噴氣織機(jī)原理及PLC控制系統(tǒng)的研究

噴氣織機(jī)原理及PLC控制系統(tǒng)的研究

摘 要：可編程控制器（簡(jiǎn)稱PLC）以微處理器為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及它面向控制過(guò)程，面向用戶等特點(diǎn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多紡織廠都把PLC應(yīng)用于無(wú)梭織機(jī)的電氣控制，將人機(jī)界面、編碼器、斷紗檢測(cè)裝置、多臂機(jī)、電磁離合器以及PLC等裝置合理組合配置，構(gòu)建PLC控制系統(tǒng)控制織機(jī)的動(dòng)作。PLC技術(shù)的應(yīng)用在提高織機(jī)布面質(zhì)量、擴(kuò)大織物品種、提高織機(jī)的效率、簡(jiǎn)化操作、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等方面起到了至關(guān)重要的作用。
關(guān)鍵詞：噴氣織機(jī) 電子多臂 可編程序邏輯控制器

引言

開(kāi)口機(jī)構(gòu)是控制噴氣織機(jī)運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵部件，決定織機(jī)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和織物組織的品質(zhì)。開(kāi)口機(jī)構(gòu)的作用是根據(jù)織物組織圖上經(jīng)緯交織的變化規(guī)律，按序及時(shí)帶動(dòng)經(jīng)紗，形成梭口，待緯紗進(jìn)入梭口后，兩層經(jīng)紗再上下交替，互易位置，形成新的梭口，如此反復(fù)循環(huán)。傳統(tǒng)織機(jī)的開(kāi)口機(jī)構(gòu)一般采用機(jī)械的方法，以控制和調(diào)節(jié)經(jīng)緯交織的變化規(guī)律，在織物上形成不同的花型或花紋，而現(xiàn)代噴氣織機(jī)多采用電子多臂來(lái)做到這一點(diǎn)，電子多臂是一種典型的機(jī)電一體化的產(chǎn)品。它的性能優(yōu)越，可以用微型計(jì)算機(jī)控制織物的花紋，快速提供不同復(fù)雜花型的織制。

本文介紹2861型噴氣織機(jī)工作原理以及應(yīng)用PLC構(gòu)成噴氣織機(jī)的電氣控制系統(tǒng)，應(yīng)用PLC控制噴氣織機(jī)開(kāi)口機(jī)構(gòu)。

1 2861 型噴氣織機(jī)開(kāi)口機(jī)構(gòu)的組成和特點(diǎn)

噴氣織機(jī)的開(kāi)口機(jī)構(gòu)由多臂機(jī)構(gòu)控制，一個(gè)提綜臂可控制一個(gè)或多個(gè)綜框作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此使用電子多臂必須先了解機(jī)械多臂機(jī)構(gòu)的原理。

2.1 開(kāi)口機(jī)構(gòu)的組成

開(kāi)口機(jī)構(gòu)總體來(lái)說(shuō)是由選綜機(jī)構(gòu)和提綜機(jī)構(gòu)組成的，而提綜機(jī)構(gòu)卻是由一個(gè)連桿機(jī)構(gòu)和一個(gè)共軛凸輪機(jī)構(gòu)疊加而成的。提綜機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1 所示。

圖中 O1 是裝在大圓盤10 上的一根軸，凸輪1、2 是一對(duì)共軛凸輪，它們固定在機(jī)架上，相對(duì)地面靜止，擺臂4、5 作為一剛體繞軸 O1 轉(zhuǎn)動(dòng)，軸1 O 以 O1 O2 為半徑，以 O1 為圓心作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。如圖所示，該機(jī)構(gòu)相當(dāng)于 O1 固定的共軛凸輪作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，即整個(gè)機(jī)構(gòu)為一對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)疊加一個(gè)連桿機(jī)構(gòu)，在這里運(yùn)用共軛凸輪，能提高運(yùn)動(dòng)精度，減小沖擊，而且可以改善機(jī)構(gòu)的受力情況。

圖1 提綜機(jī)構(gòu)工作原理圖
1—大圓盤 2、3—共軛凸輪 4、5—擺臂 6—滑槽 7—滑塊 8—偏心輪
9—盤形連桿 10—提綜臂 11—提綜臂連桿 12、14—轉(zhuǎn)臂 13—轉(zhuǎn)臂連桿
15、16—綜框連桿 17、18—支撐桿 19—綜框

提綜機(jī)構(gòu)的作用是將主軸的動(dòng)力通過(guò)連桿和凸輪機(jī)構(gòu)傳遞給綜框，使綜框作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在綜框上裝有筘座，經(jīng)線從筘座中穿過(guò)。綜框作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)筘座運(yùn)動(dòng)，從而使經(jīng)線產(chǎn)生開(kāi)口?；? 作積極式運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)由勻速轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)合成，滑塊7 和偏心輪8 之間的關(guān)系為：滑塊是從動(dòng)件，它由滑槽帶動(dòng)?；瑝K的運(yùn)動(dòng)，使滑槽和偏心輪作變速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)偏心輪隨滑塊運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，這里相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)口曲柄，盤形連桿9 帶動(dòng)提綜臂10 做來(lái)回?cái)[動(dòng)，使綜框產(chǎn)生上升或下降的開(kāi)口運(yùn)動(dòng)，而選綜機(jī)構(gòu)則是用來(lái)選擇提綜臂的機(jī)構(gòu)，即被選中的提綜臂按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行動(dòng)作，而未被選中的提綜臂則停止不動(dòng)，通過(guò)這種有選擇的運(yùn)動(dòng)，可以在經(jīng)線之間形成不同形式的開(kāi)口，從而織出不同型式的花紋布料。選綜機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2 所示。

在圖2 中，選綜機(jī)構(gòu)是這樣工作的，主軸14 做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，而傳動(dòng)輪5 則以花鍵連接的形式裝在主軸上跟隨主軸運(yùn)動(dòng)，連桿6 活套在偏心盤3 上，偏心盤3 通過(guò)控制鉤8 連接傳動(dòng)輪5，提綜臂4 由連桿6 帶動(dòng)。而且在傳動(dòng)輪上有兩個(gè)相距180 度的凹槽，只要控制鉤進(jìn)入凹槽，傳動(dòng)輪就會(huì)帶動(dòng)偏心盤轉(zhuǎn)動(dòng)，而偏心盤就會(huì)帶動(dòng)提綜臂運(yùn)動(dòng)，從而起到選綜的目的。左右擺臂在共軛凸輪的作用下做擺動(dòng)在這里有這么幾種運(yùn)動(dòng)情況：1.電磁鐵吸合， 則擺桿12 頂動(dòng)左擺桿繞回轉(zhuǎn)中心順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

(1)如果之前提綜臂靜止，此時(shí)左擺桿的凸頭從控制構(gòu)的凹槽中脫出，控制構(gòu)由于受彈簧7 的回復(fù)力繞控制鉤的中心做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，控制鉤8 上的凸頭則滑進(jìn)傳動(dòng)輪5 的凹槽中，使得偏心盤與傳動(dòng)輪一起運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)連桿6 提綜臂4 運(yùn)動(dòng)，完成提綜動(dòng)作。

圖2 選綜機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
1．左擺桿彈簧 2．左擺桿 3．偏心盤 4．提綜臂 5．傳動(dòng)輪 6．連桿
7．彈簧 8．控制鉤 9．右擺桿 10．右擺桿拉簧 11．電磁鐵 12．?dāng)[桿
13．主軸

(2)如果之前提綜臂運(yùn)動(dòng)，此時(shí)控制鉤轉(zhuǎn)到右面，右擺桿凸頭滑入控制鉤的凹槽中，控制鉤受彈簧回復(fù)力作用繞控制鉤的中心做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使得控制鉤的凸頭從傳動(dòng)盤的凹槽中脫出，此時(shí)偏心盤與傳動(dòng)輪分離，綜框靜止保持提升狀態(tài)。

2. 電磁鐵不吸合，則擺桿12 頂動(dòng)右擺桿繞回轉(zhuǎn)中心逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

(1) 如果之前提綜臂靜止，此時(shí)左擺桿受左擺桿彈簧的作用繞回轉(zhuǎn)中心做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，左擺桿凸頭從控制鉤的凹槽中脫出，此時(shí)，控制鉤受彈簧回復(fù)力作用繞回轉(zhuǎn)中心左逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，控制鉤的凸頭滑入傳動(dòng)輪的凹槽中，使得偏心盤與傳動(dòng)輪一起運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)連桿6和提綜臂4 運(yùn)動(dòng)，完成提綜動(dòng)作使綜框下降。

(2) 如果之前提綜臂運(yùn)動(dòng)，此時(shí)控制鉤轉(zhuǎn)到右面，右擺桿繞回轉(zhuǎn)中心做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，右擺桿凸頭將不會(huì)影響控制鉤，因此傳動(dòng)輪繼續(xù)帶動(dòng)偏心連桿運(yùn)動(dòng)，綜框保持下降狀態(tài)。

2.2 開(kāi)口機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)

2861 型噴氣織機(jī)采用的是電子多臂開(kāi)口裝置，可帶動(dòng)16～32 片綜框單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，適合用于織造斜紋、鍛紋和小花紋織物。多臂機(jī)動(dòng)力消耗少，組織變化不必進(jìn)行改變機(jī)械結(jié)構(gòu)，品種變換較為方便。

2 PLC 控制

基于PLC 的2861 型噴氣織機(jī)電控系統(tǒng)充分采用當(dāng)今先進(jìn)的微電子技術(shù)和微機(jī)技術(shù)，采用西門子可編程序控制器，解決現(xiàn)有的控制系統(tǒng)無(wú)法解決的工藝差、穩(wěn)定性差、抗干擾能力差、故障率高的缺陷，使整個(gè)電控系統(tǒng)的控制水平有了很大的提高，反映了當(dāng)今國(guó)內(nèi)紡機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展方向，基于PLC 的噴氣織機(jī)多臂開(kāi)口機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)組成框圖如圖3 所示。

圖3 電子多臂開(kāi)口機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)組成框圖

2.1 織機(jī)控制程序基本流程圖:

圖4 織機(jī)控制流程圖

2.2 電子離合器

使用PLC 控制開(kāi)口機(jī)構(gòu)區(qū)別于以上陳述的凸輪控制，首先它采用伺服電機(jī)帶動(dòng)提綜機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，因此只要能有規(guī)律的控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)就能有選擇性的進(jìn)行提綜動(dòng)作。在這里采用電子離合器來(lái)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)電子離合器連接一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)，只要電子離合器通電，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)并間接控制一片綜框運(yùn)動(dòng)。其次它是利用PLC 采用軟邏輯線圈的原理，即將PLC的某位輸出置為高位1，電子離合器吸合，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；反之，將PLC 的某位置為低位0，電子離合器脫開(kāi)，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。利用PLC 的這種原理我們可以很靈活便捷的設(shè)計(jì)開(kāi)口機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律就可以織造出比凸輪開(kāi)口機(jī)構(gòu)斜紋、鍛紋和小花紋織物等不同種類的織物。

2.3 人機(jī)界面

人機(jī)界面須配備常用電源、啟動(dòng)、停止、檢測(cè)等等按鈕，另外還需配置可用于在線編程的模塊，通過(guò)此模塊用戶可以查詢、新建、編輯、存儲(chǔ)、以及人工輸入花紋控制程序，方便用戶操作。

2.4 斷經(jīng)檢測(cè)裝置

織機(jī)的定位停車位置，由PLC 根據(jù)絕對(duì)式光電編碼器確定。斷經(jīng)信號(hào)可由經(jīng)線的傳感器傳給PLC，PLC 根據(jù)用戶設(shè)定的斷經(jīng)停車角度和絕對(duì)值式光電編碼器的角度信號(hào)實(shí)現(xiàn)定位停車。根據(jù)經(jīng)紗的品種不同，調(diào)節(jié)PLC 對(duì)停經(jīng)片的靈敏度，可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)定位停車，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2.5 光電式旋轉(zhuǎn)編碼器

紡織機(jī)的所有運(yùn)動(dòng)與主軸的運(yùn)動(dòng)都密切相關(guān),因此在硬件資源上必須配備能夠測(cè)量主軸旋轉(zhuǎn)角度的設(shè)備,用光電編碼器作為主軸運(yùn)動(dòng)角度的測(cè)量裝置。光電編碼器的分辨率選擇為360,也就是主軸每轉(zhuǎn)一周,編碼器輸出脈沖信號(hào)360 個(gè),這樣通過(guò)PLC 上自帶的高速計(jì)數(shù)器計(jì)算出主軸運(yùn)動(dòng)的角度值.絕對(duì)值式光電編碼器軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，隨主軸位置的變動(dòng)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的代碼(二進(jìn)制碼)輸出。從代碼大、小的變更，即可判別主軸的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。并且它有一個(gè)臨時(shí)寄存器，當(dāng)停電或關(guān)機(jī)后再開(kāi)機(jī)重新測(cè)量時(shí)，仍可準(zhǔn)確地讀出停電或關(guān)機(jī)位置的代碼。一般情況下，絕對(duì)值式編碼器的測(cè)量范圍為0～360 度，編碼器將主軸所轉(zhuǎn)的角度所對(duì)應(yīng)的代碼傳給PLC，再由PLC 通過(guò)人機(jī)界面顯示，這樣用戶就可以準(zhǔn)確把握織機(jī)的停車角度、織機(jī)的轉(zhuǎn)速、停經(jīng)角度、停緯角度等。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于PLC 的2861 型噴氣織機(jī)電子多臂的控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，界面簡(jiǎn)潔，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于織造復(fù)雜花紋的噴氣織機(jī)系統(tǒng)，也可在其它無(wú)梭織機(jī)中也推廣應(yīng)用。

參考資料
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創(chuàng)新點(diǎn)：

作者的創(chuàng)新之處在于應(yīng)用PLC 控制噴氣織機(jī)的開(kāi)口機(jī)構(gòu)，從而將微電子技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代織造行業(yè)中，使微電子技術(shù)、信息傳遞技術(shù)與織造技術(shù)形成完美的結(jié)合,為以后進(jìn)一步將更多的電子裝置與系統(tǒng)與織機(jī)結(jié)合提供了理論支持。

作者簡(jiǎn)介：
胡兵，男，1982 年生，漢，在讀碩士研究生，研究方向：機(jī)械制造及其自動(dòng)化。
張淳，男，1957 年生，漢，教授，碩士生導(dǎo)師?，F(xiàn)任陜西科技大學(xué)教務(wù)處處長(zhǎng)。主要研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。