CN1057870A - 微机控制自调匀整装置 - Google Patents

Abstract

本发明的微机控制自调匀整装置，采用调频式位 移传感器输入检测信号，计长系统输入记忆延迟信 号，前罗拉驱动电机输入跟踪信号，由小惯量直流电 机作为调速机构，并依靠相应软件总控于微机的匀整 方式。其检测精度、记忆延迟准确性、匀整条干长度 和效果，以及运行可靠性和操作方便程度等，均优于 目前的匀整装置。本发明不但可提高新一代配套机 台的性能和档次，而且还可方便地对现有大量应用的 匀整装置进行改装。

Description

本发明的微机控制自调匀整装置涉及一种纺纱准备技术。

自调匀整装置在纺纱准备过程中，可以起到缩短工艺流程，提高半制品质量，降低产品成本的积极作用。国外五十年代、国内六十年代将自调匀整技术首先应用在精梳毛纺工艺的前纺工程中。由于这项较新技术本身所起到的重要作用，故引起国内外纺织界对其的广泛研究和开发，也因此产生了多种多样的自调匀整装置。

国内外用于精梳毛纺前纺工程中的自调匀整装置属开环匀整系统。它们的检测机构和记忆延迟机构一般均采用测量罗拉和钢辊锡林型式;传导放大机构则有机械杠杆式、液压式和电气式等;而调速机构则有铁炮式、PIV无级变速器式、液压变速电机式、步进电机式、交流同步电机式、小惯量直流电机式等多种型式。其中。以纯机械式自调匀整装置最为普遍。但它存在着以下缺点：

一、纯机械式自调匀整装置中的各机构在工作中必然会产生机械惯性，且惯性的大小不易掌握，影响匀整效果。

二、测量罗拉的连续检测与钢辊锡林的间断记忆之间存在着天生矛盾，使匀整精度受到制约;

三、铁炮作为调速执行机构惯性大，传动皮带易打滑，信号跟随性较差，既影响匀整效果，又限制了车速的提高;

四、纯机械式自调匀整装置工艺调节较复杂，例如，需要进行零点调节、计算并更换延迟齿轮和张力齿轮等。任何非正确的调节都将影响它的匀整效果，甚至会适得其反。

本发明的目的就是为克服上述缺陷，创造一种结构简单、性能可靠、使用方便、成本低廉、匀整效果好，且便于在工业上推广匀整装置应用的新型自调匀整装置。

本发明的新型自调匀整装置名称为微机控制自调匀整装置。

图1为本发明的总体结构图;

图2为本发明的计长系统安装位置图;

图3为发明的检测信号处理系统电路图;

图4为计长系统电路图;

图5为直流电机控制系统结构图;

图6为速度信号合成电路图;

图7为微机程序框图。

本发明针对纯机械式自调匀整装置固有的缺陷，除保留原测量罗拉作为检测机构外，其余钢辊锡林记忆延迟机构，机械杠杆传导放大机构，以及铁炮调速机构等均以新的电子或电气元件代替之，故而可从根本上克服机械惯性带来的影响，有利于实现本发明的目的。

本发明的检测信号传导放大机构采用了调频式位移传感器4和检测信号处理系统5;记忆延迟机构采用了计长系统7;调速机构采用了小惯量直流电机9，并设计有直流电机控制系统11、反馈电路10、基速给定电路13，以及微机1和程序30～41等组成。调频式位移传感器4一端与测量罗拉3相接;另一端通过检测信号处理系统5与接口6与微机1相接。计长系统7一端与针板工作区8相连;另一端则直接与微机1相连。直流电机控制系统11有五路连接：一路经D/A转换器12与微机1连接;一路直接与小惯量直流电机9连接;再一路则通过反馈电路10与小惯量直流电机9连接，同时后者的另一端又与针板工作区8连接;一路与交流异步电机测速电路15连接;一路则与基速给定电路13连接。交流异步电机测速电路15通过A/D转换器16与微机1相接;另一端则与驱动前罗拉2工作的交流异步电机14连接。微机1同时接受来自调频式位移传感器4的检测信号，来自交流异步电机14的监测信号和来自计长系统7的记忆延迟信号，经处理后，输出一路信号给直流电机控制系统11，同时，直流电机控制系统11还接受来自基速给定电路13的速度给定信号和来自反馈电路10的实测信号，经其进一步处理后，输出给小惯量直流电机9执行调速。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

当调频式位移传感器4接受到来自测量罗拉3检测的纱条截面厚度不匀信号后，输入给检测信号处理系统5，经检测信号处理系统5中的整形电路18和锁相倍频器19加工处理，并送入计数器20累积后，再通过接口6进入微机1（图1和图3）。锁相倍频器19采用了以数字集成锁相环CD4046为主构成。这样设计是为了提高检测信号的分辨率和精度，增强抗干扰能力，并可保证良好的动态特性。同时，这种设计可以免去工艺上的零点调节，为正确使用好匀整装置带来了便利和保证，也可省去费用较高的A/D转换器，满足本发明的目的。

普遍使用的钢辊锡林记忆延迟机构，完成开环系统针对匀整要求而作的延迟时间，是依靠钢辊锡林转过一定角度来实现的。这种转角的恰当与否是受到延迟齿轮、张力齿轮以及调速惯性的制约和影响的，因而准确性较差。本发明的计长系统7是依据从检测点到匀整点之间距离，即延迟距离是相对不变的原理设计的。它可排除调速惯性对延迟时间的影响，有效地保证了针对性匀整的准确性，从而改善匀整效果。

本发明的计长系统7是由同步脉冲发生器21和光电隔离电路22组成。前者采用GK310为主构成，后者采用TIL117为主构成（图4）。之所以采用光电隔离电路22是为抑制因长线输送信号而易产生的干扰而设置的。

特别是本发明的记忆延迟信号并不是如现有的匀整装置那样，取自检测机构或接续在检测信号传感放大机构之后，而是独特地与针板工作区8相连，尤其是将同步脉冲发生器21直接安装在针板轴17上，特别是它的轴端处（图2）。本发明独特设计的好处是：一，可排除测量罗拉3到针板工作区8之间的张力牵伸及意外牵伸对延迟时间的影响;二，有效地监视针板轴17的运动，确保延迟时间的准确性;三，与实际发生匀整作用的针板变速方式相协调;四，为改装现有的自调匀整装置提供了放便。

本发明的计长系统7可产生与针板运动同步的脉冲序列，调频式位移传感器4对纱条检测信号输出的脉冲序列，以及对执行调速任务的小惯量直流电机9的电压控制，都同步于此脉冲序列，从而确保了延迟时间和调速动作的准确。现有使用的钢辊锡林记忆延迟机构的记忆精度是依靠钢辊位置的准确性、延迟角的大小，以及钢辊数目的多少来实现的，因此，任何机械磨损、震动或故障，都会影响钢辊位置的准确性，而延迟角的增大，钢辊数目的增多也受到机构本身的限制，所以，不可避免地要产生记忆精度不高，和与连续检测信号不协调的弊病。本发明的计长系统7由于采用同步脉冲发生器21的脉冲数是可依要求设计的，因此记忆精度是有保证的，同时也从根本上解决了连续检测与间断记忆之间的矛盾。

本发明的记忆延迟功能是依靠相对不变的延迟距离完成的。换言之，对于任一时间的采样值，经过了代表延迟距离的脉冲数值后，微机1计算出控制电压，并输出给调速机构，完成记忆延迟过程。但延迟距离将随着原料类别及纤维长度特性的变化而有所变化，因此，本发明设计了延迟距离调节盘，可使延迟时间扩大到所需要的程度，以满足不同工艺的要求，并可省去更换延迟齿轮和张力齿轮的麻烦，方便了调节，节省了时间，提高了精度，又提高了效率。

由于现有铁炮调速机构本身存在着的缺点，至使改进型的自调匀整装置的多数都着眼于铁炮调速机构的替代，例如，采用PIV无级变速器、交流同步电机、步进电机、小惯量直流电机等多种方式调速。它们各有优缺点。本发明不采用交流同步电机或步进电机作为调速的执行机构，是因其控制线路复杂，维修保养不便，电机本身价格较高;若再采用它们来做主驱动电机，则必然会因使用大功率电机而令造价更加提高，而对现有的大量使用的自调匀整装置改造带来麻烦，不符合本发明的目的。本发明之所以选定小惯量直流电机作为调速的执行机构是考虑到它具有调速范围大，使用方便，体积小，便于安装，价格较低等优点，也可以说是本着发明的目的来选定的调速方式。本发明的主驱动电机仍然采用原设备拖动用的交流异步电机14。这样设计可使结构简单，成本降低，使用方便，特别地是便于在工业上推广应用和对现有装置进行改造。但采用小惯量直流电机9作为调速的执行机构，则必然会产生与交流异步电机14同步性能不好的缺点，反映在应用中是开停车阶段易产生断条、堆积、粗细节等与匀整目的相反的结果，甚至影响正常生产。这也是自调匀整装置采用电气调速的主要障碍之一。

本发明的关键技术之一，就是解决小惯量直流电机9与交流异步电机14之间的同步问题。本发明为此设计了直流电机控制系统11及其他配套电路，如基速给定电路13、反馈电路10等。直流电机控制系统11由速度信号合成电路23、三环调节器24、触发电路25、可控整流电路26以及鉴零电路27组成（图5）。其中，除速度信号合成电路23有图6给出其电路图外，其余的电路均是常用的一般电路。

速度信号合成电路23是由继电器J1、J2，阻容滤波电路28及电阻29组成。继电器J1的两个接点J1.1和J1.2分别与基速给定电路13和交流异步电机测速电路15连接，其另外两个接点则一并与阻容滤波电路28连接。继电器J2的两个端分别与D/A转换器12和电阻29相连接。其工作原理是：当开车时，J1吸合。基速给定信号经过阻容滤波28送入三环调节器24;微机1经D/A转换器12输出的阶跃信号，则通过电阻29直接送入三环调节器24。在两个速度信号合成后的共同作用下，可使小惯量直流电机9得到与驱动前罗拉2工作的交流异步电机14基本一致的起动曲线。停车时，继电器J1释放。由交流异步电机测速电路15产生的速度信号送入三环调节器24，使小惯量直流电机9跟随交流异步电机14同步降速。当前罗拉2速度降至零时，鉴零电路27发出信号，切断触发电路25，也即断开可控整流电路26，终止了小惯量直流电机9的工作。如此便保证了前罗拉2与针板工作区的针板，以及测量罗拉3的同步停车。

本发明在小惯量直流电机9与直流电机控制系统11之间还连接有反馈电路10。其作用是监测小惯量直流电机9的实际工作情况，并把实测信号反馈给直流电机控制系统11，同微机1经D/A转换器12输出的检测信号给定值鉴别比较，如有差异，则通过直流电机控制系统11调整修正，直至一致，从而确保了匀整效果的精度要求。同时，这种设计也限制了小惯量直流电机起动的冲击电流，保护了它所拖动的工作针板。

作为控制中心的微机1在本发明中，依靠相应的程序可以起到如下作用：

一、采样控制。由调频式位移传感器4产生的检测信号，经检测信号处理系统5处理后，通过接口6，置入微机1的内存，完成对喂入纱条的检测采样。同时，微机1又通过A/D转换器16读入由交流异步电机测速电路15给出的该时交流异步电机14的瞬时值，完成对前罗拉2转速的监测采样。

二、记忆延迟控制。由计长系统7产生的与针板运动同步的脉冲序列，直接送入微机1，并使之产生中断信号，与此同时完成采样控制，也即使采样信号同步于此脉冲序列，以确保记忆延迟的准确与精度。微机1对于任一时刻的采样值，经预先设计的脉冲数值后，即完成记忆延迟控制后，再输出信号给直流电机控制系统11，以实现调速。

三、调速控制。微机1根据采样值，按工艺要求计算出控制电压，通过D/A转换器12输出给直流电机控制系统11，以控制小惯量直流电机9带动针板和测量罗拉3变速，完成针对性匀整的调速要求。

四、同步控制。微机1在输出调速信号之前，还对由A/D转换器16送来的交流异步电机测速电路15给出的交流异步电机14的实际速度信号进行分析比较，并在计算输出调速信号时给予修正或补偿，从而完成小惯量直流电机9对交流异步电机14，特别是开停车时的同步跟踪控制。

微机程序30～41代表如下意义：

30、开始。31、初始化，其中：置PIO工作方式;置预存计数器;置输入输出地址指针;置中断矢量表。32、暂停、等待、中断。33、入条数据采集。34、预存，计数器减1。35、预存，计数器＝0？。36、暂停、等待、中断。37、测速采样输入。38、从数据区取出对应数据综合计算，数据转换结果输出（通过D/A），输出地址指针增1。39、输出，地址指针＝0？。40、输出地址指针恢复初始值。41、入条数据采集。

本发明的最佳实例是应用在国产B423型和B306型针梳机上，取代或改造原有的毛C07型纯机械式自调匀整装置。具体地说就是，保留原有的测量罗拉3和交流异步电机14，其余匀整的机构以本发明的电子或电气元器件所取代。

在实施例中，本发明的记忆延迟脉冲预定值为844个，同时设置的延迟距离调节盘，共分十档，每档四个脉冲，调节精度为3.2毫米，充分保证了匀整调节范围对记忆延迟的要求，而且也很方便工艺上使用，不用更换延迟齿轮。

在实施例中，本发明的小惯量直流电机9采用的是宽调速小惯量无槽直流电机，为适应国内推广应用，特别选用了国产GZ40型，其性能指标优于一般的小惯量直流电机，适应匀整调速的要求，为调速机构的精确性和快速响应创造了良好的条件。据测定，小惯量直流电机的速度从0到标定速度约需0.2秒;从标定速度到纱条不匀率+15%时，约需0.2秒;从标定速度到纱条不匀率-15%时，则仅约需0.1秒。

本发明的交流异步电机14仍采用原针梳机上的驱动电机，这样既可以使结构简单，成本降低，又便于在工业中推广应用。

本发明由于很好地解决了直流电机与交流异步电机的同步跟踪技术，因此在实施例中，开停车工作正常，消除了电气调速不良时常有的断头、堆积，或产生附加牵伸造成纱条粗细节的弊病。本发明为提高同步性能，直接采用原针梳机的起停按钮来控制交直流电机的同步动作。实测表明，交直流电机同步时间误差小于0.05秒。

本发明的工艺性能可由表一看出：

表一

本发明装置         毛C07型装置
	匀整范围（％）                   ±25              ±20
匀整最短长度（毫米）              300               440
	每米重量不匀率（％）              ＜0.9             ＜1
记忆片段长度（毫米）              3～4                20
	惯性延迟时间（秒）                0.1              0.2～0.4

在表一中，国产毛C07型自调匀整装置的匀整效果，即每米重量不匀率的1%以下，是其设计值，实际应用中，由于其本身的缺陷和使用的不当，很难达到此值。而本发明的匀整效果，正常情况下，每米重量不匀率可达0.5～0.7%左右;当纱条变化量为增减一根喂入纱条时，重量不匀率也可达0.7～0.8%左右右。实际上，本发明在作生产性实验时，对该项指标曾作过如表二的优良记载（H%代表每米重量不匀率）：

表二

日序     1     2     3      4      5     7    8     9     10
	H%      0.43  0.34  0.54   0.55  0.33  0.65  0.35  0.53  0.58
日序    11    12    14     15    16   17    18   19      21
	H%     0.64  0.64  0.32  0.61  0.60  0.40  0.38  0.50  0.63
日序    22    23    24   25    26    28     29    30
	H%    0.43  0.55  0.62  0.47  0.64  0.61  0.51  0.55

本发明成套装置的成本，稍高于原国产毛C07型装置的成本。由于本发明利用了原装置的测量罗拉3作为检测机构，交流异步电机14作为前罗拉驱动机构，以及记忆延迟信号取出于针板工作区8，特别是记忆延迟机构直接安装在针板轴17上的方式，再加上价格因素，使本发明适宜对现有的大量应用的国产毛C07型自调整装置直接进行改装或改造。

本发明还可应用于国产新型B424A型高速链条针梳机上。进一步说，本发明可作为新一代国产同类机台的配套装置，从而提高国产设备的档次和国际市场的竞争力。

Claims (8)

1、一种由测量罗拉组成检测机构，交流异步电机为前罗拉驱动机构，小惯量直流电机为调速执行机构的微机控制自调匀整装置，其特征在于检测信号传导放大机构采用调频式位移传感器(4)和检测信号处理系统(5)，记忆延迟机构采用计长系统(7)，调速机构还有直流电机控制系统(11)、反馈电路(10)、基速给定电路(13)，以及微机(1)和程序(30)～(41)为主组成；调频式位移传感器(4)一端与测量罗拉(3)相接，另一端通过检测信号处理系统(5)及接口(6)与微机(1)相接；计长系统(7)一端与针板工作区(8)相连；另一端则直接与微机(1)相接；直流电机控制系统(11)有五路连接：一路经D/A转换器(12)与微机(1)连接，一路直接与小惯量直流电机(9)连接，再一路则通过反馈电路(10)与小惯量直流电机(9)连接，同时后者的另一端又与针板工作区(8)连接，一路与交流异步电机测速电路(15)连接，一路则与基速给定电路(13)连接；交流异步电机测速电路(15)通过A/D转换器(16)与微机(1)相接，另一端则与驱动前罗拉(2)工作的交流异步电机(14)连接；微机(1)同时接受来自调频式位移传感器(4)的检测信号，来自交流异步电机(14)的监测信号和来自计长系统(7)的记忆延迟信号，经处理后，输出一路信号给直流电机控制系统(11)，同时，直流电机控制系统(11)还接受到来自基速给定电路(13)的速度给定信号和来自反馈电路(10)的实测信号，经其进一步处理后，输出给小惯量直流电机(9)执行调速。

2、由权利要求1规定的匀整装置，其特征在于所述的检测信号处理系统（5）是由整形电路（18）、锁相倍频器（19）及计数器（20）组成。

3、由权利要求2规定的匀整装置，其特征在于所述的锁相倍频器（19）是由CD4046数字集成锁相环为主构成。

4、由权利要求1规定的匀整装置，其特征在于所述的计长系统（7）是由同步脉冲发生器（21）和光电隔离电路（22）组成。

5、由权利要求1或4规定的匀整装置，其特征在于所述的计长系统（7）是直接安装在针板轴（17）上，特别是它的轴端处。

6、由权利要求4规定的匀整装置，其特征在于所述的同步脉冲发生器（21）和光电隔离电路（22）分别是由GK310和TIL117为主构成。

7、由权利要求1规定的匀整装置，其特征在于所述的直流电机控制系统（11）是由速度信号合成电路（23）、三环调节器（24）、触发电路（25）、可控整流电路（26）及鉴零电路（27）所构成。

8、由权利要求7规定的匀整装置，其特征在于所述的速度合成信号电路（23）是由继电器J1、J2、阻容滤波电路（28）及电阻（29）组成，且继电器J1的两个接点J1.1和J1.2分别与基速给定电路（13）和交流异步电机测速电路（15）连接，其另外两个接点则一并与阻容滤波电路（28）连接;继电器J2的两端分别与D/A转换器（12）和电阻（29）相连接。

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