果，得出文中方法平均能耗為179J，而兩種傳統(tǒng)自動控制方法的平均能耗分別為531J、631J。因此，驗(yàn)證了文中方法實(shí)際應(yīng)用中具有節(jié)能的效果。

4 結(jié)語

針對紡織機(jī)械自動控制問題，依托于PLC 技術(shù)設(shè)計(jì)新的控制方法。通過研究發(fā)現(xiàn)，所設(shè)計(jì)的自動控制方法具有良好的應(yīng)用效果，并且具有節(jié)約能耗的作用。為此，應(yīng)推動紡織行業(yè)與現(xiàn)代控制技術(shù)、信息技術(shù)的良好融合，以提升我國紡織行業(yè)的發(fā)展水平。