CN202116783U - 整经机张力自动控制系统 - Google Patents

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朱宗民
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Abstract

本实用新型公开了一种整经机张力自动控制系统，包括检测单元、与该检测单元相连接的可编程控制单元、与该可编程控制单元相连接的移相脉冲单元、与该移相脉冲单元相连接的可控硅整流单元以及与该可编程控制单元相连接的反馈单元，所述可编程控制单元进一步连接有调节气阀。本实用新型的整经机张力自动控制系统，可通过可编程逻辑控制器的设计以及简单的外围电路，使张力系统达到稳定、准确、快速的要求，实现了整经机在卷绕经纱过程中经纱的精确张力自动控制。

Description

整经机张力自动控制系统
技术领域
本实用新型涉及纺织行业的整经机控制，更具体地，是一种整经机张力自动控制系统。
背景技术
整经机作为纺织行业中的织前准备设备，其工作效果直接影响到后续的织布质量及效率。用于织物的整经机工艺示意图如图1所示，纱线1从纱架2输出后，顺次经过带制动离合器的导辊3、4，普通导辊5、压辊6、设置于支架8上的导辊7、导辊8后，进一步穿过钢扣10，并经由被电动机12驱动的卷经筒11，输出到后续的设备进行处理。
整经机的传动卷绕机构的电动机12所产生的转矩，需克服空载转矩和动态转矩，剩下的转矩才是产生张力力矩的，而动态转矩和空载转矩在运行中是要随着卷经筒11和电动机12运行速度的变化而变化的，当电动机12转矩恒定时，这个变化会引起张力的波动，当张力变小时松卷，张力变大以致经纱线被拉断。特别是在整经的过程中进行停止和启动控制时，这个问题显得更严重。所以在整经生产中，必须采取措施以实现张力自动调节控制。
传统的张力控制系统较多，如基于模拟电路的三相全控桥电流负反馈调节系统，随着卷经筒上纱线的堆积，其半径逐渐增大，这使得主电流增大，利用电流负反馈控制信号调节系统。同理，基于三相变频控制电路，当卷经筒半径增大而使主电流增大，通过对变频器参数的设置，利用变频器具有的矢量控制方式和V/F控制特性以实现张力自动控制。但是，上述传统的张力控制系统中，准确性和精确度都存在着不足。
实用新型内容
本实用新型的目的，在于克服现有张力控制系统中的上述缺陷，从而提供了一种新型的整经机张力自动控制系统。
本实用新型的整经机张力自动控制系统，包括检测单元、与该检测单元相连接的可编程控制单元、与该可编程控制单元相连接的移相脉冲单元、与该移相脉冲单元相连接的可控硅整流单元以及与该可编程控制单元相连接的反馈单元，所述可编程控制单元进一步连接有调节气阀。
优选地，所述可编程控制单元包括模数转换器、数据处理器以及数模转换器。
优选地，所述检测单元包括张力检测器以及与该张力检测器相连接的放大电路。
优选地，还包括与所述可编程控制单元相连接的参数设定单元以及显示单元。
优选地，所述可控硅整流单元包括励磁电源电路以及与该电路相连接的多个晶闸管。
本实用新型的整经机张力自动控制系统，可通过可编程逻辑控制器的设计以及简单的外围电路，使张力系统达到稳定、准确、快速的要求，实现了整经机在卷绕经纱过程中经纱的精确张力自动控制。
附图说明
图1为整经机的工作工艺示意图；
图2为本实用新型的整经机张力自动控制系统的示意图；
图3为本实用新型的可编程控制单元的组成示意图；
图4为本实用新型的检测单元的组成示意图；
图5为本实用新型的输入输出界面组成示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式，对本实用新型的组成和工作原理进行详细说明。
如图2所示，本实用新型的整经机张力自动控制系统，包括检测单元100、与检测单元100相连接的可编程控制单元200、与可编程控制单元200相连接的移相脉冲单元300、与移相脉冲单元300相连接的可控硅整流单元400，该系统还包括与可编程控制单元200相连接的反馈单元500，并且可编程控制单元200进一步连接有调节气阀600。
更具体地，如图3所示，可编程控制单元200包括模数转换器210、数据处理器220以及数模转换器230。可编程控制单元200利用可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)组成，通过程序编制，其可以形成模数转换、中央处理、数模转换以及存储等多个模块。在本实用新型中，PLC可用于控制模拟量电压输出，以控制用于气压调节的调节气阀600，以达到控制离合器30摩擦力的目的；其另一个作用，是利用输出的电压调节量，来控制整经机驱动单元20中电动机的转速，从而最终实现整经机中离合器和直流电机的协调工作，达到张力自动控制的目的。对于可编程控制单元200，将在下文中进行更详细描述。
如图4所示，检测单元100包括张力检测器110以及与该张力检测器110相连接的放大电路120。张力检测器110可以是常规的张力传感器，其检测出的张力信号经过放大电路120放大后，输入至可编程控制单元200的模数转换器210，模数转换器210将模拟量的张力信号转换为数字信号后，进一步输入到数据处理器220进行处理。
移相脉冲电路300用于产生触发脉冲，其接收到可编程控制单元200经数模转换输出的电压控制信号，对其进行移相处理后，输出至可控硅整流单元400。可控硅整流单元400包括励磁电源电路以及与该电路相连接的多个晶闸管，其中励磁电源电路用于单相电源整流以及提供失磁保护，并与多个晶闸管形成三相全波桥式整流电路。通过可控硅整流单元400，可达到根据输出的可控电压信号对直流电动机的转速进行控制的目的。
反馈单元500由测速发电机和张力检测电路组成，其将整经机当前的各个参数(发动机转速、张力等)反馈至可编程控制单元200，从而保证了调速系统在运转过程中具有良好的机械特性和实际张力自动控制。
另外，本实用新型的张力控制系统还可包括输入输出界面，以用于参数的输入以及相关信息的显示，如图5所示，该张力控制系统包括与可编程控制单元200相连接的参数设定单元700以及显示单元800。其中，参数设定单元700用于输入张力、速度、圈数、长度等参数，显示单元800可用于显示系统中实时的张力。
以下通过三菱公司的FX2n系列PLC构建可编程控制单元的一个实施例，对本实用新型的原理进行进一步说明。
如上所述，PLC张力自动控制系统的输入输出量均为模拟量，而PLC的CPU只能处理数字量，因此，本实施例中，利用模拟量输入模块FX2n-4AD来进行A/D转换，并利用模拟量输出模块FX2n-4DA来进行D/A转换，它们都是12位的4通道变换模块，相对于最大值，精度可达1％。
通过对PLC程序设计，工作时根据设定张力值上下限取平均值，和测量的张力值所产生的差提供二路控制电压，一路在整经机启动和停止过程中控制离合器的摩擦力，控制经纱张力不让其急剧变化。另一路电压在运行中，用PID控制算法计算。PID控制算法一般指比例项(P)+积分项(I)+微分项(D)，但在实际编程时可以只使用比例项，或使用比例+积分项，或比例+积分+微分三项都用。积分项的作用是消除系统静差，微分项可以改善系统的响应速度，积分项有缓和输出值激烈变化的效果。当计算出所需的调节量，由移相脉冲单元300产生六相双脉冲移相信号，去触发控制晶闸管，当电枢电压升到一定值后，通过调速电路继续进行弱磁控制进行升降速，以此来实现直流电动机转速的PID闭环控制，使张力棍上的线速维持稳定，进而得到稳定的张力。
PID控制算法如下：
Figure BDA0000060166990000051
式中：u(t)为PID算法的结果输出值；e(t)为设定值与检测值的差(简称为误差)；Kp为比例增益；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。
该实施方式中，用可编程控制器对模拟量实现PID控制时，有3种方法可用来实现PID算法。第一可以使用PID过程控制模块，此方法使用简单，但该模块价格较贵，这里没有采用；其次使用PID功能指令，这条功能指令实际上是调用实现PID控制的子程序，当PID功能指令与模拟量输入、输出模块一起使用时，可以得到类似于PID过程控制模块的效果，但价格便宜得多；第三就是采用自编的程序实现PID闭环控制，因为有些PLC没有PID功能指令，在不使用PID过程控制模块的情况下，只能自编PID算法的程序。由于这里采用的Fx2n型PLC有PID功能指令，所以采用的是第二种方法。
具体地，三菱Fx2n型PLC的PID回路运算指令的功能指令编号为FNC88，源操作数[s1][s2][s3]和目标操作D均为16位运算，占9个程序步，[s1]和[s2]分别用来存放给定值sV和当前的测量到的反馈值PV，[s3]～[s3]+6分别用来存放控制参数的值，即采样周期，动作方向，输入滤波常数，比例增益，积分时间，微分增益和微分时间，[s3]+7～[s3]+9被PID指令占用，运算结果存放在[D]中，另外还有输入、输出变化量的增加、减少的报警设定值，报警输出等。使用PID功能时，必须先用MOV指令将[s3]+7清零。
在调节PID的参数时，首先需要确定参数的初始值，如果预定的参数初始值与理想的参数值相差太远，将给调试带来很大的困难。因此如何选择一组较好的PID参数初始值是PID参数整定中的关键问题。该实施方式中，可使用单位阶跃曲线或自动调谐求得。
本实施方式中，使用单位阶跃曲线，对系统提供0-100％的输出，记录检测值的曲线图。然后按照曲线图求比例增益、积分时间和微分时间。调试时，首先对离合器不施加任何压力，对系统进行开环测试，获得系统的单位阶跃响应曲线，从单位阶跃响应曲线中获得比例增益、积分时间和微分时间，了解被控对象(卷绕轴拖动电机)的死区时间和上升时间常数，再求出系统的控制度。接下来根据求出的值，得到PID控制器的Kp、TI、TD，再对系统进行闭环调试，根据整经时的不同经纱线，适当修改控制系数，以获得良好的闭环阶跃响应特征。最后，根据整经过程中的启动和停止操作调整离合器的动作时间和压力大小，从而使系统获得最佳的控制效果。
利用本实用新型的整经机张力自动控制系统对现有的整经机进行改造后，可通过可编程逻辑控制器的设计以及简单的外围电路，使张力系统达到稳定、准确、快速的要求，实现了整经机在卷绕经纱过程中经纱的精确张力自动控制。特别是克服了传统整经机的张力控制系统在启动和停止时难以达到张力精确控制的缺陷，使产品质量有了明显提高，从而可取得较高的经济效益。

Claims (5)

1.一种整经机张力自动控制系统，其特征在于，包括检测单元、与该检测单元相连接的可编程控制单元、与该可编程控制单元相连接的移相脉冲单元、与该移相脉冲单元相连接的可控硅整流单元以及与该可编程控制单元相连接的反馈单元，所述可编程控制单元进一步连接有调节气阀。
2.根据权利要求1所述的整经机张力自动控制系统，其特征在于，所述可编程控制单元包括模数转换器、数据处理器以及数模转换器。
3.根据权利要求1或2所述的整经机张力自动控制系统，其特征在于，所述检测单元包括张力检测器以及与该张力检测器相连接的放大电路。
4.根据权利要求3所述的整经机张力自动控制系统，其特征在于，还包括与所述可编程控制单元相连接的参数设定单元以及显示单元。
5.根据权利要求3所述的整经机张力自动控制系统，其特征在于，所述可控硅整流单元包括励磁电源电路以及与该电路相连接的多个晶闸管。
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Assignor: Shanghai Jinxiong Paper Felts Co., Ltd.

Contract record no.: 2013510000077

Denomination of utility model: Automatic tension control system for warping machine

Granted publication date: 20120118

License type: Exclusive License

Record date: 20130822

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Assignee: Sichuan Vanov Technology Fabric Co., Ltd.

Assignor: Shanghai Jinxiong Paper Felts Co., Ltd.

Contract record no.: 2013510000077

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