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(jī)電氣控制設(shè)計(jì)中存在的幾個(gè)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(jī)控制系統(tǒng),便于操作,能夠提高工作者的工作效率,從而達(dá)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(jī)械;起毛剪毛機(jī);PLC控制

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

一、概述

起毛剪毛機(jī)被廣泛地應(yīng)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(qiáng)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(fēng)格的輕起毛到覆蓋整個(gè)織物組織如地毯那樣的重起毛。起毛直接影響到織物的風(fēng)格和質(zhì)量,通過起毛可增強(qiáng)織物的外觀和手感、提高織物的保暖性和實(shí)用性,由于起毛出現(xiàn)的問題一般都很難修復(fù),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(jī)一般分為兩類即織物刺果起毛剪毛機(jī)和鋼絲針輥起毛剪毛機(jī)。最初的刺果起毛剪毛機(jī)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(jī)是由單個(gè)滾筒(錫林)構(gòu)成,滾筒(錫林)整個(gè)表面上植有刺果,后來又發(fā)展成為兩個(gè)滾筒(錫林),分別在絨毛的正反方向上同時(shí)運(yùn)動(dòng)。不久,包有針布的羅拉滾筒(錫林)起毛剪毛機(jī),即鋼絲起毛剪毛機(jī)問世。

二、起毛剪毛機(jī)的工作原理

起毛是由于運(yùn)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(dāng)針輥的針尖插入織物面與織物產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)時(shí),由于彈性的關(guān)系,鋼針產(chǎn)生了相應(yīng)的位移,針尖邊滾動(dòng)邊移動(dòng),由織物內(nèi)部移向織物的表面(位移的同時(shí),還產(chǎn)生扒松纖維的作用)。當(dāng)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(shí)質(zhì)是利用強(qiáng)制性機(jī)械作用力,對織物紗線中的纖維結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jī)的總體設(shè)計(jì)方案

起毛剪毛機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)較為復(fù)雜,有多個(gè)電機(jī),包括錫林電機(jī)、順針輥電機(jī)、逆針輥電機(jī)、進(jìn)布輥電機(jī)、出布輥電機(jī)、擴(kuò)幅輥電機(jī)和疊布架電機(jī)。每個(gè)電機(jī)各有一個(gè)變頻器控制它們的電流頻率?？刂葡到y(tǒng)由于受單片機(jī)控制,在部分核心芯片損壞后的維修費(fèi)用昂貴,維修周期長。受到地域和經(jīng)費(fèi)的限制。

通過PLC編制出邏輯控制程序和觸摸屏上的人機(jī)界面進(jìn)行操作,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)操作;開放式的人機(jī)界面,可以方便工人們的日常生產(chǎn);出現(xiàn)故障后通過報(bào)警提示,直觀的PLC程序和設(shè)定PLC程序的故障點(diǎn),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(jìn)PLC程序和添加人機(jī)界面的新的參數(shù),可以擴(kuò)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(jìn)一步完善,可以改善加工的生產(chǎn)工藝流程,實(shí)現(xiàn)節(jié)能與節(jié)省生產(chǎn)成本的目的。

整個(gè)系統(tǒng)在硬件上采用電機(jī)數(shù)控結(jié)構(gòu),利用伺服電機(jī),編碼器等組成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)各部件間的同步要求,可以省去復(fù)雜的油浴潤滑的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng),將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡化到最低限度,并大幅度消除機(jī)械原因引起的故障停車,明顯提高起毛剪毛機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性,提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率和車速,相應(yīng)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(qiáng)、連接方便、性能價(jià)格比高、設(shè)計(jì)獨(dú)特、配置靈活等特性,能配置并采集各個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù),結(jié)合邏輯控制器PLC可以方便實(shí)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(shí)時(shí)性要求不高的場合非常適用于控制器與PLC之間進(jìn)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(jī)構(gòu)采用八個(gè)電機(jī),分別為兩臺控制上下剪毛刀的三相異步電動(dòng)機(jī),兩臺控制起絨操作的三相異步電動(dòng)機(jī),兩臺控制上下卷取的三相異步電動(dòng)機(jī),一臺控制輸入的電機(jī)和一臺控制收步的電機(jī)。

(二)控制原理

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

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

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

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

1.PLC是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心,接收來自觸摸屏和主電機(jī)變頻器的數(shù)據(jù)信息,進(jìn)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(gè)電機(jī)在控制器的引導(dǎo)下按照預(yù)定的數(shù)學(xué)模型有序運(yùn)轉(zhuǎn),保證整個(gè)系統(tǒng)正常協(xié)調(diào)的完成任務(wù)。此外PLC還要進(jìn)行順序控制過程中的工況分析,監(jiān)測系統(tǒng)各個(gè)部分是否正常運(yùn)行,發(fā)出故障警報(bào),并能夠排除故障,使系統(tǒng)重新恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

2.觸摸屏是人機(jī)換界面,也是整個(gè)系統(tǒng)的上位機(jī),通過RS485串行協(xié)議與PLC進(jìn)行通訊。通過這個(gè)平臺,操控者可以把控制意圖和控制命令發(fā)送給整個(gè)系統(tǒng),并可以通過PLC反饋系統(tǒng)的一些基本參數(shù)。同時(shí),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(yù)排除故障。

3.電機(jī)控制器是控制輸出的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。制動(dòng)輥電機(jī)變頻器通過編碼器反饋?zhàn)陨硇盘?作為系統(tǒng)標(biāo)定值,并通過臺達(dá)電機(jī)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(biāo)定信號,按照預(yù)定的模型運(yùn)轉(zhuǎn),同時(shí)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(jī)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(zhǔn)確及時(shí)地調(diào)節(jié)各分部電機(jī)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(yùn)行的物理環(huán)境,需要一臺系統(tǒng)主機(jī)作為監(jiān)視和控制的中心。同時(shí)還需要一套接口系統(tǒng)連接系統(tǒng)主機(jī)和控制對象,需要它不斷向主機(jī)提供被控對象的狀態(tài),同時(shí)也不斷將主機(jī)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(shí)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(jī)(觸摸屏、PLC)、通信接口、控制對象(電機(jī)、接觸器、電磁閥等)三個(gè)部分。

硬件組成:(1)人機(jī)界面:臺達(dá)A57G 5.7英寸灰度(顯示、上位監(jiān)控);(2)可編程控制器:臺達(dá)SS系列主機(jī)共94點(diǎn),其中模擬量輸入的8點(diǎn),開關(guān)量輸入48點(diǎn),繼電器輸出38點(diǎn);(3)變頻器:臺達(dá)M系列7.5KW/380V:2臺;臺達(dá)M系列2.2KW/380V:3臺;臺達(dá)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(jì)。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(jī)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(jī)控制系統(tǒng),便于操作,提高工作者的工作效率。

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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(xué)院助理講師,工學(xué)碩士,研究方向:電氣控制及其自動(dòng)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(xué)院助理講師,數(shù)控車工技師,工學(xué)碩士,研究方向:數(shù)控編程、數(shù)控技術(shù)、紡織設(shè)備改造。