《電子技術應用》
您所在的位置:首頁 > 其他 > 設計應用 > 特寬幅織機控制系統(tǒng)
Digikey(202412)
2024测试测量培训202410
特寬幅織機控制系統(tǒng)
中國自動化網(wǎng)
摘要: 本文介紹特寬幅織機計算機控制系統(tǒng)的分析與設計方法。主要介紹經(jīng)軸退繞過程數(shù)學模型、送經(jīng)伺服控制系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)、卷取控制系統(tǒng)以及送經(jīng)-卷取同步控制系統(tǒng)?;跀?shù)學模型,完成了控制系統(tǒng)組態(tài)。在控制算法方面,除了常規(guī)的張力閉環(huán)和速度閉環(huán)控制外,還應用了自整定、信號自適應、變增益以及多模態(tài)等先進控制策略??棛C已投入生產(chǎn)使用,用戶取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
Abstract:
Key words :

摘 要:本文介紹特寬幅織機計算機控制系統(tǒng)的分析與設計方法。主要介紹經(jīng)軸退繞過程數(shù)學模型、送經(jīng)伺服控制系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)、卷取控制系統(tǒng)以及送經(jīng)-卷取同步控制系統(tǒng)。基于數(shù)學模型,完成了控制系統(tǒng)組態(tài)。在控制算法方面,除了常規(guī)的張力閉環(huán)和速度閉環(huán)控制外,還應用了自整定、信號自適應、變增益以及多模態(tài)等先進控制策略??棛C已投入生產(chǎn)使用,用戶取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
關鍵詞 :特寬幅織機 退繞過程數(shù)學模型 自整定 信號自適應 變增益 多模態(tài)控制
1.引 言
(1) 應用行業(yè)
產(chǎn)業(yè)用織物包括機織土工布、工業(yè)用呢和工業(yè)用網(wǎng)。這類織機具有特寬幅、超重型的特點,一般幅寬在4至18米之間,最寬可達30米。國外只有少數(shù)幾家公司能夠生產(chǎn)特寬幅織機。因此,研究特寬幅織機控制系統(tǒng)具有重要意義。研制的控制系統(tǒng)也適用于通用織機。
(2)使用的產(chǎn)品
特寬幅織機控制系統(tǒng)如圖1所示。使用歐姆龍公司中大型——CS1系列PLC,包括PA209R(電源單元)、CS1H-CPU65H(CPU單元)、CP114(凸輪定位器單元)、CT041(高速計數(shù)器單元)、AD081-V1(模擬量輸入單元)、DA08V(模擬量輸出
單元)、ID231(DC輸入單元)、OD231(晶體管輸出單元)、OC211(繼電器輸出單元)、INT01(中斷輸入單元)、ENT21(Ethernet單元)、CPU底板以及擴展底板等。
2.應用的主要工藝點及要解決的主要問題
特寬幅織機控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。系統(tǒng)由送經(jīng)伺服控制系統(tǒng)、 卷取控制系統(tǒng)、送經(jīng)與卷取同步控制系統(tǒng)、織機啟動/制動控制系統(tǒng)、測長及定長控制系統(tǒng)、液壓投梭控制系統(tǒng)、引緯控制系統(tǒng)、單動多臂機構控制系統(tǒng)及自動潤滑系統(tǒng)等組成。主要工藝點是特寬幅織機五大運動的協(xié)調(diào)運行和最佳匹配??棛C在織造過程中,對張力(包括經(jīng)紗張力、織物張力、緯紗張力等)、速度(包括送經(jīng)速度、卷取速度、提綜速度、打梭棒打梭速度、引緯速度等)和各執(zhí)行機構開始動作與結束動作的時間配合等要求很嚴格,若控制不當或彼此之間配合不好,將會影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率,甚至會發(fā)生嚴重的生產(chǎn)事故,影響人身安全。
要解決的主要問題是實現(xiàn)各個部分在動態(tài)過程中的高精度協(xié)調(diào)運行,保證經(jīng)紗張力、緯紗張力及織物張力符合工藝規(guī)定的數(shù)值。

3.應用方案簡介
織機的控制系統(tǒng)包括10個控制子系統(tǒng):
(1) 送經(jīng)控制系統(tǒng);
(2) 卷取控制系統(tǒng);
(3) 送經(jīng)與卷取同步控制系統(tǒng);
(4) 織機的啟動控制系統(tǒng)(包括正常啟動、點動、投一梭、前心、后心、上軸);
(5) 織機的制動控制系統(tǒng)(包括正常關車、斷經(jīng)自停、斷緯自停、滿匹停車、護經(jīng)檢測自停、緊急制動);
(6)測長及定長控制系統(tǒng);
(7)液壓投梭控制系統(tǒng);
(8) 引緯控制系統(tǒng);
(9) 單動多臂機構計算機控制系統(tǒng);
(10)自動潤滑系統(tǒng)。
計算機控制系統(tǒng)由IPC610H型工控機、CS1型可編程控制器(PLC)、SR93型智能調(diào)節(jié)器及觸摸屏等組成??棛C的運動控制、順序控制和邏輯控制任務由CS1型可編程控制器來完成;溫度和壓力控制任務由SR93型智能調(diào)節(jié)器來完成。采用PWS6800C-P型觸摸屏,用于工藝參數(shù)設定、變量數(shù)值顯示、織機的開車、停車以及報警等。
4.應用方案詳細介紹
4.1 送經(jīng)伺服控制系統(tǒng)(電子送經(jīng):ELO)
(1) 送經(jīng)伺服控制系統(tǒng)組成
送經(jīng)伺服控制系統(tǒng)由經(jīng)軸、減速器1、伺服電機1、伺服驅動器1、導輥、后梁、經(jīng)紗張力檢測、編碼器、可編程控制器、工控機以及觸摸屏等組成。其作用是:織機每引一緯,經(jīng)軸送出定量的經(jīng)紗,并給經(jīng)紗以一定的張力,以滿足開清梭口、打緊緯紗的要求,獲得一定緊度和結構的織物。
(2) 經(jīng)軸退繞過程數(shù)學模型
為了有效地對經(jīng)軸退繞過程進行控制,首先要建立退繞過程的數(shù)學模型。
經(jīng)軸上經(jīng)紗的轉動慣量Jb為:

轉矩平衡方程式為:



以上,式(1)~(13)描述了經(jīng)軸退繞過程的動力學特征,為非線性、時變數(shù)學模型。
(3) 經(jīng)軸退繞伺服控制系統(tǒng)
針對退繞過程的數(shù)學模型來設計退繞伺服控制系統(tǒng)??刂撇呗园ń?jīng)紗張力閉環(huán)控制、變增益(增益調(diào)度)、變積分時間常數(shù)控制、信號自適應控制和多模態(tài)控制。
•張力閉環(huán)控制
根據(jù)式(10)、式(11)和式(13),經(jīng)軸半徑r1在退繞過程中是逐漸減小的,如果經(jīng)軸角速度不變,則線速度V1也逐漸減小,導致每織一緯的送經(jīng)量逐漸減少,造成經(jīng)紗張力F逐漸增大,這是不允許的。為了使經(jīng)紗張力穩(wěn)定在設定值上,首先實現(xiàn)基礎控制即張力閉環(huán)控制。
•變增益、變積分時間常數(shù)控制
根據(jù)誤差的大小自動改變增益值和積分時間常數(shù),達到響應快、抑制超調(diào)和無穩(wěn)態(tài)誤差的目的,這就是智能控制的思路。由PLC實現(xiàn)變增益、變時間常數(shù)控制。為實現(xiàn)這種控制,在控制程序中應用BCMP(68)指令,將誤差劃分為16級,即16個范圍,當誤差落在某個范圍內(nèi)時,相應的位變?yōu)镺N,則調(diào)出相應的增益值和積分時間常數(shù)。共有16個增益和16個積分時間常數(shù)可供自動調(diào)用,根據(jù)誤差大小自動改變控制器的參數(shù),從而穩(wěn)定了經(jīng)紗張力。
• 信號自適應控制
根據(jù)經(jīng)軸的實際半徑,即每當經(jīng)軸退繞一層紗線,控制器就自動地改變控制輸出,通過傳動鏈使送經(jīng)量保持在設定值上,這就是信號自適應控制。經(jīng)軸半徑信息由式(10)求得,退繞層數(shù)n1由編碼器PG1的脈沖數(shù)經(jīng)計算得到。在張力閉環(huán)控制的基礎上,采用變增益、變積分時間常數(shù)和信號自適應控制,有效地減輕了張力閉環(huán)控制的負擔,改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能,穩(wěn)定了經(jīng)紗張力。
4.2 卷取伺服控制系統(tǒng)(電子卷取:ETU)
卷取伺服控制系統(tǒng)由工控機、PLC、觸摸屏、伺服驅動器2、伺服電機2、減速機2卷取輥、導輥、胸梁、張力傳感器2以及編碼器等組成,其任務是與主機旋轉保持同步,變緯密自適應,卷取輥應提供足夠的握持力,保證穩(wěn)定地傳送織物。
4.3 送經(jīng)與卷取同步控制
送經(jīng)與卷取同步控制裝置的作用是在織機運轉過程中,保持最精確的緯密和恒定的經(jīng)紗張力,也就是保證送經(jīng)與卷取完全同步,并且與織機的主傳動系統(tǒng)同步。
PLC讀取經(jīng)紗張力傳感器信號、送經(jīng)量編碼器PG2信號、織物緯密傳感器信號、織物張力傳感器信號、主軸編碼器PG3信號和卷取量編碼器PG4信號,根據(jù)式(13),協(xié)調(diào)送經(jīng)、開口和卷取伺服系統(tǒng),保證經(jīng)紗張力恒定和緯密精確,并防止停車檔產(chǎn)生。
4.4 伺服系統(tǒng)的自整定
(1) 常規(guī)自動增益整定(nominal gain auto-tuning)
按照預設定(內(nèi)部設定)的模式使電機加速和減速,可從所需轉矩計算負載的慣量,然后根據(jù)慣量自動地決定適當?shù)脑鲆妗?br /> (2) 實時自動增益整定(real time gain auto-tuning)
在實際運行期間,實時地計算當時的負載慣量,自動地確定適當?shù)脑鲆?,并根?jù)負載的起伏及時地整定增益。在整定前要選擇機械剛性。還要根據(jù)負載情況選擇實時自動整定模式,分為負載慣量幾乎不變化、負載慣量變化小和負載慣量變化快三種。實踐證明,增益自整定顯著地改善了伺服驅動器、伺服電機以及機械裝置之間的匹配性能,縮短了系統(tǒng)的調(diào)試時間。
5.應用方案取得的效果
本項目已完成,特寬幅織機已投入生產(chǎn)運行,用戶取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。
6.應用方案的示范性
本文介紹的特寬幅織機控制系統(tǒng)的分析、設計及調(diào)整方法也適用于普通織機。
參考文獻
[1] 歐姆龍(中國)有限公司.可編程控制器CS1系列編程手冊.上海:OMRON
[2] 歐姆龍(中國)有限公司.CS/CJ系列可編程控制器指令參考手冊. 上海:OMRON
[3] Panasonic. 交流伺服電機驅動器MINAS A系列使用說明書.Japan:Matsushita Electric Industrial Co.,Ltd,2002
作者簡介
楊公源 教授 現(xiàn)任天津工業(yè)大學計算機技術與自動化學院智能控制研究室主任 曾任日本東京都立大學客座研究員,主要從事自動化和機電一體化的教學、科研、實驗等工作。

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),未經(jīng)授權禁止轉載。