噴氣織機原理及PLC控制系統的研究

摘 要：可編程控制器（簡稱PLC）以微處理器為基礎，結合計算機技術、自動控制技術以及它面向控制過程，面向用戶等特點。近年來，國內許多紡織廠都把PLC應用于無梭織機的電氣控制，將人機界面、編碼器、斷紗檢測裝置、多臂機、電磁離合器以及PLC等裝置合理組合配置，構建PLC控制系統控制織機的動作。PLC技術的應用在提高織機布面質量、擴大織物品種、提高織機的效率、簡化操作、減輕勞動強度等方面起到了至關重要的作用。
關鍵詞：噴氣織機 電子多臂 可編程序邏輯控制器

引言

開口機構是控制噴氣織機運動的關鍵部件，決定織機運動的平穩性和織物組織的品質。開口機構的作用是根據織物組織圖上經緯交織的變化規律，按序及時帶動經紗，形成梭口，待緯紗進入梭口后，兩層經紗再上下交替，互易位置，形成新的梭口，如此反復循環。傳統織機的開口機構一般采用機械的方法，以控制和調節經緯交織的變化規律，在織物上形成不同的花型或花紋，而現代噴氣織機多采用電子多臂來做到這一點，電子多臂是一種典型的機電一體化的產品。它的性能優越，可以用微型計算機控制織物的花紋，快速提供不同復雜花型的織制。

本文介紹2861型噴氣織機工作原理以及應用PLC構成噴氣織機的電氣控制系統，應用PLC控制噴氣織機開口機構。

1 2861 型噴氣織機開口機構的組成和特點

噴氣織機的開口機構由多臂機構控制，一個提綜臂可控制一個或多個綜框作上下往復運動，因此使用電子多臂必須先了解機械多臂機構的原理。

2.1 開口機構的組成

開口機構總體來說是由選綜機構和提綜機構組成的，而提綜機構卻是由一個連桿機構和一個共軛凸輪機構疊加而成的。提綜機構簡圖如圖1 所示。

圖中 O1 是裝在大圓盤10 上的一根軸，凸輪1、2 是一對共軛凸輪，它們固定在機架上，相對地面靜止，擺臂4、5 作為一剛體繞軸 O1 轉動，軸1 O 以 O1 O2 為半徑，以 O1 為圓心作勻速圓周運動。如圖所示，該機構相當于 O1 固定的共軛凸輪作勻速圓周運動，即整個機構為一對凸輪機構疊加一個連桿機構，在這里運用共軛凸輪，能提高運動精度，減小沖擊，而且可以改善機構的受力情況。

圖1 提綜機構工作原理圖
1—大圓盤 2、3—共軛凸輪 4、5—擺臂 6—滑槽 7—滑塊 8—偏心輪
9—盤形連桿 10—提綜臂 11—提綜臂連桿 12、14—轉臂 13—轉臂連桿
15、16—綜框連桿 17、18—支撐桿 19—綜框

提綜機構的作用是將主軸的動力通過連桿和凸輪機構傳遞給綜框，使綜框作上下往復運動，在綜框上裝有筘座，經線從筘座中穿過。綜框作上下往復運動的同時帶動筘座運動，從而使經線產生開口。滑槽6 作積極式運動，其運動由勻速轉動和擺動合成，滑塊7 和偏心輪8 之間的關系為：滑塊是從動件，它由滑槽帶動。滑塊的運動，使滑槽和偏心輪作變速運動，當偏心輪隨滑塊運動，此時，這里相當于一個開口曲柄，盤形連桿9 帶動提綜臂10 做來回擺動，使綜框產生上升或下降的開口運動，而選綜機構則是用來選擇提綜臂的機構，即被選中的提綜臂按預定的運動規律進行動作，而未被選中的提綜臂則停止不動，通過這種有選擇的運動，可以在經線之間形成不同形式的開口，從而織出不同型式的花紋布料。選綜機構簡圖如圖2 所示。

在圖2 中，選綜機構是這樣工作的，主軸14 做勻速圓周運動，而傳動輪5 則以花鍵連接的形式裝在主軸上跟隨主軸運動，連桿6 活套在偏心盤3 上，偏心盤3 通過控制鉤8 連接傳動輪5，提綜臂4 由連桿6 帶動。而且在傳動輪上有兩個相距180 度的凹槽，只要控制鉤進入凹槽，傳動輪就會帶動偏心盤轉動，而偏心盤就會帶動提綜臂運動，從而起到選綜的目的。左右擺臂在共軛凸輪的作用下做擺動在這里有這么幾種運動情況：1.電磁鐵吸合， 則擺桿12 頂動左擺桿繞回轉中心順時針轉動。

(1)如果之前提綜臂靜止，此時左擺桿的凸頭從控制構的凹槽中脫出，控制構由于受彈簧7 的回復力繞控制鉤的中心做逆時針轉動。此時，控制鉤8 上的凸頭則滑進傳動輪5 的凹槽中，使得偏心盤與傳動輪一起運動，從而帶動連桿6 提綜臂4 運動，完成提綜動作。

圖2 選綜機構簡圖
1．左擺桿彈簧 2．左擺桿 3．偏心盤 4．提綜臂 5．傳動輪 6．連桿
7．彈簧 8．控制鉤 9．右擺桿 10．右擺桿拉簧 11．電磁鐵 12．擺桿
13．主軸

(2)如果之前提綜臂運動，此時控制鉤轉到右面，右擺桿凸頭滑入控制鉤的凹槽中，控制鉤受彈簧回復力作用繞控制鉤的中心做順時針轉動，使得控制鉤的凸頭從傳動盤的凹槽中脫出，此時偏心盤與傳動輪分離，綜框靜止保持提升狀態。

2. 電磁鐵不吸合，則擺桿12 頂動右擺桿繞回轉中心逆時針轉動。

(1) 如果之前提綜臂靜止，此時左擺桿受左擺桿彈簧的作用繞回轉中心做逆時針轉動，左擺桿凸頭從控制鉤的凹槽中脫出，此時，控制鉤受彈簧回復力作用繞回轉中心左逆時針轉動，控制鉤的凸頭滑入傳動輪的凹槽中，使得偏心盤與傳動輪一起運動，從而帶動連桿6和提綜臂4 運動，完成提綜動作使綜框下降。

(2) 如果之前提綜臂運動，此時控制鉤轉到右面，右擺桿繞回轉中心做逆時針轉動，此時，右擺桿凸頭將不會影響控制鉤，因此傳動輪繼續帶動偏心連桿運動，綜框保持下降狀態。

2.2 開口機構的特點

2861 型噴氣織機采用的是電子多臂開口裝置，可帶動16～32 片綜框單獨運動，適合用于織造斜紋、鍛紋和小花紋織物。多臂機動力消耗少，組織變化不必進行改變機械結構，品種變換較為方便。

2 PLC 控制

基于PLC 的2861 型噴氣織機電控系統充分采用當今先進的微電子技術和微機技術，采用西門子可編程序控制器，解決現有的控制系統無法解決的工藝差、穩定性差、抗干擾能力差、故障率高的缺陷，使整個電控系統的控制水平有了很大的提高，反映了當今國內紡機控制技術的發展方向，基于PLC 的噴氣織機多臂開口機構的控制系統組成框圖如圖3 所示。

圖3 電子多臂開口機構控制系統組成框圖

2.1 織機控制程序基本流程圖:

圖4 織機控制流程圖

2.2 電子離合器

使用PLC 控制開口機構區別于以上陳述的凸輪控制，首先它采用伺服電機帶動提綜機構運動，因此只要能有規律的控制伺服電機的轉動就能有選擇性的進行提綜動作。在這里采用電子離合器來實現，每個電子離合器連接一個或多個電動機，只要電子離合器通電，電動機開始轉動并間接控制一片綜框運動。其次它是利用PLC 采用軟邏輯線圈的原理，即將PLC的某位輸出置為高位1，電子離合器吸合，電動機轉動；反之，將PLC 的某位置為低位0，電子離合器脫開，電動機停止轉動。利用PLC 的這種原理我們可以很靈活便捷的設計開口機構的運動規律，不同的運動規律就可以織造出比凸輪開口機構斜紋、鍛紋和小花紋織物等不同種類的織物。

2.3 人機界面

人機界面須配備常用電源、啟動、停止、檢測等等按鈕，另外還需配置可用于在線編程的模塊，通過此模塊用戶可以查詢、新建、編輯、存儲、以及人工輸入花紋控制程序，方便用戶操作。

2.4 斷經檢測裝置

織機的定位停車位置，由PLC 根據絕對式光電編碼器確定。斷經信號可由經線的傳感器傳給PLC，PLC 根據用戶設定的斷經停車角度和絕對值式光電編碼器的角度信號實現定位停車。根據經紗的品種不同，調節PLC 對停經片的靈敏度，可以準確實現定位停車，有效提高產品質量。

2.5 光電式旋轉編碼器

紡織機的所有運動與主軸的運動都密切相關,因此在硬件資源上必須配備能夠測量主軸旋轉角度的設備,用光電編碼器作為主軸運動角度的測量裝置。光電編碼器的分辨率選擇為360,也就是主軸每轉一周,編碼器輸出脈沖信號360 個,這樣通過PLC 上自帶的高速計數器計算出主軸運動的角度值.絕對值式光電編碼器軸旋轉時，隨主軸位置的變動產生對應的代碼(二進制碼)輸出。從代碼大、小的變更，即可判別主軸的轉向和轉動的角度。并且它有一個臨時寄存器，當停電或關機后再開機重新測量時，仍可準確地讀出停電或關機位置的代碼。一般情況下，絕對值式編碼器的測量范圍為0～360 度，編碼器將主軸所轉的角度所對應的代碼傳給PLC，再由PLC 通過人機界面顯示，這樣用戶就可以準確把握織機的停車角度、織機的轉速、停經角度、停緯角度等。

3 結束語

基于PLC 的2861 型噴氣織機電子多臂的控制系統工作穩定可靠，具有結構簡單，操作方便，界面簡潔，成本低廉等優點，特別適用于織造復雜花紋的噴氣織機系統，也可在其它無梭織機中也推廣應用。

參考資料
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[4] 張敏 全國無梭織機設備管理和維護保養技術經驗研討會 中國紡織工程學會，2001
[5] 王海群 王素敏 陳志坤等 基于S7-300PLC 的高爐煤氣凈化系統[J] 微計算機信息，2006.1:：52--53

創新點：

作者的創新之處在于應用PLC 控制噴氣織機的開口機構，從而將微電子技術應用到現代織造行業中，使微電子技術、信息傳遞技術與織造技術形成完美的結合,為以后進一步將更多的電子裝置與系統與織機結合提供了理論支持。

作者簡介：
胡兵，男，1982 年生，漢，在讀碩士研究生，研究方向：機械制造及其自動化。
張淳，男，1957 年生，漢，教授，碩士生導師。現任陜西科技大學教務處處長。主要研究方向：機械設計制造及其自動化。