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1 前 言 目前國內外染整設備技術(shù)發(fā)展總的趨勢是向環(huán)保、綠色、節能、低耗、高效、智能化方向發(fā)展。磨毛整理機的發(fā)展僅有幾十年的歷史。以德國、意大利為主的一些高檔超柔軟磨毛整理機誕生于上世紀90年代，到今天已經(jīng)形成了廣泛應用計算機控制等高新技術(shù)的發(fā)展趨勢。隨著(zhù)電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，國內磨毛機技術(shù)的進(jìn)步也相當的快，新一代磨毛機研發(fā)于21世紀初，但到目前為止其技術(shù)水平和國際最先進(jìn)磨毛機尚有一定差距 。國內外磨毛機產(chǎn)品的技術(shù)現狀對比分析如表1.1所示。 織物的張力 是織物與磨毛輥接觸松緊度的表現。在磨毛過(guò)程中,布面張力越大,布面與磨毛輥接觸越緊密,磨毛效果越好。但張力不能過(guò)大,否則織物強力下降也越多,影響織物性能,使磨毛效果變差,出現布面發(fā)花、絨毛不均勻,導致磨柳等疵品�？椢锉３趾愣ǖ膹埩杀苊獬霈F表面絨毛出現裂縫等瑕疵，所以在高速運行的磨毛機上，實(shí)現織物的實(shí)際張力保持恒定非常關(guān)鍵。 2 磨毛機主要工作單元 其中進(jìn)布輥、前導輥、后導輥、上導輥和出布輥為導布系統輥，是由伺服系統控制。錫林、左右磨輥和可調速擴幅輥由變頻控制。不可調速擴幅輥跟隨可調速擴幅輥啟動(dòng)、停止。 張力控制過(guò)程為：以織物張力為控制量，以導步輥轉動(dòng)速度為控制量建立恒張力閉環(huán)控制子系統。PCC通過(guò)模擬輸入端口實(shí)時(shí)接收張力傳感器檢測回來(lái)的值，從而判斷各處張力大小，根據張力設定值，運用PCC內部的PID控制算法，計算出伺服電機轉速變化量，通過(guò)高速脈沖輸出端口發(fā)送脈沖信號給伺服驅動(dòng)器驅動(dòng)電機旋轉，保證運行過(guò)程中系統張力恒定。 圖2.1磨毛機主要工作單元構成 (1)進(jìn)布輥(2)前導輥(3)后導輥(4)上導輥(5) 出布輥 (6)錫林(7)左磨輥(8)右磨輥(9)可調速擴幅輥(10)不可調速擴幅輥 3 電控系統框圖 本項目的電控系統主要由觸摸屏、PCC控制器、張力傳感器、伺服控制系統、變頻控制系統這5個(gè)部分組成 。其系統控制框圖如圖3.1所示。 圖3.1 磨毛機電控系統總體框圖 本項目中電控系統設計的核心主要是保證織物在正常運行過(guò)程中的張力恒定，通過(guò)張力傳感器檢測和織物進(jìn)布速度的閉環(huán)控制，用通訊方式同步，實(shí)現恒張力的實(shí)時(shí)控制以及多電機之間的同步協(xié)調運動(dòng)。即采用多軸傳動(dòng)張力控制系統，設計能夠反應真實(shí)變化的張力采樣方式，在運行過(guò)程中織物的實(shí)時(shí)張力通過(guò)4個(gè)張力傳感器進(jìn)行檢測，然后與設定的張力值進(jìn)行比較， PCC內部的PID模塊對實(shí)際張力進(jìn)行自動(dòng)調整，保證織物在運行過(guò)程中張力恒定。其觸摸屏采用的是B&R Power Panel 300 embedded，伺服電機采用的是B&R 8MS同步伺服電機。 4 基于PCC的軟件框架設計 系統軟件采用模塊式編程，軟件部分主要由“PT界面設計”、“主從通訊”、“變頻器控制”、 “伺服電機控制”及“張力調節” 等模塊組成。這里主要介紹張力調節模塊的設計。 4.1 PCC控制的軟件框架 開(kāi)關(guān)量和4個(gè)伺服的控制程序及驅動(dòng)程序等在PCC中編寫(xiě)。PCC的軟件框架圖如圖4.1所示。 圖4.1 PCC的軟件框架圖 4.2 PCC的軟件框架 上導伺服5和4個(gè)變頻器的控制程序放在PCC中編寫(xiě)。PCC的軟件框架圖如圖4.2所示。 圖4.2 PCC的軟件框架圖 4.3張力調節模塊設計 由于伺服控制系統不僅能控制速度，還能控制位置，與變頻調速相比，伺服控制更精確、可靠。所以本設計中張力調節控制采用的是伺服控制系統，其控制軟件采用PCC的內置PID調節 。 PID調節器由比例調節器(P)，積分調節器(I)和微分調節器(D)構成，圖4.3所示為PID控制系統框圖。 圖4.3 PID控制系統框圖 圖中R為設定的期望值，Y為控制變量，S為實(shí)際輸出值，e為控制偏差值(e=R-S)。 工作原理：直接采用PCC里面具備的PID指令編程模塊，從模擬量輸入通道獲取指定的張力信號--->AD--->張力數字量--->進(jìn)入PID模塊，按照設定參數(比例系數、微分時(shí)間、積分時(shí)間等)通過(guò)PID計算---->調整后的張力值，將運算結果放到輸出通道。通過(guò)公式轉換計算出調整后的頻率值。 4.3.2 PID控制算法 PID控制是根據給定值R(t)與實(shí)際輸出值S(t)之間的偏差e(t)來(lái)進(jìn)行控制的。將偏差的比例 (P)，積分(I)，和微分(D)通過(guò)線(xiàn)性組合構成控制量，對受控對象進(jìn)行控制 。 PID控制算法的基本運算式如下： 在張力控制中，綜合考慮PCC的運算速度和伺服控制系統轉速以及控制精度的要求，采樣周期設為200ms。 式中SK為第K次伺服電機輸出脈沖頻率，控制伺服電機的速度。SK-1 為上一次脈沖輸出頻率值。 △ek為實(shí)際輸出的脈沖數和應該要輸出的脈沖數之差。 △ek= ek- ek-1為第K次采樣所獲得的偏差數。 △ek-1= ek-1- ek-2為第K-1次采樣所獲得的偏差數。 Kp,Ki,Kd分別為比例系數、積分系數、微分系數。 實(shí)際調試過(guò)程可對Kp,Ki,Kd進(jìn)行調試，選定合理的值，保證偏差控制在合理的范圍之內。 4.3.3 張力控制程序流程圖 張力控制程序流程圖如圖4.4所示。 圖4.4 張力控制程序流程圖 首先張力傳感器的值被傳送到PCC的模擬輸入通道，通過(guò)模擬量轉換為數字量，之后可以先進(jìn)行張力預緊，使運行前各張力達到設定值的70%左右，以免全機啟動(dòng)后張力立即松掉。 全機啟動(dòng)后，伺服和變頻控制系統由0開(kāi)始加速運轉，進(jìn)行加速過(guò)程中張力的實(shí)時(shí)控制。在加速15s后系統進(jìn)入勻速運轉階段，此時(shí)，加速張力控制關(guān)閉，開(kāi)啟勻速狀態(tài)張力控制來(lái)實(shí)現勻速狀態(tài)下張力的實(shí)時(shí)控制。在勻速狀態(tài)改變設定值，就進(jìn)入加速或減速狀態(tài)，時(shí)間為5s。張力控制采用傳統的PID控制。全機停止時(shí)，開(kāi)啟減速張力控制，直到機器停止。 5 結束語(yǔ) 本設計主要從控制系統工作原理、硬件結構及軟件模塊設計等方面探討了磨毛整理機電控系統。采用PCC作為核心控制單元，將導布系統用伺服控制系統代替變頻控制系統后，使磨毛機運行過(guò)程中各張力值更加穩定。實(shí)現了技術(shù)突破，大大提高了生產(chǎn)效率和系統穩定性�？椢锝�(jīng)磨毛機加工后，手感柔軟滑爽，絨毛短勻，有的織物可達到觀(guān)之無(wú)毛摸之柔爽的效果，極大的提高了織物的附加值。 |
