CN110045673A - 细纱机智能调压控制系统及其控制方法 - Google Patents

细纱机智能调压控制系统及其控制方法 Download PDF

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窦艳军
周玉全
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Abstract

细纱机智能调压控制系统，涉及环锭纺气动摇架气囊压力调整技术领域，特别是属于一种细纱机智能调压控制系统及其控制方法。包括安装在气动摇架上的握持管内的气囊管，所述的握持管上开设有与内部气囊管相连通的连接孔，细纱机上的气囊管之间通过气管互连，外部气源与手动减压阀的入口端连接，其特征在于，手动减压阀的出口端与调节阀的入口端相连接，调节阀的出口端与三通的入口端相连接，所述的三通的一出口端与气囊管相连接，三通的另一出口端与泄压阀相连接，此外，本发明还能在细纱机压力出现超压或者欠压的异常情况下，实时监测并做报警及设备急停处理，在实现智能控压的基础上，还具有提高纱线质量以及保障细纱机设备作业保障的积极效果。

Description

细纱机智能调压控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及环锭纺气动摇架气囊压力调整技术领域 ，特别是属于一种细纱机智能调压控制系统及其控制方法。
背景技术
我国是纺织大国，纺织业在国民经济和出口创汇中都占有很大的比重。随着纺织工业的不断发展，纺织设备的自动化程度也越来越高，由于纺纱过程中细纱机气囊管内的压力值大小直接影响纱线质量，气囊管内压力值的控制显得尤为重要。
目前，对于传统细纱机气动摇架气囊压力调整，多采用手动减压阀对压力进行机械式调整，手动调节每台细纱机气囊压力值，一方面，这不仅需要人工每次根据工艺需求频繁调整压力值，压力值调整过程繁琐、劳动强度大；另一方面人工调整压力值的方式，压力调整精准度不高。
发明内容
本发明的目的即在于提供一种细纱机智能调压控制系统，以达到通过基于PID控制算法实现细纱机气囊管内压力的精准调节，从而提高纱线质量的目的。
本发明所提供的细纱机智能调压控制系统，包括安装在气动摇架上的握持管内的气囊管，所述的握持管上开设有与内部气囊管相连通的连接孔，细纱机上的气囊管之间通过气管互连，外部气源与手动减压阀的入口端连接，其特征在于，手动减压阀的出口端与调节阀的入口端相连接，调节阀的出口端与三通的入口端相连接，所述的三通的一出口端与气囊管相连接，三通的另一出口端与泄压阀相连接，其中，细纱机末端的气囊管还连接有压力变送器，所述的压力变送器、泄压阀以及调节阀分别接入设置在细纱机机身外部的控制箱内，并与控制箱内部的微处理器连接，所述的微处理器还与设置在控制箱外部的触摸屏、报警灯连接；控制箱内包括PLC微处理器、模拟量输入模块、模拟量输出模块、电源模块、中间继电器，所述的压力变送器通过信号线连接控制系统中的模拟量输入模块，调节阀通过信号线连接模拟量输出模块，微处理器的输出端连接中间继电器的线圈端子，所述的中间继电器线圈端子的三个作用触点分别串联至泄压阀、报警灯、细纱机急停开关的电源回路中，其中，初始状态下的泄压阀、调节阀保持关闭状态。
进一步的，上述调节阀以及泄压阀分别通过调节阀固定板、泄压阀固定板配合螺栓，固定至细纱机车尾端；手动减压阀通过螺钉、支架固定在细纱机车尾端。
进一步的，微处理器与触摸屏通信包括串口通信或网络通信。
本发明所提供的细纱机智能调压控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a. 本系统初始状态下检测气囊管内压力值是否为零；
b.PLC控制系统根据气囊管内的压力值，基于PID控制算法进行PID调节；
c.细纱机作业过程中实时检测气囊管内气体值，PLC控制系统根据当前压力与设定值的差值进行调节阀开度的调节，打开调节阀进气，直至PLC控制系统的设定值与所检测到的当下气囊管内压力值相等时，调节阀处于关闭状态。
进一步的，在步骤a中，当检测到气囊内压力大于零时，PLC控制系统启动，并控制调节阀关闭、泄压阀打开，系统做泄压处理，经10s-13s后关闭泄压阀。
进一步的，在步骤b中，PLC控制系统控制调节阀的开度，调节阀打开气体通过调节阀进入气囊管内，随着压力的增大，PLC控制系统开始控制调节阀开度逐渐缩小，当PLC控制系统的设定值与所检测到的当下气囊管内压力值相等时，调节阀处于关闭状态。
进一步的，当气囊管压力大于或小于设定值压力时，PLC通过控制中间继电器的开断，控制报警灯的开关以及细纱机急停开关的动作。
本发明所提供的细纱机智能调压控制系统及其控制方法，应用于环锭纺细纱机气囊管内的智能调压控制，可以精准显示细纱机气囊内的当前压力值，精度0.001MPA，并可以对多台细纱机进行压力值调整，基于PID算法实现细纱机实实时压力的数据采集并计算处理后，作用于调节阀、泄压阀，实现压力调整的闭环控制。在细纱机原有手动减压阀出口处连接调节阀，调节阀通过三通，分别连接泄压阀以及气囊管的进气端，细纱机的气囊管与气囊管之间通过气管联通，且末端的气囊管还与压力变送器联通。具体实施例中，调整手动减压阀压力值控制在1Mpa左右，保证空压机进气端气源的稳定性，并保证本系统初始状态下的泄压阀、调节阀都保持关闭状态，根据具体工艺设置PLC控制系统用于比对气囊管内实际压力值的压力设定值，具体通过触摸屏进行压力设定值的设置，PLC控制系统根据压力变送器实时反馈的实际当下气囊管内的压力值，根据PID算法进行PID调节，从而控制调节阀门的开度以实现气囊管内压力值的自整定。
此外，本发明还能在细纱机压力出现超压或者欠压的异常情况下，实时监测并做报警及设备急停处理，在实现智能控压的基础上，还具有提高纱线质量以及保障细纱机设备作业保障的积极效果。
附图说明
附图部分公开了本发明具体实施例，其中，
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的电路构成框图；
图3为本发明PLC控制系统的流程图；
图4为本发明的工作原理图。
具体实施方式
如图1-4所示，本发明所提供的细纱机智能调压控制系统，包括安装在气动摇架6上的握持管5内部的气囊管，握持管上开设有与内部气囊管相连通的连接孔，细纱机上的气囊管之间利用气管2与连接孔配合实现互连，外部的空压机7提供气源，并与手动减压阀1的入口端连接，手动减压阀的出口端与调节阀8的入口端相连接，调节阀的出口端与三通12的入口端相连接，三通的一出口端与气囊管相连接，三通的另一出口端与泄压阀11相连接。优选地，调节阀以及泄压阀分别通过调节阀固定板9、泄压阀固定板10配合螺栓，固定至细纱机车尾端；手动减压阀通过螺钉、支架固定在细纱机车尾端，以便于操作和调整。在具体实施例中，调整手动减压阀压力值控制在1Mpa左右，以保证空压机进气端气源的稳定性，并保证本系统在初始状态下的泄压阀、调节阀都保持关闭状态。在细纱机末端的气囊管还连接压力变送器3，压力变送器、泄压阀以及调节阀分别接入设置在细纱机机身外部的控制箱内，并与控制箱内部的微处理器连接，微处理器还与设置在控制箱外部的触摸屏、报警灯连接。具体地，手动减压阀通过￠10的气管、￠10的直通4与调节阀的输入口螺纹连接，调节阀的输出口通过￠10的气管、￠10的直通与￠10的三通入口端连接，三通的一输出端通过￠10的气管、￠10的直通与泄压阀连接；三通的另一输出端通过￠10的气管与气囊管的进气端连接。每台细纱机根据其长度不同气囊管数量不同，每个气囊管之间通过￠6的气管并配合￠6的直通相互连接。此外，细纱机末端的气囊管通过￠6的直通、￠6的气管并配合￠20变￠6的直通与压力变送器螺纹连接。
控制箱内包括PLC SMART ST60的微处理器、AM06模拟量输入模块、AQ02模拟量输出模块、电源模块、中间继电器，电源模块提供控制箱内的电源，压力变送器通过信号线连接到模拟量输入模块的通道端子，调节阀通过信号线连接模拟量输出模块的通道端子；微处理器的输出端连接中间继电器的线圈端子，所述的中间继电器线圈端子的三个作用触点分别串联至泄压阀、报警灯、细纱机急停开关的电源回路中，其中，泄压阀、报警灯所在电源回路为控制箱内电源模块所提供的电源，细纱机急停开关所在的电源回路为细纱机设备的供电电源。优选地，微处理器与触摸屏通信包括串口通信或网络通信。在本实施例中，以选用网络通信实现细纱机控制系统与上位机触摸屏的通信为例进行详细说明：通过设置微处理器的块组件中的通信菜单进行设置相应的IP地址，例如其用的IP地址为192.168.2.1，子网掩码为255.255.255.0，默认网关为0.0.0.0，触摸屏选用smart 700IE型号,在触摸屏连接菜单处选择以太网接口，类型为IP，地址为192.168.2.3，通信驱动程序为SIMATIC S7200即可完成网络通信的建立。
本发明所提供的一种细纱机智能调压控制系统的控制方法，包括以下步骤：
a. 本系统初始状态下检测气囊管内压力值是否为零；具体的，当检测到气囊内压力大于零时，PLC控制系统启动，并控制调节阀关闭、泄压阀打开，系统做泄压处理，经10s-13s后关闭泄压阀。
b.PLC控制系统根据气囊管内的压力值，基于PID控制算法进行PID调节； PLC控制系统控制调节阀的开度，调节阀打开气体通过调节阀进入气囊管内，随着压力的增大，PLC控制系统开始控制调节阀开度逐渐缩小，当PLC控制系统的设定值与所检测到的当下气囊管内压力值相等时，调节阀处于关闭状态。
c.细纱机作业过程中实时检测气囊管内气体值，PLC控制系统根据当前压力与设定值的差值进行调节阀开度的调节，打开调节阀进气，直至PLC控制系统的设定值与所检测到的当下气囊管内压力值相等时，调节阀处于关闭状态。
另外，本发明还能在细纱机压力出现超压或者欠压的异常情况下，实时监测并做报警及设备急停处理，具体的，当气囊管压力大于或小于设定值压力时，PLC通过控制中间继电器的开断，控制报警灯的开关以及细纱机急停开关的动作。
下面以本发明的一个具体实施例对本发明做进一步的描述说明。
触摸屏设置压力为0.3Mpa时，PLC控制系统启动，调节阀关闭，泄压阀处于打开状态对系统泄压处理，经过一段时间后，优选地，在10S-13S后关闭泄压阀。PLC控制系统通过模拟量输入模块接收压力变送器所采集的模拟信号，此时信号为（4-20Ma的电流信号），即实时状态下气囊管内压力值，并根据其压力值进行PID调节，调节过程如下：通过模拟量输出模块控制调节阀的开度大小，PLC控制系统刚启动时，调节阀打开，气体通过调节阀进入气囊管内，随着压力的增大，PLC控制系统开始调节调节阀的开度使之逐渐缩小，当检测到PLC控制系统对气囊管内的压力设定值与气囊管内压力值相等时，调节阀处于关闭状态，此时气体无法进入气囊管内；细纱机工作伴随着气囊管内气体的损耗，气囊管内的压力逐渐减小，此时PLC控制系统根据当前气囊管内的压力与压力设定值的差值，再次进行调节阀开度的控制，打开调节阀使气体进入气囊管内。此外，当气囊管压力大于或小于设定值压力时，PLC控制系统通过控制中间继电器的开断，中间继电器的作用触点动作，进而控制报警灯的开关或细纱机的急停。
本发明的细纱机智能调压控制系统采用闭环的数字PID调节控制，主要将根据气压的给定值与实际值的偏差，利用PLC进行PID算法的运算，通过PLC模拟信号的输出，从而控制调节阀的开口大小，来实现对当前气囊管压力的调整。具体实现过程如下：
PID控制器调节输出，保证偏差e(t)为零，使系统达到稳定状态，偏差为给定压（SP）力值和过程实际值(PV)变量的差。系统PLC中PID控制的原理基于以下公式：
式中M(t)是PID回路的输出，是PID回路的增益，e是PID回路的偏差，是PID回路输出的初始值，即当前回路中气囊内气压的初始压力值。
当初始值=0，对PID回路离散化进行改进和简化后，得出PID输出的算式：
式中后三项分别为第N采样时刻的比例项值，积分项值，微分项值。这样，通过对各项的系数增益调整，从而影响系统的M(t)输出。

Claims (7)

1.一种细纱机智能调压控制系统，包括安装在气动摇架（6）上的握持管（5）内的气囊管，所述的握持管上开设有与内部气囊管相连通的连接孔，细纱机上的气囊管之间通过气管（2）互连，外部气源与手动减压阀（1）的入口端连接，其特征在于，手动减压阀的出口端与调节阀（8）的入口端相连接，调节阀的出口端与三通（12）的入口端相连接，所述的三通的一出口端与气囊管相连接，三通的另一出口端与泄压阀（11）相连接，其中，细纱机末端的气囊管还连接有压力变送器（3），所述的压力变送器、泄压阀以及调节阀分别接入设置在细纱机机身外部的控制箱内，并与控制箱内部的微处理器连接，所述的微处理器还与设置在控制箱外部的触摸屏、报警灯连接；控制箱内包括PLC微处理器、模拟量输入模块、模拟量输出模块、电源模块、中间继电器，所述的压力变送器通过信号线连接控制系统中的模拟量输入模块，调节阀通过信号线连接模拟量输出模块，微处理器的输出端连接中间继电器的线圈端子，所述的中间继电器线圈端子的三个作用触点分别串联至泄压阀、报警灯、细纱机急停开关的电源回路中，其中，初始状态下的泄压阀、调节阀保持关闭状态。
2.根据权利要求1所述的细纱机智能调压控制系统，其特征还在于，上述调节阀以及泄压阀分别通过调节阀固定板（9）、泄压阀固定板（10）配合螺栓，固定至细纱机车尾端；手动减压阀通过螺钉、支架固定在细纱机车尾端。
3.根据权利要求1所述的细纱机智能调压控制系统，其特征还在于，微处理器与触摸屏通信包括串口通信或网络通信。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的细纱机智能调压控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
a. 本系统初始状态下检测气囊管内压力值是否为零；
b.PLC控制系统根据气囊管内的压力值，基于PID控制算法进行PID调节；
c.细纱机作业过程中实时检测气囊管内气体值，PLC控制系统根据当前压力与设定值的差值进行调节阀开度的调节，打开调节阀进气，直至PLC控制系统的设定值与所检测到的当下气囊管内压力值相等时，调节阀处于关闭状态。
5.根据权利要求4所述的细纱机智能调压控制系统的控制方法，其特征还在于，在步骤a中，当检测到气囊内压力大于零时，PLC控制系统启动，并控制调节阀关闭、泄压阀打开，系统做泄压处理，经10s-3s后关闭泄压阀。
6.根据权利要求4所述的细纱机智能调压控制系统的控制方法，其特征还在于，在步骤b中，PLC控制系统控制调节阀的开度，调节阀打开气体通过调节阀进入气囊管内，随着压力的增大，PLC控制系统开始控制调节阀开度逐渐缩小，当PLC控制系统的设定值与所检测到的当下气囊管内压力值相等时，调节阀处于关闭状态。
7.根据权利要求4所述的细纱机智能调压控制系统的调节方法，其特征还在于，当气囊管压力大于或小于设定值压力时，PLC通过控制中间继电器的开断，控制报警灯的开关以及细纱机急停开关的动作。
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