植绒机论文(机电一体化设计).doc

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1、本科毕业设计说明书（论文） 第 26 页 共 26 页目录1 绪论12 簇绒机53 簇绒机控制结构84 簇绒机自动控制设计14结 论23致 谢24参考文献25附录261 绪论1.1 引言随着我国人民生活水平的不断提高，人们对居住的条件和环境的要求也越来越高，地毯作为室内铺装的重要组成部分，逐渐走进人们的生活，地毯的广阔前景是勿庸置疑的3。地毯因制作方法不同可分为机制地毯、手工地毯。机制地毯主要类型：(1)簇绒地毯：该地毯属于机械制造地毯的一大分类，它不是经纬交织而是将绒头纱线经过钢针插植在地毯基布上，然后经过后道工序上胶握持城头而成。该地毯生产效率较高，可谓物美价廉。(2)机织威尔顿地毯：该地

2、毯是通过经纱、纬纱、绒头纱三纱交织，后经上胶、剪绒等后道工序整理而成。由于该地毯工艺源于英国的威尔顿地区，因此称为威尔顿地毯。此织机是双层织物故生产效率比较快。(3)机织阿克明斯特地毯：该地毯 也是通过经纱、纬纱、绒头纱三纱天织，后经上胶、剪绒等后道工序整理而成。该地毯使用的工艺源于英国的阿克明斯特，此织机属单层织物且机速很低，地毯织造效率非常低，其效率仅为威尔顿织机的30%。手工地毯主要类型：(1) 手工编制地毯。(2)手工枪刺地毯。现如今在经济飞速发展的同时产生了严重环境破坏，这样以牺牲环境换取经济发展模式应当遏制，应大力推广绿色制造技术，减少环境污染和资源消耗。传统工艺中地毯上的图案都是

3、依靠人工或者机器着色印上去的，在生产过程中会产生了大量的对环境和人体有害的物质，如有机氯化合物、重金属等，从而违背绿色制造的理念。所以尽量减少地毯生产过程中的染料用量，降低地毯生产环境污染是摆在地毯生产面前一个迫切需要解决的问题。提花簇绒控制技术通过控制地毯底布上的绒毛高度和形状来形成地毯图案。这种技术在生产过程中几乎不使用染料，解决了传统印花工艺生产地毯时所带来的环境污染问题。同时相比较传统生产工艺，通过提花簇绒制作的地毯产品质量明显提高。因此，研发簇绒机控制系统，发展簇绒地毯技术成为当前簇绒机生产企的重要发展方向。簇绒地毯起源于19世纪的美国佐治亚州。最初因其外观如同草坪，所以又称草皮织物

4、。20世纪3040年代，簇绒地毯由单针栽绒发展为排针栽绒。50年代又出现提花和印花的簇绒地毯，并逐渐在欧美各国普及。60年代以来，簇绒地毯以化学纤维为主要原料，幅宽达45m，成为机制地毯中产量最大、应用最广的品种。簇绒地毯的主要工艺是：(1)材料准备，将预热定型的丙烯纤维纺织成底布以及栽绒所需的各种化学纤维纱线。(2)栽绒定型，即以排针机械引带化学纤维纱线在丙烯纤维底布上整排、高速地栽绒，在毯面上形成整齐而又密集的圈绒或割绒。(3)在毯背面涂刮合成胶乳或聚酯类胶粘剂，并将底布和栽绒粘成牢固的整体。(4)后整理工艺，包括以剪绒机平整毯面、毯面印花、毯背粘贴丁苯胶或聚胺酯等泡沫塑料背衬或黄麻布背衬

5、，以蒸汽蓬松并整理毯面等。毛绒纱线，一般采用涤纶、锦纶、丙纶等混纺纱，高档产品用纯羊毛纱；底布早期使用黄麻机织物，目前多数采用丙纶扁丝机织物、涤纶长丝机织物或非织造织物。地毯的毛绒由特制的簇绒针在底布上植入毛纱以形成毛圈，割断毛圈形成毛绒，底布背面涂上树脂、胶料(背衬胶料)固着毛圈或毛绒，防止绒毛松散脱落和起毛起球，并可提高毛毯的尺寸稳定性。在涂有胶的地毯背面，还可再粘贴一层泡沫背衬，也有的在地毯背面粘贴第二层织物，称二次背衬，均具有增加簇绒地毯弹性和耐用性的功用。上世纪40年代美国就实现了簇绒地毯的规模化生产，而在我国规模化生产在上世纪80年代初才开始。目前我国大多数簇绒机都是生产单一品种的

6、平绒地毯，地毯生产技术被国外的地毯设备制造商所主导，设备大部分依靠进口，严重制约了我国地毯生产的市场竞争能力。因此如何把平绒地毯机改造成为具有自主知识产权的簇绒提花地毯机，以适应市场的需要是当前一个重要课题。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外簇绒控制系统现状国际上的簇绒生产控制技术以英国的Cobble公司，美国的Tuftco公司、CMC公司和日本的山口产业株式会社等主导世界先进水平，且技术上各有优劣3。英国Cobble公司为老牌簇绒机制造商，簇绒地毯技术较为全面。公司生产的簇绒机和提花装置，能够满足不论在生产速度还是在图案设计等方面的不同需求。其生产的ST系列和PANTERA系列可以为客户

7、提供较大的灵活性和生产的准确性。对于簇绒提花控制装置，该公司可以提供如下的选择：满幅循环图案提花装置(FRS)这是一种复杂的图案提花装置，通过独立控制每根纱线不同的喂入量来达到毯面绒毛高高低低的效果。该装置甚至能够使机器每织一针都有能力改变不同的绒毛高度，这种高度具有两种或者三种之分。平割平圈图案提花装置(LCL)该装置能够控制生产带平割平圈的地毯，绒面高度只有两种。满幅多辊轮斯可罗(SCROLL)控制装置此装置是一种复杂设备，可生产两个、三个和五个绒高层次，每个层次的高度都可渐进。为了更加提升设计的潜能，绝大多数的图案提花装置都可以和伺服马达控制的或凸轮驱动的移动针床配合使用。美国Tuftc

8、o公司为主要地毯编织控制技术提供商，在上世纪60年代，它就开始不断向国际市场推出其先进的簇绒生产技术。它的最大优势是能够根据市场需要为客户提供完备的地毯技术解决方案。该公司的全幅宽控制喂纱提花附件采用每一根纱线由一个独立的伺服附件来控制，可实现数层绒头高度，在全幅宽上实现不重复图案。在设计及控制软件方面，能够设计、存储图案，编排针床上纱线排列、即时设计和修改针床移动图案，模拟带有纱线的图案，能够设计喂纱辊速度、喂布辊速度、底基布张力、针床移动轨迹等。日本山口产业株式会社尽管推出的簇绒控制技术要比其它欧美企业稍晚一些，但在平割平圈技术方面有其独到之处。只带平割平圈控制附件的机器可织出机器全幅宽上

9、任意变化的圈绒割绒组合地毯图案，也可织出类似Cobble公司生产的Mini LCL机器织出的小图案。该机器可生产纯毛圈、纯割绒、平割平圈三种地毯，其优势是价格比欧美企业生产的具有类似功能的机器要低得多。以上这些国外厂商的簇绒机控制技术都经过长时间的技术演化，目前正朝着控制速度高、编织簇绒地毯的花形更加复杂的方向发展。1.2.2 国内簇绒控制系统现状国内专业生产簇绒机整机的企业不多，目前比较出名的几家分别是威海的特思特机械制造有限公司、浙江的天龙公司和广东的梦都美有限公司。由于自主研发簇绒控制技术起步比发达国家晚一些，投入相对也少，使得我国的簇绒控制技术与国外的生产技术相比还存在很大的差距。目前

10、国内企业生产的簇绒机多是一些台式机，只能生产一些简单重复的高低绒高小规格产品，难以编织宽幅花形地毯。由于技术含量低，企业获得的利润比较小。市场上出现的国产簇绒机多数是平割机或者是圈绒机，这些利用宽幅平割机或者圈绒机生产出来的簇绒地毯是没有花形图案的，要想得到带有花形的地毯还得通过印染技术把图案印上去。而带有花形编织功能的国产簇绒机很少。这与通过提花簇绒机直接编织出花形图案的原理是不一样的。2 簇绒机2.1 簇绒机的原理简介最初的手工簇绒使用很粗的针加工的，针上传着棉线，将线引到底布下方。再将针从底布抽出，用手在底布下面捏住一定长度的线段，这就构成了特有的绒圈。一般都将绒圈连缀成简单的花纹，然后

11、保留其绒圈形式，或者用剪刀剪成相当于割绒的绒头。这种简单的生产程序几乎被标准型簇绒机承袭下来了。绒头纱从插在供纱架上的锥形筒子上引出，穿过头顶上并排的输纱管而到达簇绒机前。绒头纱的纱片通过引导纱棒引过一对喂纱罗拉。喂纱罗拉是积极传动的，其速度一方面决定绒头纱的张力，另一方面又控制着纱线喂入量，从而控制簇绒织物的绒头高度。然后各根纱线穿过一对导纱棒的纱孔。这种装置可精密地调节纱线的张力。张力装置的第二根导纱棒与针床相连，将各根纱线正确地引至相应的簇绒针。簇绒针由偏心轴传动，各针穿过梳状托板的齿隙作垂直往复运动。簇绒底布从机器喂入的布卷上退出，受输出侧角钉罗拉的牵引在梳形托板上方通过。作往复运动的

12、簇绒针向下运动时刺穿底布，向上时，则从底布中拔出。在靠近簇绒针处装有固定位置的压脚，以防止底布随针升起。角钉罗拉的转速决定了簇绒针每一往复周期内底布通过针床的长度，也就是决定了每段长度内扎入底布的针迹数。图2-1 简易簇绒机草图2如图3所示：A、绒头纱筒子，B、输纱管，C、喂纱罗拉，D、绒头纱，E、机头外廓，F、双导纱棒张力装置，G、针床，H、簇绒针，I、梳状底布托板，J、偏心轴，K、底布，L、簇绒地毯，M、成圈钩，N、摇轴，O、割绒刀，P、压脚。通过机械之间的配合运动，在底布上形成需要的绒圈图案。2.2 绒圈的簇制在制造绒圈地毯时，当针向下降到最低位置时，位于底布下方的成圈钩紧靠针旁移动，钩

13、住纱线。成圈钩为一扁钢片，形状像倒置的曲棍球杆。构尖所指方向与底布运动方向相同。在早期簇绒机上，成圈钩的动作是与及其主偏心轴相连接的摇轴完成的。而在现代的簇绒上则利用齿条和小齿轮是成圈钩运动。当簇绒针退出底布时，成圈钩在底布下方握持纱线形成一个绒圈。当簇绒针再次下降时，成圈钩即退后让路。这个后退与底布前进时一起进行的，使第一个簇绒绒圈脱离成圈钩。在簇绒针降到最低点时，成圈钩再次向前移动，形成一个新绒圈。 图2-2 簇绒的成圈过程22.3 割绒的簇制割绒地毯的生产与绒圈地毯生产基本相同，多了一把可以割开绒圈的割绒刀，因此运动相比较复杂。割绒刀与成圈钩在一起，割绒中成圈钩的形状比圈绒中成圈钩多一个

14、小倒钩。图2-3 簇绒的割绒过程2在了解了簇绒机工作原理后，我们得知毯面上高、低绒头的形成取决于绒纱喂入量和张力控制。当绒纱喂入量较少时，簇针下降过程中绒纱张力较大，绒圈从成圈钩上脱出时就会产生一个较大的收缩量，得到一个低绒圈；当绒纱喂入量较多时，簇针下降过程中绒纱张力一直处于松弛状态，从而在成圈钩上形成一个高绒圈。因此只要控制绒纱的不同张力或喂纱量，就能够来生产出高低绒头，使簇绒地毯机的高低绒头构成了毯面上凹凸不平的花型图案，从而形成了立体美感。2.4 簇绒机提花技术地毯机喂纱罗拉数量取决于簇绒机的针距、针数及一个花型循环中包含的绒纱根数。TMS簇绒织机通过对两种纱线不同的穿针方式实现各种需

15、要的样式及图案花型1。TMS簇绒机机身宽度为2m，有2根喂纱罗拉，针距为1/8in。在本设计中设上喂纱罗拉的纱线为A纱线，下喂纱罗拉的纱线为B纱线。地毯的织造通过两种绒线按图案需要进行簇绒编制。两种纱线以不同方式编织就可得到不同的图案。3 簇绒机控制结构将采用触摸屏、PLC与簇绒机相结合的方式对簇绒机的控制系统进行设计。其中触摸屏作为人机界面，通过输入绒纱量来控制生产地毯的花纹图案等。PLC是主要根据要求控制罗拉喂纱，同时使用变频器、安全开关、编码器等作为检测元件，控制机器的开关、报警等工作，实现较高的控制要求。触摸屏P L C编码器变频器电动机伺服驱动器伺服电机喂纱罗拉图3-1 地毯簇绒机电

16、控系统一体化示意图3.1 触摸屏触摸屏又称为触控面板，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置。在这里作为人机界面，通过在触摸屏上输入数据，控制整个系统。同时反馈的数据也会显示在触摸屏上。在选用触摸屏时既要考虑到触摸屏的功能、使用环境，同时要考虑到经济效益。设计内容要符合实际工厂生产需要以及工厂环境，在实际的工厂环境中触摸屏大小要合适，既能够让操作人员可以得到较好的操作又要较少的占用不空同时减少不必要的浪费。工厂的环境也是重要考虑因素，包括在工厂环境下使用的触摸屏的外壳材料等。经过对触摸屏综合性能要求以及经济效益考虑，我们选用是MT506T彩色液晶触摸屏。其触摸屏具体参数如下表：表3-1

17、MT506T参数规格型 号MT506T参数规格外壳颜色黑色显示屏5.6 彩色 TFT分辨率320 240色彩256色亮 度200 cd/m²对比度300:1背光灯LED液晶寿命25000小时触摸屏4线精密电阻网络 ( 表面硬度 4H )CPU32位RISC CPU 200MHz存储器1MB Flash ROM(最大可扩充为4MB)+ 4MB DRAM配方存储器内置128KB实时时钟有功能按键无通信端口COM0: PC RS232 & PLC RS485/422 COM1: PLC RS232打印端口无工作电源2128 VDC消耗电流MAX185mA24VDC系统诊断电源失效检测CE认

18、证通过CE认证FCC 兼容性符合 FCC Class A耐压测试500 V AC 1分钟绝缘电阻超过 50M 欧姆 500V DC防震测试10 25 Hz (X、Y、Z方向 2G/ 30分钟)防护等级IP65(前面板)工作环境0 45 存储温度20 60 工作环境湿度10 90% RH (非冷凝)外壳材料工程塑料ABS外形尺寸204 150 60 mm显示尺寸118 90 mm安装开孔尺寸192 138 mm冷却方式自然风冷重量0.8 Kg3.2 PLC3.2.1 PLC的基本概念可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,PLC)，它用来代替传统

19、的继电器实现逻辑控制。但是随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置，其功能已经大大超出了逻辑控制的范围，但是为了避免与个人计算机的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,现如今由于技术等原因美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。3.2.2 PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：(1) 中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。(2) 功能模块 如计数、定位等功能模块 。(3)存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 (4)通信模块

20、如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。(5)电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。(6)输入输出接口电路。3.2.3 PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。工作时，PLC读取已经编辑好的程序，通过对各种命令的读取，读取命令后再去执行程序命令，通过内部的处理去输出信号，从而达到逻辑控制等要求。3.2.4 PLC内部运作方式PLC是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做

21、实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。3.2.5 PLC选择PLC程序设计主要包括伺服控制设计，绒高、圈数计算设计，伺服和主轴变频的同步，触摸屏的编程连接等。通过选择可以发现设计内容并不需要过多的输入输出接口，在选择时同样应考虑经济效益与实际应用。根据实际需要选用了FX1S-20MT的PLC，三菱FX1S系列PLC把优良的特点都融合进一个很小的控制器中。控制规模：可扩展1030点(基本单元；10/14/20/30点)。主要特点：(1)丰富的软元件资源。(2)使用放心，存储量大的存储器规格。(3)机身小巧，高速运算。(4)集成型高性价比。3.3 变频器变频器是利用电力半导体器件的通断作用

22、将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/过载保护等功能。在本系统中PLC通过变频器控制电动机运动，变频器根据实际簇绒机的运动参数先实现设定好需要的变频参数，然后通过PLC接受命令再传给变频器，变频器根据命令再去对电动机实行调速，通过调速可以改变地毯的花纹。在此系统中根据实际需要选择15KW变频器。因此选择施耐德型号为XTRAVERT工业变频器。XTRAVERT变频器可用于纺织机器的控制中。XTRAVERT变频器主要特性：(1)内置噪声滤波器(2)操作简单(3)基本性能良好(4)兼容性好(5)选件可用于多种类型应用(

23、6)功率范围扩大3.4 编码器在整个系统中编码器具有测速、精确定位停机等功能。在整个系统中这是一个很重要的测量反馈装置。在这里选择欧姆龙编码器，欧姆龙编码器的工作原理：由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度)，将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。 由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。 编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻

24、璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。 分辨率编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度510000线。3.5 伺服系统的选择簇绒机在生产不同高低绒圈时，喂纱罗拉的作用是很关键的，而喂纱罗拉的速度控制就是通过伺服系统进行控制的。通过PLC控制伺服驱动器，伺服驱动器再控制伺服电机运动，从而控制喂纱罗拉的速度，通过对速度的调节使喂纱量发生变化，从而产生不同

25、的绒圈。伺服系统处了进行正常的伺服电机运动外，还要对罗拉的转速以及运动状况进行反馈，同时在进行停车和急停时需要对物质等进行测控，以保证高位精确停车以及和主电机的同步停车。伺服系统主要是根据TMS簇绒机的生产要求来进行选择的，选择了东元TSTA75D的伺服驱动器，与之配合的是TSB13302C的伺服电机。TSTA伺服驱动器与TSB13302C电机有如下特点：(1)低噪音、低震动。运行时噪音、震动小，有助于生产和检测等环节。(2)安装容易。(3)低转子惯量设计，在高速、高频率定位上可信赖度高。(4)性能好、适用范围广。簇绒机在生产时绒线的高低主要是依靠罗拉完成的，因此需要较良好的伺服系统完成，通过

26、查找资料，认为TSTA系列可以满足生产的要求。4 簇绒机自动控制设计4.1触摸屏软件设计簇绒机工作时如图3-1所示需要对PLC、伺服系统、变频器等进行控制，以及需要对它们的运动状态、数据进行反馈，便于使用人员及时准确的进行操作。于是采用触摸屏作为上位机操作和提花软件的平台。4.1.1 触摸屏提花软件设计设计触摸屏的时候尽量使得界面人性化，即可以方便使用人员操作，同时要让每一部分尽可能的清楚明了。触摸屏界面设计流程如图所示。初始界面菜单界面设备运行显示工艺参数设定一工艺参数设定二故障现象与处理设备操作说明图4-1 触摸屏主体流程设备运行显示伺服启动与停止伺服系统检测主机转速运行状态检测图4-2

27、触摸屏设备运行流程工艺参数设定一低圈绒高高圈绒高花型设定低圈针数高圈针数工艺参数设定二花型设定1绒高与针数2绒高与针数3绒高与针数图4-3 触摸屏工艺设定流程触摸屏流程设计完成后进行具体的设计。具体设计时使用的触摸屏软件是EasyBuilder。设计出界面如下，进入目录菜单。图4-4 目录菜单界面点击“设备运行显示”，进入设备运行界面，在这里可以看见同时将主机转速通过编码器测速和计算显示到屏幕。设备运行情况，操作人员可以根据需要和现实情况进行伺服急停及伺服停止和伺服启动的操作，避免误操作一起的不良后果。图4-5 设备运行界面 在花型工艺参数设定界面中，绒高与伺服电机的转速相关，不同绒高代表着不

28、同转速。高绒高代表这伺服电机高转速，低绒高代表伺服电机低转速。通过这样的设定使得伺服电机在运动时通过转速喂纱量的不同得到不同高度的绒圈样式。由3层不同的绒高组成的三层绒高圈绒提花型地毯花型就是由两根罗拉上纱线喂纱量的不同而形成的。例如第一层次的绒高的设定是与三菱PLC中的D130数据寄存器相连接的，通过改变D130数据寄存器中的数值可以改变PLC输出脉冲数的个数，从而控制伺服电机速度，以此控制喂入地毯面得纱线量。数值输入设置如图12所示。TMS的平绒簇绒机的针脚穿过底布时，由于受到本身簇绒机运行模式的限定，有高度限制。为了防止操作人员输入错误数据，按照针脚进入底布的高度范围，设定了输入的下限和

29、上限。图4-6 花型工艺参数设定当机器在运行出现了故障时，通过反馈信息进行的反馈将显示到触摸屏上，可以让工作人员对所出现的问题进行及时的处理。故障报警的信息有：主机报警、伺服报警、纱线荡纱报警、紧急停车等报警信息。图 4-7 报警及解决界面如果初次使用对于使用的过程不了解，可以通过操作说明对系统及簇绒机有更多的了解。方便操作人员进行操作。图4-8 操作说明界面4.1.2 触摸屏的通讯当地毯图案确定后，计算出相关数据，采用RS485通讯线把数据下载到MT506T触摸屏中。数据下载完成后把设置生产地毯图案花型的参数通过触摸屏写入PLC设备中，PLC根据所得到的数据进行具体的操作控制簇绒运行，在簇绒

30、机进行工作的同时，PLC将运行中测得的数据再输出道触摸屏中，并且在界面上及时的显示出和运动相关的数据，便于操作人员进行操作修改。4.2簇绒地毯机变频驱动簇绒机在运行时，由于纱线等需要簇绒机进行慢起和慢停，同时在簇绒机停止工作时要做到精确停车。因为这些要求需要使用变频器来控制电机，同时还要用到编码器、安全开关等检测元件用来保证机器的正常开机、停机、报警等工作。4.2.1 变频器设定与慢启控制变频器选用施耐德XTRAVERT变频器，变频器原有的出厂参数不符合要求，需要根据具体的使用条件做出相应的更改，主要是输入输出端子操作、模拟量、多段速控制、载波频率、基底频率、制动时间、上限频率、下限频率、启动

31、时间、过流保护、失速保护和过压保护等，这些参数都要经过修改才可以被使用。因为纱头较容易出现断头的情况，应采用慢启动和比较圆滑的启动过程，适当提高启动转矩，实现平滑启动，防止纱线断头。4.2.2 高位精确定位停车控制为了能够检测其运动转速和进行安全高位停车，采用编码器对其进行检测，根据实际情况选用欧姆龙编码器。关于编码器的安装位置应考虑到机器的控制系统的控制要求，即可以实现速度检测，同时可以对精确位置停车起到关键作用。将编码器Z轴点与锭翼安装在同一位置，这样便于通过了解锭翼位置反馈给PLC，从而让PLC在进行停车和安全保护停车时进行锭翼定位停车。当机器每次停车后，需要针退出底布到达距离毯面最高处

32、，这样才可以保证继续生产时不需要先将针退回高处，同时便于在出现问题是工作人员的检查。将进行锭翼定位停车与机器本身停车结合到一起可以完成这一要求。而实现这个功能中变频器和定位检测是关键，当停车减速到设定值5HZ时，变频器可编程继电器输出接通到编码器Z轴点，此时PLC开始检测锭翼的位置，当锭翼轮旋转2周后PLC计数为2给一个停止信号到变频器，电磁离合器进行刹车，到达高位精确停车的要求。编码器在这位置可以完成测速与定位两个功能。4,2.3 变频点动实现地毯机点动是为了操作、试针、维修等方便。要求是按住点动按扭后机器保持一定低速频率运行，并可通过电磁离合器动作刹车任意位置停车。变频器外控端子接线图如下

33、图所示：图4-9 变频器外控端子接线图按下快车运行按钮，主轴电机变频工作，通过机械连杆带动主轴电机往复运动，簇针每上下运动一次，即主轴编码器每旋转一周，伺服信号就导通一次， PLC程序根据绒线长度、机械传动比、伺服驱动器的电子齿轮比、伺服电机编码器的线数以及罗拉辊的周长，计算出伺服系统定位所需要的脉冲数，然后由驱动器驱动伺服电机带动罗拉放纱，送出一定长度的绒纱，从而实现指定绒高的花纹。其过程如下：伺服启动信号导通，伺服电机按照PLC程序预先设定的S曲线进行平滑加速运动、恒速运动、减速运动、低速补纱。当绒面到达预设数量个数或按下停止按钮时，在完成当前针数停机，绒针停在高位停车处。4.2.4 急停

34、系统利用机器安全拉线开关，当紧急情况下拉动拉线开关，使电机立即快速停止。纱线在簇绒过程中会出现断纱等情况，如果出现较多断纱时，断纱经过光纤式光电传感器光电检测区域，光电开关动作，输出信号给PLC，PLC发出停机信号。机械处于高速运行，有惯性所以通过变频器制动电阻实现能耗制动，可以实现高速急停。4.3簇绒机的PLC控制机器的传输与运动部分由伺服和变频系统完成，包括罗拉转速和主轴的转动的变频运动。但这一切需要PLC控制器进行控制，PLC是整个控制系统的重点，PLC将各个电机的速度信号传送到伺服驱动器，再由伺服驱动器对各个伺服电机进行驱动。除此以外，通过编码器的信号反馈到PLC中，PLC可以实现对转

35、速等的控制，同时反馈到触摸屏上工操作人员进行调整和控制。伺服电机根据不同的圈高调整成对应的转速，转速控制了送纱速度，也就改变了纱线张力，从而实现对地毯簇绒圈高的控制。主轴成圈周期须与提花周期同步，即必须根据下一绒圈高度调整送纱速度。这就需要靠主轴传感器在每次成圈周期结束时发回换行信号，PLC接收到信号立即调整下一个圈高，调整电机转速，因此就会形成高低圈的效果。不同花型的长度，即行数不同，每个周期完成后就是一个花型的完成，一个周期完成后再返回调用初始的圈高，如此循环往复。4.4 伺服控制的PLC设计PLC与伺服驱动器之间可通过发送脉冲或模拟量信号两种方式来驱动，一般定位控制为脉冲方式，速度控制为

36、模拟量。利用PLC的PLSY指令发送高速脉冲的形式来控制伺服驱动器。将伺服驱动器改为位置方式，驱动方式为脉冲加上方向信号。Y0、Y1等作为脉冲发送端，利用触摸屏输入相应绒高和针数及花形。输入的信息通过通讯端口传送到PLC。经运算后，PLC发送高速脉冲，并连接到伺服控制器的数字量输入端口。伺服控制器对接收到的信号进行内部运算，而后驱动伺服电机达到相应的转速。伺服电机通过测速元件将转速信息反馈到伺服控制器，形成闭环系统，实现转速稳定的效果。同时主轴编码器检测主轴转速及针的位置，反馈给PLC进行比较，以实现伺服电机与主轴电机的同步1。 利用PLC发脉冲控制伺服电机转速从而控制罗拉送纱速度。由于伺服电

37、机的快速响应特性，能比较精确地控制送纱量，因此通过控制伺服电机的转速可以获得不同的圈高。设喂纱罗拉的直径为Dr，转速为r，主轴转速为m，走针周期为T，从喂纱罗拉引出的绒纱应变为，由于实际的罗拉转速比较低且变化范围较小可以近似认为为常值，于是绒高表达式为1：1根据上述数学公式可知：1个提花周期内(主轴转1周)实际送纱量与所成圈高基本呈线性关系。所以确知送纱罗拉直径，根据公式并利用综合现场采样数据以及实测圈高，确定单个绒圈的耗纱量，可以确定主轴转1圈时伺服电机需要带动罗拉所需要旋转的角度，进而求得伺服电机的平均转速，并利用这个转速控制伺服电机旋转。由于簇针的走针周期是由主轴转速决定的，所以不管主轴

38、转速如何动态变化，伺服系统都能保证设定绒高的形成。选取一段PLC程序图如下：图4-10 程序图4.5 伺服与变频同步当簇绒机停止运行时，需要使得主轴电机与伺服电机同步，如果主轴电机与伺服电机不同步，会使得停机时地毯织造出现纱绒位置有偏差，严重的会影响整个地毯生产，造成产品不合格，因此在进行反馈是还应注意伺服控制与主轴的编码器反馈的位置上的同步。在整个控制系统中，偏心轴与主轴固连在一起，通过主轴上的编码器反馈位置结合伺服控制程序实现伺服电机与主轴电机的同步，这样当需要改变放纱量或者需要进行停车时，不会出现机器运转的不统一，这样就消除了停机痕。结 论地毯在我国有很大的市场，而采用印花工艺制作的地毯

39、，产品图案效果差，立体感不好，同时还会造成严重的环境污染，这样不利于地毯生产在我国的发展，也将失去一个很大的市场商机。采用了簇绒机电气系统能有效的解决传统印花工艺带来的问题，但是限于很多因素，国内的簇绒机比国外簇绒机发展较迟，水平较低。因此如果从国外引进的话不仅价格昂贵而且维修不方便，严重制约了地毯生产的竞争力。为此，本论文使用触摸屏、PLC等元件，结合国内使用较多的TMS簇绒机，利用电气控制与机械结合，使得生产地毯更方便且更环保。在大学期间，和陈老师一起做了这个设计项目，在做项目期间，向老师学习了各种知识，同时也为本此论文积累一定知识和资料。分析了簇绒机的原理，了解了簇绒机产生高低绒的过程，

40、通过本次毕业设计了解了对于簇绒机这样复杂的结构如何进行电气系统控制设计，同时对于在实际生产中操作人员的实际操作考虑，对于触摸屏的设计也较符合使用要求。在整个设计过程中不仅丰富了知识，同时对于实际生产有了更深的了解。致 谢本文是在通过学习理论知识，学习相关软件和借鉴很多的硕士论文以及重要期刊上的文章之后完成。至此论文完成之际，谨向曾经帮助、鼓舞我的老师和同学致以真诚的谢意。首先要感谢我的毕业论文指导老师陈东升老师。在大学期间，和张文明、陈东升等老师一起做了这个设计项目，在做项目期间，向老师学习了一些触摸屏、调试以及簇绒机方面的知识。在做论文时老师提供了大量的资料。一直以来，他对我的学习都给予了热

41、忱的教诲和帮助。同时也要感谢各位同学的帮助，无论是在学习软件还是在学习理论方面，都给予我莫大的帮助。在此，谨向他们致以我虔诚的敬意！参考文献1 张文明，陈东升，黄晓伟.簇绒地毯机提花与控制系统设计N.纺织学报，20082 沃德.簇绒生产入门M.北京:纺织出版社,19753 郭火平.平割高低圈绒簇绒机控制系统的研究与开发D.20064 吴启红.变频器、可编程序控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书M.北京:机械工业出版社,20105 俞国亮.PLC原理与应用:三菱FX系列M.北京:清华大学出版社,20096 陈苏波.三菱PLC快速入门与实例提高M.北京:人民邮电出版社,20087 薛迎成.PLC与

42、触摸屏控制技术M.北京:中国电力出版社,20088 颜嘉男.伺服电机应用技术M.北京:科学出版社,20109 厉虹, 杨黎明, 艾红编.伺服技术M.北京:国防工业出版社,200810 李国园.PLC行业应用实践M.北京:中国电力出版社,200711 李永忠, 鄢光辉.变频器与触摸屏应用技术易读通M.北京:中国电力出版社,200812 魏连荣.变频器应用技术及实例解析M.北京:化学工业出版社,200813 康梅, 朱莉, 陈山.变频器使用指南M.北京:化学工业出版社,200914 李方园.变频器自动化工程实践M.北京:电子工业出版社,200715 王然，孙以泽.多圈高地毯簇绒机提花控制系统设计N.天津工业大学学报,200916 张政.PLC编程技术与工程应用M.北京:机械工业出版社,201117 严盈富.触摸屏与PLC入门M.北京:人民邮电出版社,2006附录