毕业设计 剑杆织机设计

毕 业 设 计 说 明 书摘 要剑杆织机是最早发明和推广应用于生产实践的一种无梭织机，早期的剑杆织机选色、送经、卷取、开口、绞边等机构都是机械式，淘汰型剑杆织机只有一个电动机，一个开关箱(电气控制箱)。随着电子技术、自动化技术的迅猛发展，各织机制造厂不断地采用新技术、新材料、新工艺、提高了剑杆织机机电一体化的程度这里主要介绍的是以三菱 FX2N-32MR PLC为控制核心的剑杆织机电气控制箱的设计过程。它围绕PLC为核心控制器，建立整个控制系统的硬件和软件部分，来实现织机的启动、停车、点动、一纬、正反找纬、断经、断纬，油压低等故障自动停车、监控和报警等功能关键字 PLC FX2N-32MR 剑杆织机AbstractRapier is the first practice of the invention and applied to the production of a loom, rapier early color selection, off, take-up, open, Selvage and other institutions are mechanical, out-type sword Only one rod loom motor, a switch box (electrical control box.) As electronic technology, automation technology, the rapid development of the loom factories continue to adopt new technologies, new materials, new technology, improve the degree of mechanical and electrical integration loomThis introduces a kind ofFX2N-32MR PLC as the control center of the rapier electrical control box design process. It is the core around the PLC controller, the establishment of the control system hardware and software components,To achieve the loom to start, stop, jog, a latitude, both positive and negative find weft, warp, weft, low oil pressure fault auto parking, monitoring and alarm functions keyword PLC FX2N-32MR Rapier目录摘 要IAbstractII第一节 绪论11.1课题研究的目的与意义11.2 剑杆织机的现状21.3剑杆织机的发展趋势31.4本论文的主要内容3第二节总体方案设计42.1剑杆织机的工作原理42.2总体方案设计102.2.1设计任务112.3系统的模块设计11第三节 系统硬件硬件设计123.1PLC的选择123.2.1检测部分方案选择133.2.2输出部分163.2.3人机交互界面方案选择173.2.4电子送经卷取系统193.2.5纬纱选色213.3 PLC电气控制223.3.1主电气控制图223.3.2PLC的I/o分配223.3.3 PLC配置图24第四节 系统软件设计264.1控制系统的基本流程图264.2子程序设计274.2.1控制面板按钮功能274.2.2五大运动314.2.3电子纬纱选色324.2.4报警334.3机交互界面34第五节 小结35附录361系统原理图362部分设计程序如下37参考文献41第一节 绪论1.1课题研究的目的与意义剑杆织机是最早发明和推广应用于生产实践的一种无梭织机，早期的剑杆织机选色、送经、卷取、开口、绞边等机构都是机械式，淘汰型剑杆织机只有一个电动机，一个开关箱(电气控制箱)。随着电子技术、自动化技术的迅猛发展，各织机制造厂不断地采用新技术、新材料、新工艺、提高了剑杆织机机电一体化的程度 剑杆织机主要是为解决引纬方法而设计，包括刚性、柔性及可伸缩式的引纬方式。其主要产品是服装用面料，与其它引纬方式比较，剑杆织机的引纬方式适应于多色引纬，可以生产12色引纬的多式花样图案的产品，包括以往各种类型的纱线、生产各种类型的织物。积极式的剑杆驱动，可以对许多引纬比较困难的纱线完成引纬。 刚性剑杆织机引纬系统的最大优点是积极将纬纱传递到织口中心而不需要任何引导装置，刚性剑杆织机占地面积小，主要是筘幅宽度有一定的限度。柔性剑杆织机引纬系统的适应性强，应用范围广，引纬率显著增加，筘幅宽达460cm。20世纪最后15年，电子计算机引入织机，微电子CAD-CAM体系得到广泛应用，使微电子技术、信息传递技术与织造技术形成完美的结合，许多电子装置及系统与织机的结合成为剑杆织机的组成部分，尤其是微电子技术在剑杆织机上的广泛应用，包括引纬技术等。一些引纬元件大为改进，体积小巧、重量又轻。微电子技术的广泛应用，使剑杆织机的速度及引纬率大大提高。在各种引纬方式中，如片梭引纬、剑杆引纬、喷气引纬及喷水引纬系统中，剑杆引纬速度除喷气引纬外也是很高的。20世纪后50年剑杆织机取得显著进步，非凡在1995年米兰及1999年巴黎展览会上，向世界展示了最新型的高科技剑杆织机。 1.2 剑杆织机的现状我国无梭织机的开发和生产经历了近二十年的发展历程，进入了一个全新的发展时期，各织机制造企业通过技术引进、消化吸收与自主开发相结合的办法，开发和生产了剑杆、喷气、喷水和片梭织机，并且形成了一定批量的生产能力。生产企业遍及全国十几个省市50多家，年产高中低档不同类型的无梭织机近5万台，这些织机适用于棉、毛、麻、丝和化纤织物。品种比较齐全，技术水平也有高、中、低档之分，基本上可以适应市场的不同需求。无梭织机中的剑杆织机更是以其适应性强、更换品种方便等优点，深受用户欢迎，在国内无梭织机中占有相当大的比例。 目前国内市场上批量生产和销售的机型主要是从意大利舒美特公司的SM93机型、比利时毕加诺公司GTM机型、意大利斯密特公司的FAST机型、中国台湾亨得机型转化而来。其中第一种机型主要生产厂家有聊城昌润纺织机械有限公司(原聊城第一纺织机械厂，主要机型为 GA731、ER一1000)、经纬纺机公司(型号为JWGl724型)、泰坦纺机公司(型号为TT一 96)、西航纺机公司(型号为GA731B)、无锡龙力公司(型号为LL680)。第二种机型主要有：毕加诺(苏州)纺机公司(型号为GTMAS)、高淳纺机厂(型号为SGA726)、苏纺机厂(型号为 GA737A)、万利纺机公司(型号为WL450)、广东丰凯公司(型号为KT566)等。上海纺机(新龙)剑杆织机由意大利斯密特公司的FAST机型转化而来，三种机型除引纬部件略有不同之外，都为墙板式机架，共轭凸轮打纬、分离式筘座、8色选纬、机械式送经卷取(也可配电子式)，运转速度在300400r/min之间。电控系统采用单片机或可编程控制器。第四种机型主要有：中一机械公司(型号为SF888)、无锡龙力公司(型号为LL380)、济南鲁思达公司(型号为 JW780)等，运转速度在200280 r/min之间。另外，还有GA74系列普及型剑杆织机，主要生产厂家有上海纺机、苏州三和公司等，运转速度在160200r/min之间。近年来国外主要厂商的剑杆织机在体现高速化、智能化、自动化、多适用化、模块化方面作了改进和努力，直至推出新机型，如：在德国举办的ITMA展会上比利时必佳乐(Picanol)公司推出最新一代的OptiMax型剑杆织机，意大利斯密特(SMIT)公司推出最新的GS920型剑杆织机。两种织机都充分应用了最新的、综合性的模块化设计理念，可扩展和演化原机型，特别是斯密特(SMIT)公司机型采用“SMART”共用平台，除剑杆派生出GS920F型毛圈织机、GS920T型工业用布织机外；并可和该公司最新推出的JS900型喷气织机共用“SMART”平台，采用相同的模块结构和最先进的单元系统。近来各主要厂商在主传动方式、剑头交接纬纱的方式、剑杆运行(有无导钩系统)形式、织机可织产品的幅宽拓宽、产品的拓展(如：适用产业用布、异经类织物等)、降低能耗等方面作了不少的改进。1.3剑杆织机的发展趋势 剑杆织机的发展在我国有以下几个趋势(1)广泛采用成熟的电子控制技术，利用计算机对众多分电动机实行控制，提高织机智能化、远程控制等机电一体化水平，提高织机的可靠性和稳定性，便于操作和保养，如实现电子送经、电子卷取、电子多臂、电子选色、电子剪刀、电子绞边、纬纱张力自动控制、主传动自动变速。 (2)提高织物品种适应性和织造织物质量。如采用轻质小剑头、窄剑带、实行无走剑板的导轨走剑系统，减少剑头与经纱的摩擦，采用纬纱张力控制技术可适应纬纱在运动时的张力变化，提高织物品质。采用送经、卷取和主传动联动的电子控制技术，可自动控制经纱张力及变化，实现自动改变纬密功能，提高织物品种适应性和织物质量。 (3)减少经纬纱断头率，降低织机的故障时间，不断提高织机的可靠性和稳定性，提高开车效率。 (4)由于剑杆织机的增速受到本身构造特点和纱线承受能力等原因的限制，对于国外先进剑杆织机，当转速提高到700r/min以上后，继续增速已经不是未来一段时期的主要发展方向，重要是自动化水平的进一步提高。国内剑杆织机制造厂家由于已具备了独立开发新机型的能力，应加快研究新技术、新机型、继续提高车速。 (5)绿色织造。随着人们环保意识的增强，绿色织造就渐渐提到议事日程。这就对织机的开发提出了更高要求。织机振动、噪音的降低、先进电子控制技术和人机工程原理在织机上的广泛应用，将是织机设计人员重点考虑的课题。1.4本论文的主要内容这里主要介绍了一种以三菱FX2N-32MR为控制核心的剑杆织机电气控制箱的设计过程。它围绕PLC为核心控制器，建立整个控制系统的硬件和软件部分，来实现织机的启动、停车、点动、一纬、正反找纬、断经、断纬，油压低。主要有三部分：1、织机的工作原理分析，2、整体控制方案设计，3、整个控制箱的电气设计。本文着重介绍第三部分，包括电气控制的硬件和软件部分设计、人机交互软件设计和整个电气控制箱的设计。第二节总体方案设计2.1剑杆织机的工作原理 剑杆织机主要是由开口装置，引纬装置，打纬装置，送经装置，卷曲装置组成，这五个部分组成织机五个运动：开口，引纬，打纬，送经和卷曲。织布的形成就是通过这五大运动过程实现的。1，开口在开口过程中，经纱由综框带动作升降运动形成梭口，综框运动的性质对经纱的断头有着很大的影响。在梭口的形状和尺寸确定后，综框运动规律就成为影响开口运动效果的根本因素，对保证织造顺利进行和提高织机生产率及织物质量有着重要意义2，引纬引纬在织机两侧都装有剑杆和相应的传剑机构，这两根剑杆分别称之为送纬剑和接纬剑。引纬时，纬纱由送纬剑送至梭口中央，然后交付给对侧也已运动到梭口中央的接纬剑上，两剑再各自退回，由接纬剑将纬纱拉过梭口3，打纬把引入梭口的纬纱，在打纬机构的作用下推向“织口”，与经纱交织，形成具有一定纬密的织物。织口是经纱和织物的分界。织物的经纱密度和幅宽由打纬机构的钢筘来控制。梳形的筘是常用的打纬部件，它是一个摆杆机构，当向前摆动时，将已经引入梭口中的纬纱推至织口，同时综框反向运动，使织口闭合，进而使经纱与纬纱交织。4，送经织造过程中，经纱与纬纱交织成织物后不断地被卷走。为保证织造过程的持续进行，由送经机构陆续送出适当长度的经纱来进行补充，使织机上经纱张力严格地控制在一定范围之内。对送经的工艺要求是：保证从织轴上均匀地送出经纱，以适应织物形成的要求；给经纱以符合工艺要求的上机张力，并在织造过程中保持张力的稳定。5，卷取新型织机通常采用积极式连续卷取机构，在织造过程中，织物的卷取工作连续进行。部分积极式连续卷取机构以改变齿轮齿数来调节加工织物的纬密，存在纬密控制不够精确的弊病。随着织机技术的发展，产生了以无级变速器来调节加工织物纬密的机构，使纬密的控制精确程度得以提高。电子式卷取机构的出现，不仅简化了机械结构，实现纬密精确控制，而且在织造过程中可以随时改变卷取量，调整织物的纬密。由于开口、引纬、打纬、送经和卷取等五大运动都是以织机主轴转动一周的时间为运动周期，因此，可以用旋转角度来表示运动的开始、结束时间及各运动的相互协调关系。如图 2.1所示的是一个剑杆织机的主轴一周内各角度的主要动作在10位置时剪断上一次引纬的纬纱，65时梭口满开，梭口保持静止，80时引纬开始，到达250时引纬结束，开始打纬280时梭口开始闭合，到310时综平，梭口交织，310后开始下一轮的开口运动。打纬动作在0之前完成。不同的织机需要不同的时间配合。开口机构： 开口系统的作用是根据织物上机图上经纬交织的变化规律，按序及时带动经纱，将经纱分成上下两层，形成供载纬器通过的梭口通道。一、开口运动周期1.开口运动一般可分为以下三个阶段(1)开口时期：两片经纱离开综平位置上下分开形成梭口至满开，此阶段经纱处于运动状态，经纱张力由小到大逐渐增加；(2)静止时期：梭口满开后，经纱在上下两个极端位置静止不动，以使载纬器通过梭口；(3)闭合时期：载纬器通过梭口后，经纱从满开返回综平位置，使梭口闭合。此阶段经纱张力由大到小逐渐变化。上述三阶段形成一个开口周期，并不断循环，使织造连续进行。2.开口运动周期表示法(1)工作圆图表示法：如图2.2把开口三阶段的起止时间标志在象征曲柄回转的圆周图上，以箭头表示曲柄回转方向。该圆周的四个等分位置称为前心、后心、上心、下心。综平时间大致在上心附近。在该圆上还可标注织机其他各种主要运动的时间参数，以表示：织机各机构和运动的时间配合关系，此时的圆图称为织机工作圆图。依次对应于开口、静止、闭合三阶段的角度称为开口角、静止角、闭合角。由于在闭合、开口阶段内综框处于连续的运动状态，所以闭合时期和开口时期合称为综框运动时期。开口角、静止角、闭合角的分配随织机幅宽、织物种类、引纬方式和开口机构形式等因素而异。例如，在剑杆织机上为了保证交接纬纱运动的准确性，静止角应适当加大，在喷气织机上如采用六连杆开口机构，由于杆件结构关系，开口角和闭合角较大，而静止角较小。对于采用凸轮开口的高速织机，为使综框运动平稳和减少凸轮的不均匀摩擦，常采用开口角大于闭合角。开口过程中三个时期的时间分配既要为引纬提供良好的条件，又要使经纱在开口过程中不受到过分的损伤，要综合考虑。(2)运动周期图表示法：图2.3织物的开口周期图，该图假设梭口的高度上下对称，经纱上下作等速运动，开口三阶段的时间各相当于120。它以织机主轴的回转角作为横坐标，以经纱开口位移为纵坐标，按组织图上经纱循环的规律进行绘制。图中的折线是开口过程中各阶段梭口变化的示意曲线。2、 梭口形成与清晰度1.梭口形成开口时经纱随着综框的运动被分成上下两层，形成一个菱形空间，即为梭口。如图2.4 为经纱的最大升降动程，称为梭口高度；从织口B到停经架导棒D的水平距离为梭口长度或梭口深度，它又可分为梭口前部长度L1和后部长度L2；L3为综眼C1至后梁握纱点E的水平距离。L1与L2的比值称为梭口的对称度，以m表示。当m等于1时，称为对称梭口，m大于或小于1时称为不对称梭口。整个梭口被综框分为前后两个部分，综框前为工作部分，载纬器从这里通过引入纬纱。梭口满开时上下层经纱在织口B处形成的夹角称为梭口前角，在停经架中导棒D处形成的夹角称为梭口后角。图中的折线BCDE为综平时的经纱位置线，简称为经位置线。若D、E两点位于BC的延长线上，则经位置线成为一条直线，成为经直线。过A点所作的水平线称为胸梁水平线，又称经平线，是衡量后梁E高低的标准。后梁高于经平线，即P0时叫高后梁，后梁低于经平线，即P O时叫低后梁。经位置线对织造过程中经纱的断头、张力、伸长以及织物外观质量等都有显著影响，应予以调节控制。织造生产中所进行的经位置线调整一般是指后梁位置的改变，而其他各点的位置一旦确定，一般不再变化。2.梭口清晰度梭口前部上下层经纱各自处于同一平面的程度称为梭口的清晰度。若梭口前部上下层经纱都各自准确的处于同一平面就称为清晰梭口，它利于载纬器的通过，但这种开口方式经纱容易纠缠，后综框动程大，易造成经纱断头。若梭口前部上下层经纱不处于同一平面就称为不清晰梭口，如果前部梭口上层经纱不在同一平面而下层经纱在一个平面内，则称为半清晰梭口，在这种情况下，综框动程的差异较小，后综的动程小于清晰梭口，这是有利的，但要防止因载纬器穿入非清晰的经纱层面而造成错织和断经。三、梭口高度与综框动程1.梭口高度开口时经纱的最大位移称为梭口高度，各页综框处的高度是不一样的，从织口向后梁方向逐页增大，这样前部梭口呈锐三角形。为了达到高速运转的目的，无梭织机的梭口三角形趋于小型化，其梭口角一般取2325且呈非清晰梭口。目的是在保证梭口开启，引纬器顺利通过的同时，尽可能的减小钢筘与综框的摆动动程，以减少经纱与它们之间的摩擦，有利于减少经纱断头。 2.综框动程开口过程中综框的最大位移称为综框动程。对于清晰梭口，各页综框的开口高度不一，其动程也各异，两者关系为：Si =Hi + e1+e2+e3式中：Si综框动程；Hi综框处的梭口高度；e1综丝眼长度；e2综丝耳环与综丝杆间的间隙；e3综框及其传动连接件的变形以及运动副中的间隙所造成的动程减少量。四、综框运动规律综框运动规律常用的有简谐运动规律、椭圆比运动规律和正弦加速度运动规律等，前两种用于速度不高的织机上。由于无梭织机的高速化，对开口运动提出了更高的要求，如开、闭口角不相等，后者短一些以增加静止时间；甚至向上开口与向下开口的动程或时间亦不相等，以适应不同的引纬方式。这些变动使综框运动更加复杂化，必须对运动方程式作相应的修正或采用多种曲线的组合。五、开口过程中经纱的拉伸变形在开口过程中经纱的拉伸变形的大小与梭口高度和深度有关：在梭口前、后部高度和深度一定时，经纱的伸长变形与梭口高度平方近似成正比；梭口高度一定时，梭口深度愈长，经纱的伸长愈小。由于无梭织机车速较高，经纱的变形时间非常短，可看作是急弹性变形，在这种条件下，经纱张力与其伸长变形成正比。为防止因张力过大而引起经纱断头，应控制合理的梭口高度，力求较长的梭口深度。六、开口机构的类型开口机构具有多种类型，以织制不同类的织物，通常有曲柄、偏心、凸轮、多臂、提花和电子开口六种类型。1.曲柄开口机构曲柄开口机构的连接点均是转动副，对高速运转有利，用于高速剑杆织机和某些喷气织机。曲柄开口机构的运动特性是相对静止时间短，一般只能用来织造平纹织物，每两纬一个循环的完全组织，且不适合于宽幅织机，这只是它的主要缺点，但是制造加工容易，成本较低。2.偏心开口机构偏心传动开口机构的偏心装置有滚针轴承套装在织机中轴上，中轴的转速是织机主轴速度的一半。这种机构不仅能高速运转，而且适于微机控制。一般这类织机在运转时没有静止时间，综框运动近似于简谐运动。如果这种偏心机构的传动轴通过变速机构传动，如同回转多臂那样，综框运动也可以有停顿时间并用在普通的或宽幅的织机上。3.凸轮(踏盘)开口机构凸轮传动开口机构包括用弹簧回综的消极凸轮机构(踏盘)和积极式外侧共轭凸轮机构。共轭凸轮开口机构可避免或减少其在高速运转时因间隙而引起的冲击和振动。这种机构通常用于大量生产织物的现代织机上，尤其是用于织密织物时用48页综框织平纹织物，它容易使综框运动获得静止并具有不对称性，而且是综框的平综时间相互叉开，使经纱的断头率减少。凸轮开口机构适宜于生产从22到6 6三原组织及其变化组织的织物，包括灯芯绒等绒织物。4.多臂开口机构多臂开口机构是一种提综器，新型多臂机提综数可达1224页综框，各页综之间的片距一般为12 mm。织物组织的循环理论上不受限制可为486400纬，常用范围一般小于1000纬。现代无梭织机所用多臂机的特点是都用全开梭口取代半开梭口或闭合梭口。综框可以按照织物组织的要求保持停留在上方或下方，只有在改变起伏方向时才做升降运动，另外，梭口满开时综框都有停顿时间，它具有利于选择提综，又利于提高车速。它没有任何浪费的动作，从而有利于减少经纱的断头。多臂机构适用于小花纹组织的织造，如提花府绸、床单、浴巾等尤其适合于织制各种毛料织物。现代多臂机主要有三种结构：复动式积极多臂如Staubli 2232；复动式消极多臂如Staubli 2500及2560系列的电子多臂；回转多臂如Stauble2600式及2800系列的电子多臂。5.提花机开口机构提花开口机构的特点是每一根经纱都有一根综线控制，而不是用综框，可以使每一根经纱独立的上下运动，可织造复杂的花纹组织。提花开口机构有单动式、复动式和单花筒、双花筒之分。单动式配置一组竖钩和一个刀架。织机主轴每一转刀架升降一次，形成一次梭口；复动式则配置两组竖钩和两个刀架，织机主轴每一转，两个刀架交替各自升降一次，形成两次梭口。单花筒提花机中，每形成一次梭口花筒要回转一次；双花筒提花机则有两种情况：一种是两只花筒各管一种花纹，适宜于织制两种花纹交替配置毛毯和毛毯类织物，以节约纹板，另一种是每形成一次梭口两只花筒轮流作用，使每只花筒的动作减少一半，花筒的回转速度可以缓慢，以适应提高车速的要求。提花机的规格一般用针数(号数、口数或孔数)来表示，即其所能容纳的横针数。400600针提花机较多用于针织行业的经编机。9002688针提花机多用于棉织行业，织制各种提花棉织物，140015000针提花机多用于丝织行业及装饰布行业，织制各种提花被面类的丝织物及装饰布织物。6.电子开口机构电子开口机构是一种新技术，每片综框的运动由单独伺服电动机控制和驱动，可通过多功能操作盘自由设定每片综框的运动方式、上下不同的静止角和闭合时间。适用于一些特殊织物的织造。2.2总体方案设计 织机电气控制系统的总体结构，如图2.5示。PLC对一系列输入信号进行处理后，做出相应的动作，完成对织机的控制。传感器采用绝对值式光电编码器，准确给出织机主轴任何定位角度，由经停按钮和停经片等组成经停检测装置，该按钮可在织机后部控制织机停车，拔出后用于织机调试。2.2.1设计任务设计一个织机电气控制系统，主要有电控箱中的主控制器、电源、测量和控制接口，包括PLC配置设计、人机交流界面设计和电气设计。设计的主要内容：1 课题相关资料的查询与搜集2 基于PLC的剑杆织机控制系统总体方案设计3 基于PLC的剑杆织机控制系统硬件设计及其调试（包括器件选择、原理图设计）。 4 基于PLC的剑杆织机控制系统软件设计及其调试。2.3 控制系统硬件结构送经机构送经机构, 把经轴上的经纱退解下来, 送入编织区。有消极式和积极式两类。消极式机构中经轴为经纱张力拉动而送出经纱, 不需要专门的经轴传动装置,适合于编织送经量多变的花纹复杂的组织。由于经轴转动惯性大，易造成经纱张力较大的波动。积极式送经机构采用专门的传动装置使经轴回转送出经纱。随着编织的进行，经轴直径逐渐变小，因此主轴与经轴之间的传动装置必须相应增加传动比，以保持经轴送经速度恒定，否则送经量将愈来愈少。积极式送经机构又有张力感应式和线速度感应式之别。张力感应式机构通过张力杆感应经纱张力的大小来控制经轴的转速。线速度感应式机构通过测速装置感应经纱运动速度的大小来控制经轴的转速。这类机构以预定线速度送出经纱, 能在高速运转条件下稳定地工作。电子送经是通过独立的伺服电机来做动力源，使用张力传感器来检测经纱的张力，当张力很大时，微电脑控制伺服电机增加转速，减少张力；当张力很小时，微电脑控制伺服电机减小转速，增大张力。这样，织造的过程中，经纱的张力比较平衡。卷取机构卷取机构的作用是以预定的速度将织物从编织区牵引出来并卷绕成布卷。经编机在运转时，坯布牵拉的速度对坯布的密度和质量都有影响。机上坯布的纵向密度随着牵拉速度的增大而减小，反之亦然。因此，为了要得到结构比较均匀的经编坯布，就必须保持牵拉速度恒定传动机构织机主轴的传动：为适应不同原料、织物品种的要求，织机从起动到正常运转需采用不同速度传动。在织机生产中，根据所采用电动机的不同性能而有不同的变速方式。高速经机一般使用高起动转矩的电动机，其起动转矩一般不小于正常运转时满载转矩的3/4，以确保快速起动，使经机在尽可能短的时间内加速到全速运转状态，减少开停车条痕的横列数，改善坯布的质量。经编机常用的变速方式有下皮带盘变速和电动机变速两种。成圈机件的传动：为了使成圈过程中各机件产生一定规律的运动并保证纺织的顺利进行，成圈机件的传动机构必须满足：保证各成圈机件的运动在时间上能密切配合；尽量使机件在运动中轻快平稳，避免出现速度的急剧变化；传动机构的结构尽可能简单，制造加工方便。经编机上采用的成圈机件传动机构，一般有凸轮机构、偏心连杆机构和曲柄轴传动机构三种。2.3系统的模块设计系统主要有几个模块组成：PLC控制装置，角度编码器装置，经纱检测装置，纬纱检测装置，离合制动部分，报警保护部分，人机交互界面方案，电子送经卷曲，纬纱选色部分，PLC控制装置：采用的三菱公司推出的FX2N-32MR角度编码器装置：采用的是天津霍德生产的绝对式HJM 经纱检测装置：采用电气式经纱检测装置纬纱检测装置：采用电气式纬纱检测装置离合制动部分：采用DSG电磁离合器启动、制动报警保护部分：只要把这个四色警灯的对应的四个信号线头与PLC输出口一一相连接即可。人机交互界面方案：在本设计中采用F900GOT系列人机界面中的F940GOT-SWD电子送经卷曲：采用伺服电机控制送经和卷取机构纬纱选色部分：PLC对应的3个I/O口依次连接织机上3个选色磁铁的电路信号，实现控制3个选色电磁，达到选色目的第三节 系统硬件硬件设计3.1PLC的选择3.5.3 PLC地址分配三菱FX2N系列PLC作为经编机装置的控制器，进行全开关量输入、输出的控制，实现经编机装置的启动、停车、急停、断经停车等功能，并对整机进行自动监控。FX2N系列PLC的用户存储器可扩展到16K步，I/O点最多可扩展到256点，有27条基本指令，其执行速度超过了很多大型PLC。该系列还具有多种特殊功能模块，如模拟量输入/输出模块、RS-485串行通信模块和功能扩张板等。电气控制装置的资源配置I/O口地址分配如表8-1所示。表8-1 PLC的I/O地址分配表输入地址输入器件功能输出地址输出器件功能X0经纱检测信号Y0绿指示灯X1编码器信号0Y1红指示灯X2编码器信号1Y2黄指示灯X3编码器信号2Y3电子送经X4编码器信号3Y4梳栉横移X5编码器信号4Y5报警电铃X6启动按钮Y6停车X7停车按钮Y7低压制动X10急停按钮Y10变频器启停X11油压信号Y11变频器故障报警指示灯X12经停信号Y12运行X13变频器报警输出信号Y13变频器报警复位X14消铃按钮Y14变频运行信号（STF）中间变量地址分配如表8-2所示。表8-2 中间变量地址分配表地址功能地址功能M0启动M11断经停车M1停车M12运行角度控制M2低压制动中间变量M13电子送经M3高压制动中间变量M14梳栉横移M4急停M15变频器报警复位M5变频器故障消铃M16送经伺服电机M6运行M17横移伺服电机M7经停信号M19光电编码器触发信号M8油压信号M20光电编码器角度显示M9经停停车M21变频器启动M10断经信号M22变频器停止在本次设计中只有四十几个I/O口，可以使用一个外加一个16输入和16输出的扩展模块解决，这样可以降低成本。PLC许多技术参数，在选择PLC时，主要考虑以下几点1，输入/输出点数2，存储系统程序的容量3，扫描速度4，指令数5，编程语言6，模拟量输入输出模块及其他智能模块7，通讯功能8，性能价格比与供货公司的技术服务质量PLC的主要品牌有：三菱，西门子，koyo,omron,等。本论文采用的是三菱电机公司生产的FX1NC-32MT，因为FX1NC-32MT性价比好，且近年来，在国已经广泛应用于各行各业的生产过程的自动控制中。FX2N系列是符合普通设备性价比要求的微型PLC。FX2N系列兼备输入输出扩展、模拟量控制，通讯，链接功能等扩展性，所以，不仅在FA，也广泛使用在其它领域。控制规模16256点（基本单元：16/32点）特点1.集成型&性价比连接小型FX2NC系列的输入输出扩展模块后，输入输出点数量最大可以为128点。可以与代替中继端子台使用的终端模块连接，使控制柜内的配线更省力。2.机身小巧，高速运算基本指令：0.550.7us/指令应用指令：3.7数100us/指令3.使用放心，存储量大的存储器规格内置8000步EEPROM存储器安装存储盒后，最大可以扩展到16000步4.丰富的软元件资源辅助继电器：3072点定时器：256点计数器：235点数据寄存器：8000点5.面向海外的产品适合种安全规格规格概况规格概况电源电源规格DC电源型：DC24V输入输出输入规格DC24V7mA/5mA无电压接点，或者NPN集电极开路型晶体管输入（光电隔离）输出规格晶体管输出型：0.1A/1点，0.8A/8点公共端，DC5V30V输入输出扩展特殊扩展可以直接连接FX2NC系列的扩展模块。通过FX2NC-CNV-IF型连接头转换适配器，可以连接FX0N，FX2N系列用的扩展模块性能程序内存内置8000步EEPROM、注释输入、可以在RUN时写入时钟功能内置实时时钟（有时间设定指令，时间比较指令）指令基本指令27个，步进梯形图指令2个，应用指令85种运算处理速度基本指令：0. 在本次设计中只有四十几个I/O口，可以使用一个外加一个16输入和16输出的扩展模块解决，这样可以降低成本。3.2.1检测部分方案选择1、角度编码器织机的所有运动与主轴的运动密切相关，因此在硬件资源上，必须配备能够测量主轴角度的设备。本设计选用旋转光电编码器作为主轴运动角度的测量装置。选择它的分辨率为360，也就是主轴旋转一周，编码器输出360个脉冲信号。光电旋转编码器是一种集光、机、电于一体的角度检测装置，由安装在转轴上的光栅码盘和光电检测装置组成，光栅码盘的转轴与被测转轴同轴，被测转轴旋转时，光栅码盘与其同步旋转，经电子元件组成的检测装置利用光电转换原理将旋转位置和方向转换成相应的信号，其原理如图6-4所示。为判断旋转方向，码盘需提供相位相差90电角度的两路方波信号。光电编码器具有体积小，精度高，工作可靠，接口数字化等优点。旋转式光电编码器，抗干扰能力强，可以在不同的环境中工作，寿命在100亿次以上。旋转式光电编码器容易做成全封闭型式，易于实现小型化，传感长度较长，具有较长的环境适用能力，因而在实际工业生产中得到广泛的应用。根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。图3.1角度编码器原理示意图方案一：选择增量式光电编码器;增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。方案二：采用绝对式光电编码器。绝对式光电编码器的基本原理及组成部件与增量式光电编码器基本相同，也是由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成。与增量式光电编码器不同的是，绝对式光电编码器不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码，用不同的数码来分别指示每个不同的增量位置，它是一种直接输出数字量的传感器。方案三：采用混合式光电编码器。混合式绝对值编码器，它输出两组信息：一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能；另一组则完全与增量式编码器的输出信息等同。增量式光电编码器的缺点是它无法直接读出转动轴的绝对位置信息，而且用增量式光电编码器有可能由于外界的干扰产生计数错误，并且在停电或故障停车后无法找到事故前执行部件的正确位置。绝对式光电编码器的优点是：可以直接读出角度坐标的绝对值；没有累积误差；电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，即精度取决于位数。混合式光电编码器既有绝对式光电编码器的优点，同时又有增量式光电编码器的缺点。只有绝对式光电编码器可以避免法直接读出转动轴的绝对位置信息的缺点，故选择方案二。 这里我们选择的是天津霍德生产的绝对式光电编码器型号是HJM 2、经纱检测在织造过程中，难免会发生经纱处于不正常的状态，出现经线过分送紧和断经的异常情况，使织物形成瑕疵，降低织物的质量。为此，就必须需要设计一个经纱检测装置。方案一：采用机械式经纱检测装置。采用机械断头自停的方法，当方式断经纱是，停经片落下，通过一连串的机械联动运动，使织机停车。机械式经纱检测装置结构比较复杂，断经或者经纱过分松紧时，断经停车动作容易失灵，对于宽幅织机更加不合适使用。在主轴回转一周的时间内，摆动齿杆做一次单向摆动，紧对一半的经纱进行检测，容易造成断经的漏判。方案二：采用电气式经纱检测装置。光电式经纱断经电气检测装置由停经片和成对的红外发光管、二极管组成检测部分。经断时，停经片将断经检测电路接通，发出断经信号给可编程控制器，经可编程控制器逻辑处理后送出停车信号，使织机定位停车。光电式经纱断经电气检测装置结构简单，作用灵敏、可靠。经过以上优缺点比较分析，选择使用第二种方案。图3.23、 纬纱检测在织造过程中，难免会发生纬纱处于不正常的状态，出现多纬、重纬和断纬的异常情况，使织物形成瑕疵，降低织物的质量。为此，就必须需要设计一个纬纱检测装置。方案一：使用机械式纬纱检测装置。采用探针式断纬方法，在织机正常工作时，通过探针的纬纱都是绷紧的，当有其中有断纬发生时，纬纱落下，通过一连串的机械联动远动，实现机械停车，再通过接近开关产生断纬信号，是织机定位停车。方案二：采用电气式纬纱检测装置。在织机上，断纬停车通常使用压电陶瓷传感器检测纬纱方式。探纬从储纬器中引出之后，经过压电陶瓷传感器的导纱孔，紧张状态的纬纱压在传感器的导纱孔上，当纬纱快速的通过导纱孔时，孔壁带动压电陶瓷晶体发生震动，产生交变的电压信号。如果纬纱用完，交变电压信号输入到纬纱信号处理板；纬纱信号处理板将这两个信号整形，放大，并加以比较，从而判断出纬纱是无纬、单纬还是多纬，并将判断结果信号送给可编程控制器；这一信号与装在织机右前方的纬断定位停车开关的信号组合后发出停车信号，使织机在305度至312度定位停车。方案一的器件较少，安装简单， 可以满足整个系统的控制要求，但是停车部分的机构比较复杂，经过长时间的运动，容易磨损。方案二功能强大，可以检测到断线的具体位置，方便操作工及时处理断线问题。经过以上优缺点比较分析，选择使用第二种方案。3.2.2输出部分1、离合制动部分织机的离合制动部分包括主传动和辅助（慢车）传动两个主要组成部分，前者驱动电机以正常的转速运转，后者由一慢速电机驱动，在织机执行找断纬、对口等辅助织造功能时起作用。系统信号经反馈以后，由PLC发出指令，进行有效的动作来完成控制任务，该部分由离合器、制动器及离合制动电路板、固态继电器等组成，能够实现离合器、制动器的得失电控制。采用DSG电磁离合器启动、制动。采用按钮操作可以按需要做到定位停车，如断纬停在开口位置，断经停在综平位置等。故障处理后，可以直接开车。另外，由于DSG电磁离台制动器本身结构上的特点，即离合与制动相互联锁，点动时采用弱制动，制动器线圈不通电，不需要采用复杂的去磁电路，使电气控制变得非常简单，可以采用一般继电器线路，方便使用和维修保养。电路图如下图3.32、报警保护部分以各种不同颜色的指示灯表示织机的不同故障情况状态，为操作人员提供预警，报警信息。24V的四色警灯可以直接到电器市场上购买，物美价廉，而不必花费心思设计和制作它。只要把这个四色警灯的对应的四个信号线头与PLC输出口一一相连接即可。3.2.3人机交互界面方案选择织机时常会发生断线、换纱线、清理乱絮、换花型和停车等问题，为了检测、报警，还有实现人工设定织机工艺参数，必须采用一个方便实用的人机交互界面。方案一:采用按钮、开关、指示灯组合使用。尽管操作方便，但是为了满足复杂可变的织机工艺、工作参数设定和检测要求，硬件数量通常较多繁杂，价格也不低。很多信息都只能用信号灯以模拟信号输出， 很难做到及时准确地进行人机交互。方案二:选用F940GOT-SWD中文显示界面配合按钮一起使用。采用中文人机界面作为剑杆织机的显示屏。中文信息使操作和维修上的工作变得方便快捷。各种织机工艺参数、电子选色参数、生产管理数据、故障信息都在界面上设定和显示。方案三: 选用GP270L工业触摸显示屏作为PLC上位通讯，不需要PLC上位通讯模块，直接与PLC编程口通过RS-422联接。通过与下位机PLC通讯完成织机的各种参数的设计，实现了柔性化，操作方便、快捷。触摸屏输入，操作使用方便，工作人员的工作量可以大量减少。第一方案是一种传统模式，第二种和第三种方案的性能差不多，基本上可以满足需求，但是考虑到成本，选择第二方案。在经编机控制装置中，选择触摸屏为装置的人机交互设备，主要完成控制信息的输入、显示功能。装置运行时需要用户设定的控制参数主要包括:主电机运行速度、送经速度、送经张力等。触摸屏需要将这些控制信息通过串口将它们传送给PLC，PLC按照用户所设定的编织参数，根据光电编码器检测的位置信号，对变频器和伺服驱动器发出合适的控制信号，同时在编织过程中要监控工作运行中的状态参数。触摸屏作为一种新型的人机界面，它简单易用，功能强大、稳定性好，非常适合于工业环境。本文根据经编机的控制和操作要求，共设计了界面首页、开机参数设置界面、操作界面、参数修改界面、工作监控界面等人机交互界面。在本设计中采用F900GOT系列人机界面中的F940GOT-SWD，它是人机界面与编程器合二为一的新型触摸显示器，可在触摸屏上直接对PLC进行监控及编程；在现场不需要使用FX-20P-E等便携式简易编程器；能作指令编程，监察，强制ONOFF及改变数据；可对特殊功能模块监察及读写、15级口令设定，背景灯寿命特长(达2.5万小时)。首先运行FX-PCS-DU-WIN-C ，打开编辑软件，在“终端”下拉菜单中选择F940GOT-SWD，“PLC系统”选用FX-2N，“DU系统语言”选择Chinese（Simplified），同样“字符设定”也选择Chinese（Simplified），点击确定后又弹出一个空白窗口，大家可以根据自己的需要来选择点击“新建”按钮的次数，如3.2图图 3.4界面首页是欢迎界面，在这个界面中，包括了“时间显示”，“日期显示”，“静态文字”，“密码”，“进入按钮”和“退出按钮”。当输入正确的密码时，点击进入系统按钮，画面进入到功能选择画面。如图，此画面共有六个基本按钮： “工作监控”、“参数修改”、“界面切换”、“故障报警”、“其他设置”及“帮助”。六个按钮都是换画面按钮，按下将跳到相应的界面。 图3.5点击工作监控按钮，则进入监控界面。该界面包含电子送经和梳栉横移的参数的显示。如图 图3.6点击回主菜单按钮，则回到功能选择界面，点击参数修改按钮，则进入到画面参数修改界面。 图3.7通过手动点击触摸屏进行参数修改和界面切换, 这样为调机和设备维护带来方便。3.2.4电子送经卷取系统1、电子送经卷取控制方法考虑到送经和卷取运动是己知五大核心运动中的辅助运动，这两个运动紧密协调的工作，维持织物组织的纬密满足要求，并保证张力恒定。当前控制送经和卷取这两个运动的方法主要有两种：步进电机控制和伺服电机控制。方案一：采用步进电机控制送经和卷取机构。电子送经和卷取的步进电机控制系统由控制部分的硬件、软件、驱动电路、步进电机和机械传动装置等组成。采用步进电机方法控制，现实容易成本低。可是，步进电机的输出力矩不均衡，难以得到好的控制精度。方案二：采用伺服电机控制送经和卷取机构。伺服电机在总的控制系统中作为执行元件，把输入的电压信号变换成转轴的角位移或角速度输出。输入的电压信号又称为控制信号或控制电压，改变控制电压可以改变伺服电动机的转速及转向。可编程控制器向伺服驱动器输出控制信号，再通过伺服驱动器驱动伺服电机按要求动作，同时，控制器接收固定在伺服电机转轴上的光电编码器随着电机转动而产生的反馈脉冲信号对伺服电机进行检测控制。伺服电机为恒力矩输出，具有较强的过载能力，控制精度高，控制性能更为可靠，可用于要求快速启停的控制场合。综上所述，伺服电机在许多方面都优与步进电机，而在本设计中织机的卷取和送经都需要能够很方便的调节速度和方向，要求具有较高的精度控制，故用伺服电机来控制织机的卷取和送经。2、电子送经机构电子送经机构由张力信号采集系统、信号处理系统和控制系统、织轴驱动装置三部分组成。装在双后梁上的压力传感器检测张力，PLC在平综时检测张力反馈信号，信号经PLC内部处理后控制的伺服控制系统，伺服电机通过蜗轮蜗杆传动至织轴上，控制送经速度，从而实现恒张力的自动控制，保证织轴由大变小的过程中保持张力均匀。3、电子卷取机构 电子卷取是根据织物要求的纬密，通过人机交互界面输入织物纬密，再由PLC控制私服控制系统实现定量定速卷取。采用伺服电机作为动力，电机通过减速箱，由同步带传动到卷取传动轴，通过锥齿变向后，动刺毛辊转动，对包覆在棍轴上的织物进行卷取。电子送经卷取系统电子卷取和电子送经系统都是由增量式编码器、私服驱动电路和直流伺服电机组成。因为送经要求可以送经直流伺服电机通过PLC可以实现正反转,所以采用差分接法。电子送经卷取控制如图3.6所示图3.8电子送经卷曲控制电路3.2.5纬纱选色PLC对应的3个I/O口依次连接织机上3个选色磁铁的电路信号，实现控制3个选色电磁，达到选色目的。当这3个I/O口输出低电平时，对应的光耦电路导通，光耦输出高电平，使三极管8050及1K电阻所组成的射极跟随器导通，它的导通给三级管2383的基极一个正输入信号，使得加在+24V上的选色电磁铁线圈得电，该电磁铁动作，以选择该色纬纱。在2383三极管的两端同样加上120V的压敏电阻进行过压保护。织机上3个选色钩针就是由这3个电磁铁对应控制。另外，在人机界面上可以根据工艺需要方便进行品种选色设定。电气图如下 图3.93.3 PLC电气控制3.3.1主电气控制图织机的主电气控制图如图3.7，三相交流电源经过空气开关，电机起动按钮和关机自锁按钮串入主交流接触器KM1线圈电路，交流接触器KM1控制主电机、找纬电机、多臂电机、送经电机和卷取电机。找纬电机正反转KM2、KM3接触器接在主交流接触器KM1后，线圈由PLC控制。交流接触器KM4控制送经电机的得电，交流接触器KM5控制卷取电机的得电。所有电机电路各接1只热继电器实现过载保护。图3.10主电气控制图第四节 系统软件设计4.1控制系统的基本流程图织机控制系统的流程图如图4.1所示。当合自动空气开关并且按下开车按钮时，储纬器和主电机开始工作，其他设备处于待机状态。此时按下启动按钮，织机的开始运动：引纬运动、电子送经、电子卷取、打纬运动、开口运动。当没有出现任何故障的情况下，织机在这五个运动相互配合下正常工作；当纬、经纱检测器检测到断纬、经信号时，就立即发出断纬、经信号，而且迫使织机低压制动下停车，同时相应的指示灯亮；当油压低时，绿灯亮，但不会停车，只是起到一个提示；一旦有故障，比如断纬和断经等，白灯就亮。图6-8控制系统基本流程图4.2子程序设计4.2.1控制面板按钮功能1、启动空气开关闭合前提下，按下织机的启动按钮X0，离合器动作Y5输出，刹车片松开，织机开始缓慢运转，而后快速运转。主电机通过各种机械连杆带动其他所有设备。如果织机没有出现任何故障，主电机在其他设备的正常配合下，以一定的运行速度进行编织。流程图如下所示：图4.22、一纬在织机待机状态下按一纬按钮，将织机的五大运动运行一次循环后，如果织机停车位置没有在系统规定的位置，通过一纬可以使机器复位，对系统停机位置进行调整。具体流程图示:图4.33、正反找纬在正常停车或断纬自动停车状态下，在找纬区韵形感应片控制范围内，按正找纬钮多臂机带动综框正向找纬1次，具体流程图示:图4.4按反找纬钮多臂机带动综框反向找纬1次，具体流程图如图所示：图4.54、经纱收松织机在织造过程中，偶尔会出现经纱过于松弛或者紧张，影响织物质量。为此，设计了一个手松按钮，并且在织机配备上一个接近开关，当人工将磁铁对准靠近接近开关时，接近开关对应的线圈通电，给PLC输入经纱收紧信号，相反为放松信号。具体流程图图4.65、点动当有些故障发生时，通过点动按钮来手动调整织机的运行，也可以用来手动定位停车的调整和复位。点动的过程就是按住 “点动”按钮，离合器离合线圈通电，织机开始运转；松开“点动”按钮，离合器离合线圈断电，刹车线圈通电，产生制动作用，使织机停车。PLC程序梯形图如下所示：图4.76、急停按下急停按钮，离合器高压制动，织机立即刹车，织机立即停车。切断电源，转入脱离状态，调试人员可自由转动手轮。释放急停按钮，才能正常开车。程序梯形图如下所示：图4.84.2.2五大运动织机在主轴旋转一周内，光电编码器的角度信号传给PLC控制器，控制器根据角度显示来做出相对应的五大运动。在0位置时，织机开始发出送经和卷取信号，同时送经伺服电机控制器得到信号，控制伺服电机开始做送经和卷取运动；在65位置时，织机开始进行开口运动（电子多臂