伺服系统在分条整经机中的应用

机电一体化　技　术　伺服系统在分条整经机中的应用　胡赤兵　，滕舟波　，鲁智康。，马志宏　（１．兰州理工大学，甘肃兰州７３００５０；２．绍兴文理学院，浙江绍兴３１２０００）　Ｔｈｅ　Ｕｓｅ　ｏｆ　Ｓｅｒｖｏ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　Ｗｒａｐｐｅｒ　ＨＵ　Ｃｈｉ—ｂｉｎｇ　・ＴＥＮＧ　Ｚｈｏｕ—ｂｏ　，ＬＵ　Ｚｈｉ—ｋａｎｇ￣．ＭＡ　Ｚｈｉ—ｈｏｎｇ　（１．Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ・Ｌａｎｚｈｏｕ　７３００５０，Ｃｈｉｎａ；２Ｓｈａｏｘｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｏｘｉｎｇ　３１２０００，Ｃｈｉｎａ）　．摘要：介绍了ＰＬＣ在分条整经机中的应用，变　频调速下的恒张力控制，伺服系统的精确定位，并且　讨论了整经机自动控制的数学模型。　ｗｒａｐｐｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ　ｓｅｒｖｏ　ｓｙｓｔｅｍ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｐｅｅｄ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ；ｗｒａｐｐｅｒ；ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌ　关键词：可编程控制器；伺服系统；变频调速；整　经机；ＰＩＤ控制　中图分类号：ＴＳ１０３．７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—２２５７（２００６）０４—００２９—０３　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｉｎｌｙ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ＰＬＣ　ｉｎ　ｗｒａｐｐｅｒ，ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｔｅｎｓｉｏｎｅｄ　ｗｉｎｄｉｎｇ　ｕｎｄｅｒ　ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｏ　引言　整经就是将卷绕在有边筒子、无边筒子上的丝　线，按织物规格所要求的总经数、门幅及长度，平行　地卷绕成经轴或织轴，供桨丝或织造使用。也即织　物织造过程中经纱准备工程中第２道工序，它是将　一ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｐｅｅｄ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｓｅｒｖｏ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ａｌｓｏ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ｍａｔｈ—　ｅｍａｔｉｃ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｕｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　定根数和规定长度的经纱平行的卷绕在一定幅度　在整经过程中要求做到：经轴上每根经丝的张　的经轴上。　力应一致，并在整经过程中保持恒定。丝线所受的　收稿日期；２００５—１１—２３　摩擦力和张力不宜过大，不能损伤丝的强力和弹性。　利用这种ＵＧ和ＡＤＩＮＡ软件相结合的方法可　以充分利用不同的软件的优势，方便建模过程，提高　建模精度，从而提高有限元分析结果的正确性。　参考文献，　［１］Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｓｉｌｕｔｉｏｎｓ　Ｉｎｅ．ＵＧ实践应用初步培训教程　［Ｍ］．北京；清华大学出版社，２００２．　根弯曲应力达到最大值［　。　从云图中可以看到齿轮的齿根处的应力最大，　为９９．８　ＭＰａ，小于弯曲疲劳极限值３８８．９　ＭＰａ。　４　结束语　在有限元软件难以建模的复杂零件可以通过建　模功能强大的三维软件进行建模。大多数建模在绘　制渐开线等复杂曲线时采用样条曲线近似拟合的办　法。而用ＵＧ软件中的公式曲线功能绘制的曲线是　完全精确的。此外，ＵＧ软件提供了ＣＡＤ软件的通　用接口，可以导出ＰＡＲＡＳＯＬＩＤ（＊．Ｘ—ｔ）数据格式　［２］沈智慧，刘扬。等．利用ＵＧ软件实现齿轮的精确建　模［Ｊ］．包装工程，２００１．２２（６）：４４—４５．　［３３邱智学。等．有限元模型转换及其在金属板料成形数值　模拟中的应用［Ｊ］．塑性工程学报．２００４，ｌｌ（４）：４０—　４３．　的文件，为进行有限元分析提供必要的精确模型。　在ＵＧ和ＡＤＩＮＡ之间采用ＰＡＲＡＳＯＬＩＤ（＊．　［４３　ＡＤＩＮＡ中文用户手册［ｚ］．ＡＤＩＮＡ　Ｒ＆Ｄ　Ｉｎｃ。２００２．　［５３杨可桢，程光蕴．机械设计基础．４版［Ｍ］．北京；高等　教育出版社，２００３．　ｘ－ｔ）数据格式的数据交换，可以实现无缝的数据交　换。在模型导进ＡＤＩＮＡ软件后不必再进行修补和　删除工作。　《机械与电子｝２００６（４）　作者简介。王自勤　（１９５４一），男，贵州贵阳人。贵州大学教　授，研究方向为机械零件强度、计算机仿真等。　・　２９　・　维普资讯 http://www.cqvip.com

经轴表面应呈圆柱形，无凹凸不平现象，所有经丝应　保持平行，避免在下道工序退解时出现宽、急经。应　保证经轴精确地达到规定的卷绕长度。经丝断头时　整经机应立即停车，以免断头缠绕在整经圆框上。　现代化的整经设备的主要特征是高速、高效、高质、　大卷装、自动化及通用性好。但其核心仍然是以提　高经轴质量为中心，使生产出来的经轴符合张力均　匀、排列均匀、卷绕均匀“三均匀”的要求，为了浆纱　工序提高质量和织造工序顺利进行，提高织物质量　奠定良好的基础。　１　系统结构　采用ＰＬＣ控制的伺服系统来实现“三均匀”，其　系统结构如图ｌ所示。整经时，用线速度恒定来实　现张力恒定。并根据旋转编码器反馈给ＰＬＣ的信　号对整经长度进行计算，再依次计算出纵向与横向　需移动的距离，进而得出步进电机和伺服电机的动　作。实现了排列均匀和卷绕均匀。为了使三者有机　地结合，需要对其数学模型进行研究。　ＡＢＢ　１．　—　ｌ　ｕｒ，４　ｍ　—、　Ｓ７Ｐ—Ｌ２ＣＯ　—怔亟　Ｏ　、　喾蓑　—　Ｌ——————一　—匝受　鲁震　图１　ＰＬＣ控制电机随动系统　２　ＰＬＣ控制的电机伺服系统　２．１变频调速系统　工作时，根据触摸屏设定的线速度和反馈回来　的信号而计算出的线速度值，用ＰＩＤ算法计算出调　节量。对ＡＢＢ变频器的应用宏采用了电动电位器　方式Ｌ１］，ＤＩ３得电升速，ＤＩ４得电减速，ＤＩ３和ＤＩ４状　态相同时给定值不变，来实现线速度恒定，从而实现　了张力的恒定。　ＰＬＣ闭环控制的系统框图如图２所示，其中虚　线框内为ＰＬＣ控制部分。，－（￡）为给定值，Ｐ（￡）为反　ｉ　Ｌ　＿｛＝巫囹　——　壁垫卜—————　莉　测．量　卜—　＿　馈的模拟值，ｐ（七）为ｐ（￡）转换后的数字量。很显然　本系统中的ＰＩＤ算法是离散的ＰＩＤ算法，下面将其　离散化　模拟的ＰＩＤ控制规律　）＝＝＝Ｋ　［　）＋　１　）＋　］（１）　式中　Ｋ　——比例增益　——积分时间常数　丁。——微分时间常数　“（￡）　控制量　Ｐ（￡）——偏差　为了便于ＰＬＣ控制，必须将式（１）变换成差分　方式，作如下近似。　．ｆ　＾　’Ｉ　０　ｅ（ｔ）ｄｔ≈∑Ｔｅ（ｊ　０　ｉ）　（２）　ｄｅ（ｔ）ｅ（ｋ）－　ｅ（ｋ－－百—ｒ一—一１）　　（３）‘３）　Ｔ≈≈＿——　式中　Ｔ——采样周期　ｋ——采样序号　由式（１）、式（２）及式（３）可得数字ＰＩＤ算法为：　“（七）＝＝＝　Ｋ　＋　塞　＋　盟二笋　］　（４）　或　“（七）＝Ｋｐｅ（七）＋ＫＩ∑　（　）＋Ｋ。［Ｐ（　一　ｅ（ｋ—１）］　（５）　式中Ｋ１＝Ｋ　丁／　ＫＤ＝Ｋ　ＴＤ／丁　Ｋ　，Ｋｏ——积分系数和微分系数　ＰＩＤ控制算法的实现方法很多，各有利弊　引，我　们利用西门子Ｓ７—２００的内部指令得以实现　引。　２．２交流伺服定位控制　在整经过程中整经台根据滚筒上的经纱圈数而　随动，以保证整经纱线成型平整。该位移的实现是　一套伺服系统协同可编程序控制器来完成的，整经　台的移动量是根据位移的设定值和滚筒的角位移来　决定的，在移动过程中整经台的位置是同本条的绝　对长度一致的。位移量的设定整经时不允许改变位　移值，如果中途改变位移量，则控制系统计算出改变　后的决定位置会产生大幅度的左右移，因此在整经　《机械与电子｝２００６（４）　维普资讯 http://www.cqvip.com

中途不可改变位移设定，定货时有自动位移测量的　特殊用户除外。　设Ｋ　为纱线直径系数，　为截面上的纱线密　集系数，Ｎ为纱线的支数，ａ为角木的角度，Ｐ为单　位长度上的纱线根数。根据走丝量计算公式　］（以　下若未加说明都采用国际标准单位）可以求得走丝　量为：　，　７【Ｋ鲁Ｐ　一　‘　（６）　采用松下的ＭＩＮＡＳ　Ａ系列的伺服机构，驱动　器为ＭＨＤＡＩ５３ＡＩＡ，电机为ＭＨＭＡＩ５２ＡＩＧ。相　关参数的设定如下：ＰｒＯ２为０，位置方式；Ｐｒ　０４为　１，行程限位禁止无效；Ｐｒ４２为３，输入方式为脉冲／　符号方式；Ｐｒ４３为１，ＩＮＨ脉冲禁止无效；Ｐｒ４６为　倍频公式的分子；Ｐｒ４Ａ为倍率；Ｐｒ４Ｂ为分母。由此　可得倍频率　为：　，　一—１丽　一　Ｐｒ　４６　Ｘ　２Ｐ＇Ａ　一—．　－一（７）‘　　若编码器的分辨率为Ｆ，ＰＬＣ给伺服控制器的　脉冲频率为厂，则伺服电机的角速度为：　一　一　（８）‘　Ｊ　将式（８）带入式（７）得：　：：＝＝　　丽　而　（９）Ｌ　Ｊ　若伺服电机每转通过丝杆机构使整经台移动的　距离为　ｍｍ，ｘ由丝杆机构的传动比决定。因此在　△￡时间内可得：　・ｈ＝　・　・Ａｔ　（１０）　又因为ｈ一般通过触摸屏直接设定，　为在△￡　时间内滚筒转过的圈数，可以通过旋转编码器反馈　的信号进行运算后得到，可得ＰＬＣ的输出脉冲频率　厂应为：　厂＝　ｒ＝＝＝一６　０Ａｔ　×　×　Ｐｒ４　Ｂ　　（１１）Ｉ　Ｉ　Ｉ，　若　为滚筒转　圈伺服电机所需转过的圈数，　显然　＝　・ｈ／ｚ　（１２）　所以在△￡时间内，ＰＬＣ应该送出的脉冲数ｋ　为：　矗＝　（１３）　即　《机械与电子｝２００６（４）　．　七一ｉ　”・ｈ・Ｆ・Ｐｒ４Ｂ　（１４）　在这里有一点一定要注意，日本的电气标准和　我国是不同的，所以在使用日本产品时一定要查看　详细的说明书，这里伺服系统的电压就是２００　Ｖ的，　所以要用３８０　Ｖ转变成２００　Ｖ的特殊变压器。　２．３步进控制的等距离卷绕　整经机的等距离卷绕，也是实现恒张力的一个　方面。它是通过一套步进控制系统驱动整经台前后　移动来实现的，前后限位由接近开关检测，调整前限　位开关前后位置来调整整经台到滚筒的起始距离，　整经台前后移动的速度是跟踪滚筒的旋转随动的，　中途可以手动控制，但向前调整必须注意安全。　采用的步进电机是８６ＢＹＧ２５ＯＢ，它的步距角为　０．９。，即４００个脉冲使步进电机转一圈。　设，ｌ为在△　时间内滚筒转过的圈数，　。为步　进电机转一圈整经台退让的距离，ｄ为纤维的直径，　所以△￡时间内的脉冲数ｋ。为：　ｋｌ一４００ｎ・ｄｌｘｌ　（１５）　ＰＬＣ送出的脉冲频率厂Ｊ为；　　．　‘　一１　Ａｔ　（１６）…　　３　结束语　ＰＬＣ控制、变频调速、伺服及步进电机在整经　机中的应用，克服了传统整经机控制系统的种种缺　陷，提高了织造性能。而且还提高了系统的自动化　程度，减少了不必要的人为影响，减少了工人的劳动　量，提高了生产效率。　参考文献；　［１］ＡＢＢ变频器应用手册Ｅｚ］．ＡＢＢ公司．　Ｅ２］张水英．麻寿光．整经机ＰＬＣ恒张力自动控制系统　［Ｊ］．纺织学报，２００４。２５（１）：８３—８４．　［３３　ＳＩＥＭＥＮＳ　ＳＩＭＡＴＩＣ　ｓ７—２００可编程控制器系统手册　Ｅｚ］．西门子公司，２０００．　［４３赵谦．分条整经机走丝量设计计算ＥＪ］．玻璃纤维，　１９９５．（２）：６一ｌＯ．　作者简介，胡赤兵（１９５２－－）．男，浙江东阳人．兰州理工大学　机电工程学院教授。博士研究生导师．研究方向为数控及机电一体　化．先后完成国家及省部级重大科技项目１０余项，１９９３年享受国务　院津贴，１９９６年被评为中国机械工业科技专家。　・　３ｌ　・