李 芳，董 麗，朱麗娜，趙敏玲，尚德冰

(1.山東醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，山東 濟(jì)南 250002;2.濟(jì)南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250022;3.中國(guó)航空油料有限責(zé)任公司山東分公司，山東濟(jì)南 250107)

1 工藝過程分析

在溢流染色機(jī)的噴嘴內(nèi)，布受到噴孔處噴射出的染液的作用，進(jìn)入噴嘴彎管，實(shí)現(xiàn)布與染液的交換，然后進(jìn)入橫擺布機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)布液分離，布經(jīng)縱擺布機(jī)構(gòu)進(jìn)入J型槽，最后經(jīng)提布羅拉將布從J型槽提升到噴嘴，完成被染布的一個(gè)循環(huán)。染液從橫擺布機(jī)構(gòu)流回集水槽，經(jīng)泵的提升，進(jìn)入噴嘴，實(shí)現(xiàn)染液的一個(gè)循環(huán)［5］。

由溢流染色機(jī)的工藝過程可以看出布速與以下幾個(gè)因素有關(guān)［6］:(1)染色機(jī)噴口直徑。同樣的流量，當(dāng)噴口間隙小時(shí)，壓力大，布速加快;當(dāng)噴口間隙大時(shí)，壓力小，布速減慢。(2)提布羅拉。布與提布羅拉之間張力很低時(shí)，布易塞噴口;太緊不易塞住噴口但布速無法達(dá)到極限值。(3)水量。在布與染液剛開始接觸的過程中，布上的染液會(huì)越來越多，導(dǎo)致布的質(zhì)量會(huì)越來越大，布與提布羅拉之間的摩擦力發(fā)生改變，從而影響了布速。

由上面分析可知，布速受很多因素的影響，當(dāng)布與提布羅拉之間的總摩擦力增加到臨界值時(shí)，布與提布羅拉之間就發(fā)生了顯著的相對(duì)滑動(dòng)，形成了打滑現(xiàn)象［7］。因此，如何在避免布打滑的同時(shí)，又能測(cè)得布的速度就變得至關(guān)重要。

2 布速在線檢測(cè)方案

為了在減少布打滑現(xiàn)象的同時(shí)，又能測(cè)得布的速度，在此提出一種接觸式的測(cè)速方案。整個(gè)測(cè)速系統(tǒng)由測(cè)速滾筒、光電編碼器和單片機(jī)三部分組成，如圖1所示。其中，測(cè)速滾筒安裝在提布羅拉的上方。當(dāng)布在運(yùn)動(dòng)時(shí)施加給測(cè)速滾筒一定的摩擦力F，測(cè)速滾筒開始轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)速滾筒的線速度與布的線速度在接觸點(diǎn)處完全一致，直接測(cè)量測(cè)速滾筒的速度，就可以間接的得到布的速度。并且布在正常的速度范圍內(nèi)，它與測(cè)速滾筒之間的力是恒定的，因此，一定程度上避免了布的打滑。

圖1 布速檢測(cè)系統(tǒng)Fig.1 Speed detection system

圖2 測(cè)速原理Fig.2 relocimetry plinciple

為了保證測(cè)量精度，光電碼盤與測(cè)速滾筒同軸安裝且采用過盈配合。另外，光電編碼器輸出的兩路脈沖信號(hào)在傳送過程中容易受各種電磁信號(hào)的干擾且信號(hào)自身容易衰減［8－9］。因此，為了保證測(cè)量精度先將其轉(zhuǎn)化成差分脈沖信號(hào)，然后再傳送到單片機(jī)測(cè)量系統(tǒng)中。

另外，該裝置具有一定的通用性，當(dāng)染色機(jī)對(duì)厚度不一的布進(jìn)行染色時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)測(cè)速滾筒和提布羅拉之間的間距，進(jìn)行測(cè)量。

當(dāng)布的運(yùn)行速度測(cè)定出來以后，可根據(jù)測(cè)得的布速度，及時(shí)調(diào)整噴嘴壓力、染液進(jìn)出閥的開度以及染液溫度等，防止布出現(xiàn)染花現(xiàn)象，進(jìn)而保證布的染色質(zhì)量。

圖3 脈沖信號(hào)傳輸電路Fig.3 Transmission circut for pulse signal

3 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)主要包括編碼器信號(hào)傳輸和單片機(jī)測(cè)量系統(tǒng)兩部分。

3.1 脈沖信號(hào)的傳輸

光電編碼器輸出的是兩路相位相差90°的脈沖信號(hào)。為了保證測(cè)量精度先將其轉(zhuǎn)化成差分脈沖信號(hào)，如圖3所示，將脈沖信號(hào)PAA、PBB通過26LS31線性差分發(fā)送器變成差分脈沖信號(hào)輸出。到了接收端，由于差分接收器26LS32只對(duì)差分信號(hào)敏感，對(duì)干擾信號(hào)形成抑制。因此，可以把差分信號(hào)精確的還原成原始的脈沖信號(hào)PAA、PBB。最后，PAA、PBB分別通過高速光耦PC900送入單片機(jī)測(cè)量系統(tǒng)。

3.2 單片機(jī)測(cè)量系統(tǒng)

在染布過程中，需要檢測(cè)速度、液位、溫度及壓力等多路信號(hào)，因此選用資源比較豐富，性價(jià)比較高的C8051F021。系統(tǒng)框圖如圖4所示。

該型號(hào)的單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)的MCU芯片，具有32個(gè)Ⅰ/O引腳，5個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等豐富資源。在測(cè)布速時(shí)，只用到其部分資源。在圖4中，得到A，B兩路脈沖信號(hào)，把兩路信號(hào)同時(shí)接入一個(gè)計(jì)數(shù)器，在線速度計(jì)算時(shí)，除以2即可。用P2口做鍵盤輸入和故障及警報(bào)輸出，P3口做LED顯示。溫度、壓力、液位信號(hào)接單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換接口。另外，隨著群控系統(tǒng)的發(fā)展，布速的獲得一般是對(duì)多臺(tái)染色機(jī)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，因此，該測(cè)量方法必須實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)之間的通信，以方便對(duì)多臺(tái)染色機(jī)同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控?？紤]到傳輸速度和距離的問題，這里采用基于RS485接口的總線協(xié)議，單片機(jī)選用RS485接口［10］。

4 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序的設(shè)計(jì)和子程序的設(shè)計(jì)兩個(gè)模塊。主程序主要包括一些變量的初始化、端口的初始化和子程序的循環(huán)執(zhí)行等。子程序則是通過某些中斷被主程序調(diào)用。布速的在線檢測(cè)就放在中斷子程序中執(zhí)行。

在中斷子程序中，先利用定時(shí)器和計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)布速的瞬時(shí)檢測(cè)，同時(shí)利用變量t，N分別存儲(chǔ)總的時(shí)間和總的脈沖數(shù)，ni表示第i秒的脈沖數(shù)，Ni－1表示(i－1)次的脈沖總數(shù)，最后N的值等于Ni的值。當(dāng)染色機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)算出平均速度并顯示存儲(chǔ)。圖6為布速檢測(cè)的子程序流程圖。

5 實(shí)驗(yàn)

在溢流染色機(jī)實(shí)際染色過程中，布運(yùn)行的最高速度是6.3 m/s，正常速度是5 m/s。提布羅拉的直徑在0.3 m。為與系統(tǒng)匹配，測(cè)速滾筒的直徑取0.2 m。光電編碼器選擇歐姆龍E6B2－CWZ3E，轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生360個(gè)脈沖。

假設(shè)布與測(cè)速滾筒在接觸點(diǎn)處的速度為v，t時(shí)間內(nèi)測(cè)得的脈沖數(shù)為n，采用M法［11］測(cè)速原理，則布速v如公式1所示:

按照上面設(shè)計(jì)的方案，在溢流染色機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)采集多組數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到絕對(duì)誤差最大0.1 m/s，最小誤差0.08 m/s，可以滿足測(cè)量精度的要求，且在連續(xù)染色中，沒出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。

6 結(jié)論

針對(duì)染色機(jī)測(cè)速過程中存在的打滑，精度不高等問題，提出了一個(gè)新的、可行的測(cè)速方案，這個(gè)方案不僅解決了測(cè)速問題，而且可以一定程度上減少打滑現(xiàn)象。進(jìn)而通過測(cè)得的布速度，及時(shí)調(diào)整噴嘴壓力、染液進(jìn)出閥的開度以及染液溫度等，防止布出現(xiàn)染花現(xiàn)象。

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