網(wǎng)絡(luò)化恒定張力控制及狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

【摘要】針對(duì)紡織企業(yè)傳統(tǒng)設(shè)備缺乏紗線張力恒定自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)以及斷紗、停機(jī)等運(yùn)行狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)化在線監(jiān)測(cè)問題。采用閉環(huán)實(shí)現(xiàn)恒張力控制，對(duì)設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，紗線張力自動(dòng)控制裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)電一體化集成度高，將張力測(cè)試、控制器以及張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)集于一體。設(shè)備信息基于以太網(wǎng)聯(lián)接，管理者和車間員工都能通過上位機(jī)軟件適時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，可提高紡紗設(shè)備的自動(dòng)化、信息化水平，促進(jìn)企業(yè)的管理水平及生產(chǎn)效率。

【關(guān)鍵詞】恒定張力；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；網(wǎng)絡(luò)化管理

1.引言

紡紗設(shè)備的特點(diǎn)是數(shù)量多，廣而散，分布于不同的車間，控制與管理復(fù)雜。目前對(duì)于紡機(jī)設(shè)備的研究主要致力于生產(chǎn)自動(dòng)化和管理自動(dòng)化。當(dāng)前生產(chǎn)自動(dòng)化的難點(diǎn)是紗線張力檢測(cè)和控制技術(shù)的研究，主要集中在提高測(cè)試系統(tǒng)的精度，性能，使用方便性及環(huán)境適應(yīng)上。管理自動(dòng)化主要體現(xiàn)在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)檢測(cè)，管理者和車間員工都能通過上位機(jī)軟件適時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，因此集自動(dòng)控制和智能化管理于一體的紡機(jī)測(cè)控系統(tǒng)是當(dāng)前紡機(jī)設(shè)備的發(fā)展方向。

2.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

紡紗設(shè)備群運(yùn)行狀態(tài)測(cè)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。每個(gè)紡紗錠都是一個(gè)單獨(dú)的張力測(cè)控閉環(huán)系統(tǒng)，每臺(tái)紡紗設(shè)備的張力測(cè)控系統(tǒng)都與一臺(tái)嵌入式ARM單片機(jī)進(jìn)行多機(jī)串行通信。每個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)根據(jù)單片機(jī)上位機(jī)設(shè)定的張力值進(jìn)行恒定張力獨(dú)立自動(dòng)控制，并能根據(jù)張力的極限值進(jìn)行斷紗、卡紗報(bào)警；每臺(tái)設(shè)備的上位機(jī)能隨時(shí)采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，每個(gè)操作工人可以通過一臺(tái)PC上位機(jī)看管多臺(tái)設(shè)備。每個(gè)車間的設(shè)備群運(yùn)行狀態(tài)經(jīng)數(shù)據(jù)組包、協(xié)議轉(zhuǎn)換等處理后由路由器聯(lián)接企業(yè)內(nèi)部以太網(wǎng)絡(luò)上傳服務(wù)器。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和報(bào)表生成可以再在服務(wù)器內(nèi)由上位機(jī)軟件完成。企業(yè)管理人員通過企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)查詢各設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

3.單錠繞紗的張力測(cè)控系統(tǒng)

紗線張力閉環(huán)控制如圖2所示，張力檢測(cè)裝置包含張力傳感器以及放大電路，將張力的實(shí)測(cè)結(jié)果反饋給單片機(jī)，在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，控制器通過設(shè)定值與實(shí)測(cè)值的比較，產(chǎn)生不同的信號(hào)對(duì)張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制來保證紗線張力的恒定?？刂葡到y(tǒng)包括：目標(biāo)張力的設(shè)定、張力的檢測(cè)及處理、模糊PID控制器、張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)[1]。

3.1 張力檢測(cè)裝置

張力檢測(cè)系統(tǒng)采用三輥式的張力測(cè)量結(jié)構(gòu)，1個(gè)測(cè)量輥，2個(gè)輔助輥，被測(cè)紗線繞于三個(gè)輥上。張力傳感器作為中間的測(cè)量輥，兩個(gè)光滑的導(dǎo)絲輪作為輔助輥。3根輥將紗線張力轉(zhuǎn)換成對(duì)中間測(cè)量輥的壓力。中間的張力傳感器對(duì)張力的測(cè)量是由貼在雙孔梁上下表面的4個(gè)電阻應(yīng)變片來完成，壓力被傳遞到雙孔梁上，雙孔梁相應(yīng)地產(chǎn)生與張力成比例的應(yīng)變，該應(yīng)變即轉(zhuǎn)換為電阻變化，然后通過電橋電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電量，然后傳輸給后續(xù)的信號(hào)處理裝置，通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析就可以獲取紗線張力及其變化信息。

3.2 參數(shù)自整定PID控制

常規(guī)的PID控制器是根據(jù)被控過程對(duì)象設(shè)定固定的參數(shù)，不能滿足時(shí)變性很強(qiáng)的紗線張力控制系統(tǒng)。常規(guī)PID控制器參數(shù)值設(shè)置不理想時(shí)，對(duì)于系統(tǒng)參數(shù)隨著時(shí)間不斷變化的紗線張力控制系統(tǒng)，可能會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，故該系統(tǒng)采用參數(shù)自整定PID控制器，即通過模糊推理實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)整[2，3]，如圖3所示。

參數(shù)自整定的模糊PID是在傳統(tǒng)PID算法的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算當(dāng)前系統(tǒng)紗線張力偏差e和偏差變化率ec，對(duì)該精確量進(jìn)行模糊化作為模糊推理系統(tǒng)的輸入，根據(jù)其相應(yīng)的隸屬度函數(shù)來確定這些輸入所歸屬于的恰當(dāng)?shù)哪：?，利用模糊控制?guī)則進(jìn)行模糊推理，查詢模糊矩陣表進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。

3.3 張力調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)

紗線張力的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要是由直流力矩電機(jī)、齒輪、擺動(dòng)臂和導(dǎo)絲器組成，當(dāng)紗線張力變化時(shí)，控制器輸出相應(yīng)的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)直流力矩電機(jī)。直流電機(jī)通過齒輪施加給擺動(dòng)臂轉(zhuǎn)軸的阻力矩則做相應(yīng)大小的變化，由此帶來擺動(dòng)臂的擺動(dòng)，擺動(dòng)臂上的導(dǎo)絲器會(huì)改變紗線的彎曲程度，進(jìn)而保證紗線輸出張力的恒定。

4.集成化的測(cè)控系統(tǒng)

集成化的張力自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)包括了擺動(dòng)臂、控制器、張力檢測(cè)鉤，將張力檢測(cè)器、控制器以及張力執(zhí)行機(jī)構(gòu)集成于一體，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。張力檢測(cè)鉤和直流力矩電機(jī)之間用控制器電路連接，并控制直流力矩電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；紗線穿行在幾個(gè)固定導(dǎo)絲器和擺動(dòng)臂上的活動(dòng)導(dǎo)絲器之間，當(dāng)張力檢測(cè)鉤檢測(cè)到紗線張力過大時(shí)，會(huì)控制直流力矩電機(jī)轉(zhuǎn)軸即時(shí)轉(zhuǎn)過一定角度，通過齒輪傳動(dòng)使擺動(dòng)臂回轉(zhuǎn)一個(gè)角度，固定在擺動(dòng)臂上的活動(dòng)導(dǎo)絲器會(huì)讓在其中穿過的紗線彎曲程度減小，紗線的卷繞張力隨之減??；反之，擺臂向外轉(zhuǎn)動(dòng)，拉長(zhǎng)紗線，彎曲度增加，張力隨之加大。

5.總結(jié)

本紗線張力恒定自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用于了絡(luò)筒機(jī)的改造，采用每錠單獨(dú)閉環(huán)控制每個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)通過單片機(jī)上位機(jī)與PC機(jī)相連，應(yīng)該表明，該系統(tǒng)不僅能進(jìn)行恒定張力控制，紡織工人還可以通過PC機(jī)顯示狀態(tài)精確定位，操作多臺(tái)位于車間不同位置的設(shè)備群，通過網(wǎng)絡(luò)化的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，企業(yè)管理者可以查看紡織設(shè)備斷紗次數(shù)、斷紗時(shí)間、停機(jī)時(shí)問、停機(jī)次數(shù)、運(yùn)轉(zhuǎn)率等運(yùn)行狀態(tài)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，監(jiān)督與管理企業(yè)生產(chǎn)狀況、設(shè)備運(yùn)行狀況、員工工作自律性與效率、紗線質(zhì)量等進(jìn)行。實(shí)際應(yīng)用表明，網(wǎng)絡(luò)化紡機(jī)設(shè)備群的恒定張力控制及狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可提高紡織行業(yè)的自動(dòng)化、信息化水平，促進(jìn)企業(yè)的管理水平及生產(chǎn)效率，降低企業(yè)的勞動(dòng)成本，改善工作環(huán)境，加強(qiáng)了生產(chǎn)過程的監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：盧雪萍（1976—），女，湖北應(yīng)城人，碩士，講師，現(xiàn)供職于紹興文理學(xué)院工學(xué)院，主要研究方向：電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化，工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。