圆角矩形三维机织物自动编织机的研制 66页

独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得云洼王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：吃钠疣众签字日期：驯忤pf月“日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解丞洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权云洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：{戽勾舨导师签名：学位论文作者签名：碑勾舨导师签名：签字日期：劢～年Df月J‘El签字日期：纠降／月，‘日 学位论文主要创新点、开发了圆角矩形三维角联锁自动编织机及其控制系统。实现了圆角矩形三维角联锁织物的数字化自动织造。、建立了圆角矩形三维织物的织造算法以及自动寻纬机构的数学模型。、采用单纱送经装置，经纱张力可以统一控制。 摘要目前国内外先进三维织机有意大利的四轴向织机，日本环形三维织机，日本Fukuta开发的三维织机，中国东华大学张仲槐和吴以心教授研制的织造半光边织物的三维织机以及利用栅片控制开口的三维织机等。然而这些三维织机因应用领域的限制并不适合织造圆角矩形三维织物。为此本课题开发了圆角矩形三维自动编织机，圆角矩形三维自动编织机包括单纱送经机构，气动直接提经机构，自动寻纬机构，夹板卷取机构；适合织造碳纤维、玻璃纤维等高性能纤维织物。圆角矩形三维自动编织机的控制系统以PLC为控制核心，通过PLC的高速脉冲输出分别控制引纬机构左右两侧的梭箱升降，来达到自动寻找纬纱的目的，通过PLC数字量输入输出端口控制织机的开口、引纬、打纬、卷取机构。本文主要针对圆角矩形三维自动编织机及控制系统进行了详细的说明，包括以下内容：第一章，阐述了我国三维织机行业总体情况，分析了国内外三维织机发展的现状并总结出整体的技术特点，指出传统三维织机存在的不足，进而提出本课题的研究内容及意义。第二章，在消化和吸收传统三维织机及有梭织机及大提花织机的主要机械结构和工作原理的基础上，简要阐述了圆角矩形三维自动编织机的多经轴送经机构、气动大开口机构、自动寻纬机构、气动卷取机构，并建立了各传动单元控制的数学模型。第三章，给出了控制系统的总体设计方案，对控制系统结构和原理、电路原理图、织物卷绕成形问题进行了详细的说明。第四章，设计了控制系统的通信协议和通信数据包格式的定义，其中包括主从PLC之间的通讯和主PLC与触摸屏之间的通信。第五章，介绍了控制系统软件设计部分，其中PLC软件设计部分包括织物组织图的编写、自动寻纬机构以及夹板卷取机构。人机界面程序设计部分对人机界面的种类及各主要画面的功能进行了介绍。第六章，对全文进行总结，给出圆角矩形三维自动编织机的特点及性能指标，就圆角矩形三维织物织造系统的实现和三维织机控制技术的应用等问题提出展望。关键词：三维织机；圆角矩形三维机织物；数字化；自动编织机；可编程控制器 Abstract乙un℃nt眵，thet11ree_dimenSlonalaxialloommadebyItaly，thethree-dimellsionaJ。cirlcul．arlo，0mm8debyJap⋯hethree—dimensi。nalloomdevelopedbyJap嬲eFukm猢dthethree-dimensionalweavinglabriccontrolledchi二-arevdth⋯efn．r硼啪∞(：№-dimensionalmachine·However，theyarenotsujtableforappljcationin㈧the—field。of，th．ree-dimensiomlfabricweavingroundedrectan91e1≤=儿：：：“：“∑割1[fieⅡappllcatlons’Anewthree-dimensionalfabricweavingrotmded僦‘angle嗍developedinthissubject，withy锄唧knittingmachmi舳mt：，、dⅡ℃C2re诧rence：)y也eagency，hominginserti。nmechanism，clampinlg-take-upm—eJchan⋯ism；．This1。omisc。咖lIedbyprogrammablelogicc。ntroIIer，theinputing删?唧，哗印n8嘞digital。fprogrammabIeI。gicc。ntrollercanc。ntrol100m：：：“儿1竺wdunga1Ⅺtake。upmechanisms，whichissuitableforweavingwovencarbonf．ber，glass矗beraIldotherh远hper南rmancefmer蠡briC．⋯。，竺垴?啦砒k峨_dimensionalroundedrectangle缅automaticknittmg1mc：es觚dcomr01SySteIllswereexpl痂edandthema访c。ntentsareas伽。ws：Chapter1，ExpatiatedChina’soverallt11ree．dimensionalmachinPi。一．．。+，、，：竺1：竺1y。zed．龇如velopmentstatuS。f100mands啪妇ditsteChnoic‰‘：警&{)冀硫扎utthedisadvantageSofconventiomlthree-dimensionaJ，二thenput如确7砌theresearchcontem鲫dsignificanceofthissubiect．’⋯‘⋯一?钯心’8捌。ntheconvemi。nalt删。nall。。msmechanicalstructWeand羔紫p∞rinciple,如scr如edTheknittingnlacbineC0nfiguredwithindepe二=蚴竺Ma．chanism,auto-SeekingsheddingMachanismandcJ跚p吨=：；hMacanism‘，establishedmathematicmodel。feachtransmissionu血．’“喝～“叫唧钟3，the。wraⅡdesignscheine0fc。mr01systemwasgiven觚dSuchp⋯roblemsastheCo删systemstructureandprinciple，鼢c晌d≤formingw～er：detailyexplained．。～17竺er：I’她c0撇1嘶cationprotocol觚dthedefmitionofcommuIlicationdata兰鬻南=weredesigned,砌udingthec。删cationbetweenmainan“d弋蠢CPL,～asweIJasthecommunicationbetweenPLcandt。uChsc蹴SJave。nfh竺，兰，此Son嘲designofthec。ntr01systemwasintroduced，thePLc竺三竺nc，o．ntain。ingfabricorga删iza。naIc胁崦n，man-machi’nei：：：=：娥曲甜帅慌地妇ddingMachanism觚dc1锄p堍．take．upMaC姗s0““。 Chapter6，summarizedthethree-dimensionalroundedrectangleautomaticknittingmachinefeaturesandperformanceindicators，andthethree-dimensionalroundedrectangleautomaticknittingmachinecontroltechnologyetcthatneedfutureresearch．Keywords：Three—dimensionalfabricloom：Three-dimensionalroundedrectanglewovenfabric；ControlSystem；Automaticweaving；ControlSystem；ProgrammmableLogicController；Touchscreen；Touchscreen 目录第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。I1．1三维织物行业背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11．2圆角矩形三维织物任务与工艺流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11．3三维机织物及其特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21．4当前国内外三维织机的研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21．4．1在普通织机上织造3D异型构件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．21．4．2三维织物在改造后的普通织机上的织造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31．4．3利用三维织机加工三维织物⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51．5课题研究内容及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．61．5．1课题研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．61．5．2课题研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7第二章圆角矩形三维织物编织机的机构及控制算法的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。92．1圆角矩形三维织物编织机机构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯92．1．1多经轴机构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯102．1．2气动开口机构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ll2．1．3自动寻纬引纬机构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1l2．1．4自动卷取机构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯112．2各机构控制算法的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯122．2．1圆角矩形三维织物工艺的一些基本参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯122．2．2圆角矩形三维编织机控制参数的计算过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯132．2．3织机开口机构算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．132．2．4步进脉冲频率与梭箱升降高度关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．13第三章圆角矩形三维自动编织机控制方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯153．1圆角矩形三维自动编织机控制系统要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．153．1．1圆角矩形三维自动编织机控制系统要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯153．1．2圆角矩形三维自动编织机控制系统控制器选型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯163．2圆角矩形三维自动编织机控制系统选型及各部分工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯173．2．1控制系统的结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．173．2．2控制系统的各部分工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．183．2．3主PLC及其扩展模块电路结构图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．203．2．4从PLC及其扩展模块电路结构图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．213．3圆角矩形三维织机控制系统控制器PLC⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．233．3．1圆角矩形三维织机控制系统控制器PLC性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．233．3．2圆角矩形三维织机控制系统控制器PLC输入输出点接线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．253．4圆角矩形三维织机控制系统执行机构一步进电机⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯273．4．1步进电机原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯273．4．2步进电机性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯283．5串行通信技术及其抗干扰设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．283．5．1串行通信技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯283．5．2抗干扰设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯313．6圆角矩形三维自动编织机控制系统的特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．32第四章控制系统通信协议设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．334．1通信数据包格式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯334．1．1请求数据包⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯334．1．2数据包⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯344．1．3响应包⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．354．2主PLC与从PLC通信⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯35 4．3PLC与触摸屏通信⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯36第五章控制系统软件部分设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．375．1PLC软件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯375．1．】织物组织图的编写⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．375．1．2自动寻纬机构控制系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．395．1．3自动编织机的自动控制系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一395．2人机界面程序设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯405．2．1基本窗口画面⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯405．2．2弹出窗口界面⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯415．2．3基本界面功能设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4l第六章总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．456．1课题总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯456．2圆角矩形三维自动编织机的特点及性能指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一466．2．1特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯466．2．2性能指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯466．3展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．47参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。49发表论文和参加科研情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯53附录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．55j$C谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．59II 第一章绪论1．1三维织物行业背景纺织品应用于人们的生产、生活领域已源远流长，但随着科学技术和经济的发展，普通结构的纺织材料不再能满足航空、航天、汽车、建筑、医疗器具等领域的更高要求，因而在近几十年时间里，出现了许多结构复杂的新型纺织材料，在各个领域发挥出独特的优越性，尤其是立体织物，以其截面多样、各向性能优良等品质，成为纺织界关注的热点。其中三维织物(ThreeDimensionalFabric，简称3D)则是立体织物中研究最为频繁与较有成效的一种类别。它是为了满足高科技领域中对多向载荷与多向热应力复合材料的需求，于近30年发展起来的性能优越的纺织结构材料u，2|。复合材料在性能和技术上不断的发展以及应用领域的不断拓宽，使得复合材料的应用范围也更加广泛。因此，三维机织物在织造方法，结构性能，形状质量等方面的要求也逐渐提高。为了继续满足市场需求，提高三维织物性能，科研人员对三维织物的研发也更为重视。在三维织物中，有时需要使织物的表面呈现出特殊的曲面形状，如流线型的椎体状三维复合材料、圆柱体的空心结构三维复合材料、半球形的空心结构三维复合材料等。又如，无接缝的空心结构的三维几何体、圆柱体或圆柱台三维曲面三维复合材料等等都是目前科研热点。目前，要达到以上所说的复杂的三维曲面结构的织物，首先需要织造出具有三维的织物结构的机织物作为复合材料的骨架结构，进而织造更复杂的三维复合材料口，4，5I。1．2圆角矩形三维织物任务与工艺流程圆角矩形三维自动编织机的目的是将玻璃纤维、碳纤维等高性能纤维纱线织造成圆角矩形三维角联锁或三维正交织物。圆角矩形三维自动编织机工序加工的任务包括：卷绕成经、穿综穿筘、卷取成型。卷绕成经：圆角矩形三维自动编织机小经轴上的经纱是通过小经轴自动整经机将玻璃纤维、碳纤维等高性能纤维纱线卷绕在小经轴上面。穿综穿筘：纱线按照照图穿综穿筘的方法，根据织物组织图进行穿综穿筘。卷取成型：圆角矩形三维织物卷取分为直行部分卷取和圆角部分卷取。为了能够保证织物具有很好的整体性，圆角矩形织物先织造直行部分然后再织造圆角 天津工业大学硕士学位论文再直行直到织好一个完整的圆角矩形三维织物。所以需要织机的卷取机构也要执行相应的卷取。1．3三维机织物及其特点三维机织物是指纱线在空间三个方向相互穿插，相互交织成一定的几何形状，形成空间网络¨1。三维机织物作为纺织结构预制件，具有如下特点：(1)具有良好的整体性，是理想的结构复合材料。其抗层间剪切强度、抗冲击性、损伤容限、断裂韧性、可靠性等综合力学性能均优于传统的层合复合材料。(2)三维机织物增强复合材料可以采用多种成型工艺。这是由于其结构紧密、整体性好、纤维不易因基体注入时的流动压力而变位口，8|。(3)三维机织物与多轴向经编针织物及三维整体异型编织物相比，能实现较大幅织物及规模化生产，但厚度却受到设备条件的限制凹1。(4)设计灵活。三维机织物结构组织形式多样，其截面形状多种多样，易于设计，易于采用机下变形制造异型件，易于实现计算机的辅助设计。如‘‘I”形梁、‘‘L”，形梁、蜂窝状织物、管材、中空双层壁织物等均可织造¨0|。1．4当前国内外三维织机的研究现状1．4．1在普通织机上织造3D异型构件一般层数较少的三维织物都选择在普通织机上进行织造，通过对多层经纱的开口运动的控制来实现织造过程。一般，开口规律不同，纱线的取向不同，层与层之间的接结方式就会不同，最后形成了满足特定结构要求的三维织物。按照种接结方法织造的多层织物再经一些折叠、剪裁等步骤后会形成如图1．1所示的工字型、T型、X型的三维构件口。12j。另外，根据多层织物的织造原理对经纱的排列进行控制可形成横截面不同的异型三维构件。如图1．2所示的X、Y、Z向的纱线组成的L型三维异性织物。如图1．2(A)所示，现将Z向的纱线按照事先设计好的形状排列，然后使X、Y向的纱线通过Z纱线的开口空间。织造程序和投纬的选择都是由设计的形状决定，按照设计好的形状进行投梭。重复图1．2中的织造过程即可得到L型截面的三维机织物‘13，14|。 第一章绪论赢叶曷轿骨一亭2r叫。∥；l爹：蘑叶移啼髟}一～≮叶矿夕啼矽鬻簿。一沙⋯_呻l辩移0T辩妗静Z蠢畛萃鼯舔朝鼯划管状织物的织造也可以采用多层织造原理。这些织物的设计思路是以袋子、双层或三层织物设计原理为基础。图1．3是带有侧翼的多管织物，多管织物可由重复的单管结构单元组成。图14是多管织物的意匠图。图1．3多管织物的几何结构图1．4多管织物的意匠图1．4．2三维织物在改造后的普通织机上的织造由于三维织物一般不适合在普通织机上织造，所以要将织机进行一定的改造。改造开口机构从而形成多个梭口，进而提高织造的效率。一般，引纬采用剑杆或引纬针，送经采用多织轴送经或筒子架送经。通过在普通织机上加装另一组纱线系统可得到能够织造三维织物的织机口副。以下几种方法就是通过对普通织机进行改造得到织造三维织物织机的方法。(1)‘"YooBing”加工技术如图1．5所示，在二维织机上加工非交织的三维织物结构的方法。其中，地经纱不参与经纱的开口运动，而是利用通过导纱辊将经纱分成若干层，便于引纬。织造过程中每引入一组的纬纱，固结经纱在综框的作用下作一次开口运动，从而固结地经纱。但是由于纱线间不经过交织，并不完全符合“织造原理”，故而被称为‘"NooBing”加工技术u钊。鼹融∞ 天津工业大学硕士学位论文经(图1．5非交织正交3D结构织制过程示意图(2)浮纹织造技术浮纹织造技术是一种在传统的提综机构的基础上进行改进，引入斜向的纱线的技术。与传统织造过程相比，织口和钢箱之间装有一系列的浮纹综片，这些综片不但可以在垂直方向上做升降运动外还可以沿织物幅宽的横向上做往复运动，使得织造的织物表面上呈现一定角度的斜向浮纹线。图1-6中显示了一种由常规的浮纹织造技术改进得到的织机。Ruzand和Guenot在织机的上和下各安装了一套反向移动的浮纹织造系统，在织物表面形成反向和斜向的浮纹线，再通过固结作用构成一整体结构。虽然此织机可以得到角联锁的机织物但是不能织造多层机织物。Fariey在Ruzand和Guenot的基础上进一步对工艺进行修改，使斜向的纱层可以任意穿插到整个任何层，从而使织机生产多层机织物n7J。上浮位缝修图1．6利用浮纹织造技术的3D结构织造工艺 第一章绪论1．4．3利用三维织机JjD-r三维织物三维织物由于对织物的厚度有一定的要求，从而造成经纱的密度过大，加剧纱线与钢箱，纱线与纱线，纱线与综丝之间的摩擦，导致纱线的起毛或断头，甚至导致织造无法进行。因此开发三维织机对制织立体织物有一定的必然性。(1)一种四轴向的三维织机这种四轴向的织机是由意大利的DIMA公司生产的。这种织机在织造的过程中分别将经纬纱线与斜向对角排列着的纱线相互交织，得到一种覆盖系数100％的独特结构，并且织物表现出呈各向同性的性质。这种织机具有织造的织物轻薄、产品迅速转变、纬纱覆盖数可控等特点u8|。(2)一种日本生产的环形三维织机这种环形织机是由日本公司生产的，此织机生产的三维织物具有三维形变的特性，纱线的取向角不会产生特殊的变化，织物表面形成曲面形状。这是由于斜向的纱线可以从织物的中心沿着半径的方向不断向外延伸使得环形的纱线与这些纱线间产生球状交织作用。这种织机在织造的过程中需要设定纱线的密度，而且要随着织造的进行不断增大环形纱线的纱线张力，保持纱线的密度稳定。为了得到密度和性能稳定的织物，一般斜向与环形纱线间的密度差应小于10％¨9|。(3)一种能够织造半光边织物的三维织机1992年，东华大学的张仲槐和吴以心教授共同研制了一种能够织造无梭无边纱的三维立体织物的织造设备。这种织物由经纱、纬纱和垂纱间通过立体正交形成三维织物。其中，纱轴可以送出经纱和纬纱，在左右两侧轮流引纬，每次每侧引入两根纬纱，分别进入上下两个梭口中。当纬纱引到对侧后，侧向上安装的边针会握持住纬纱的头端，然后纬纱会打入梭121后将边纱抽出，从而形成半光边饿织物‘2叫。(4)一种利用栅片控制开口的三维织机在以栅片控制开口的三维织机中，织造过程中是以Z向的纱线为经纱的，纱线由筒子架引出后经目板的定位排列作用得到所需的不同截面形状。再以Y向的纱线为纬纱，在引纬机构的作用下逐根引入，再由织物的打紧机构将其打紧，最后在织物的引离机构的作用下引离织造工作区域，从而得到符合一定要求的三维机织物‘21|。(5)一种能提供综片变化和梭道的织机C．W．Lin等研制了一种可以提供四个不同方向的梭道，引入四个不同方向的纬纱的三维织机。这种织机的织造原理是将走梭板和综框相结合，利用综框使综片的排列发生变化，改变织造的梭道，从而织造不同结构的三维织物瞳2|。 天津工业大学硕士学位论文(6)一种国产的三维环形织机这种国产的环形织机由提综机、梭子、环形拓、举升机、芯模以及送经和张力控制等装置组成，如图1．7所示。织造过程中，经纱由芯模处呈辐射状被引至环形箱和综丝，最后送至送经及张力控制机构。其中，提综机主要由单片机控制，单片机根据织物的组织结构不同以及经纱的运动规律不同来控制提综机的运动，从而将经纱分成上下两层，织造形成环形的多相梭口。环形箱在织造过程中起到控制经纱的位置、密度、构成梭子的运行通道等作用。因此，这种织机一般都要依照所要织造产品的外形装制作芯模，并将其固定到举升机上。在图1．8中，随着织造的过程，每织造一纬或几纬纱线，举升机会相应的上升一定高度，保证织物的纬密得到一定的控制。综上所述，该机实现了自动化的织造过程，其产品也被成功的应用在一种国产的某新型导弹的发动机上心3’24，25，。图1．7环形织机结构图1．8环形织物的织造原理与传统的二维结构的织物不同，三维结构的织物不但在平面上具有X和Y两个方向的纱线，而且还增加了z向纱线，通过这三个方向上的纱线之间相互交织作用，得到三维织物。三维的机织物克服了从前其他结构的复合材料的层间强度低的缺点，整体的受力性能大为提升，而且具有成型工艺简单、损伤后易修复、生产所需的零部件少、成本低等优点，在三维复合材料的生产领域得到了广泛的研究和应用。1．5课题研究内容及意义1．5．1课题研究意义目前，纺织预成型技术已由二维向三维的发展，三维纺织预成型件主要有： 第一章绪论正交织物、多层机织物、多层针织物、编织物和缝合织物等，特别是整体编织多层机织物和多轴向编织物以其独特的成型方式性能受到人们的青睐。多层角联锁机织物具有整体性能好、力学性能优良等许多优点，常用于交通工具、压力容器、航空航天、国防装备等密封舱口用的纺织复合材料，其特殊的结构和形状导致目前只能手工织造。用手工织造角联锁织物，不仅织造效率底而且产品质量也比较差。传统三维角联锁织物织机机械结构复杂、精度低、稳定性差、自动化程度低，无法织造出高质量的织物。为此本课题提出一种用于制造此类织物的织机一圆角矩形三维自动编织机。圆角矩形三维自动编织机包括单纱送经机构，气动直接提经机构，自动寻纬机构，夹板卷取机构；适合织造织造碳纤维、玻璃纤维等高性能纤维织物。圆角矩形三维自动编织机的控制系统以PLC为控制核心，通过PLC的高速脉冲输出分别控制引纬机构左右两侧的梭箱升降，来达到自动寻找纬纱的目的，通过PLC数字量输入输出端口控制织机的开口、引纬、打纬、卷取机构以及经纱的PID调节。1．5．2课题研究内容课题的主要研究内容包括：(1)三维角联锁织机的设计，包括多经轴送经机构、气动开1：3机构、自动寻纬引纬机构、夹持式卷取机构。(2)控制系统硬件部分的选型、整个控制系统的架构、硬件之间的相互通讯及通讯协议部分的设计。(3)建立合理的控制系统数学模型，包括引纬机构、送经机构、开口机构、卷取机构等控制系统数学模型的建立。(4)软件编程及联机调试，包括上位程序编写与界面设计及下位机程序设计：上位机主要包括人机界面程序设计及界面设计；下位机程序包括PLC中织物组织生成程序的编写及织物组织调用程序的编写。(5)进行系统调试并对调试结果进行分析，同时对调试过程出现的问题和解决方案进行讨论。 第二章圆角矩形三维织物编织机的机构及控制算法的建立第二章圆角矩形三维织物编织机的机构及控制算法的建立本课题研发的圆角矩形三维织物编织机，是在完全消化和吸收传统有梭织机与大提花织机的机械结构和工作原理基础上，利用以PLC为主控制单元的156个电磁阀控制气缸直接提棕取替原有的综框提综，两步进电机驱动工作台升降达到自动寻纬并建立各传动部分的数学模型，从而摆脱了传统三维织机自动化程度低，简化了机械传动结构，提高了三维织机的控制精度和操作效率。本章主要介绍圆角矩形三维角联锁织机的机械机构与工作原理及各传动单元的数学模型。如图2．1所示机织物的X轴是纬纱方向，Y轴是经纱方向，Z轴是织物的厚度方向，织造时沿Y轴方向织一段直线再织一段圆弧，直线、圆弧交替织造直至形成一个圆角矩形。为了能够实现该织物的自动织造，对现有织造设备的引纬、送经、卷取等主要机构进行了创新设计。图2．1圆角矩形机织物2．1圆角矩形三维织物编织机机构圆角矩形三维自动编织机结构设计如图2—2所示，包括单纱送经装置、气动开口机构、自动寻纬引纬机构、自动卷取机构等。单纱送经装置设计成多根传动轴上套有多个小经轴的多经轴机构；气动开口机构设计成由气缸代替传统综框直接提升综丝机构；自动寻纬机构由两台步进电机带动梭箱上下移动，达到自动寻纬的目的。 天津工业大学硕士学位论文钢筘卷取2．1．1多经轴机构图2．2自动编织机机构俯视示意图现有技术中，所谓的多经轴送经装置实际上一般都指双经轴送经机构，主要分为两种：一种是左右双经轴，分别由伺服电机驱动，在工作过程中，需保持双经轴的经纱张力一致，这种左右设置双经轴的方式主要是为了适应宽幅需求而设计的；另一种是上下双经轴，分别由电机带动，这种双经轴主要是为了适应不同的纤度、材料和张力的经纱需求。以上两种送经机构都不适合圆角矩形三维自动编织机的送经机构设计要求，为此本课题独自设计一种适用于圆角矩形三维自动编织机的送经机构如图2．3所示。在该装置中，经纱绕在一个个小经轴上，若干小经轴穿在一根传动轴上，小经轴可以在传动轴上自由回转，两个相邻的小经轴之间用摩擦片隔开，传动轴回转时通过键槽使摩擦片回转，摩擦片在弹簧的作用下与小经轴产生摩擦力，带动小经轴回转。小经轴一摩擦片。张力调节螺母经纱一图2．3自动编织机单纱送经装置 第二章圆角矩形三维织物编织机的机构及控制算法的建立2．1．2气动开口机构圆角矩形三维自动编织机开口机构采用了类似提花机开口机构，每根经纱都有一根综线控制，取代传统的综框提综，可以使每根经纱独立的上下运动，这样大大提高了织物组织循环数以及大开VI。如图2．4所示，在该装置中综丝的一端与固定在织机低部固综板上的弹簧相连，另一端通过综线穿过综眼与综架顶部的气缸相连。织造时，根据织物组织图提起相应的综丝。图2—4自动编织机气动开口机构2．1．3自动寻纬引纬机构自动调整梭箱高度。由于织物层数多厚度大，织造最上层纬纱时的梭口位置与织造最下层纬纱时的梭口位置相差很大，若采用固定梭箱引纬，梭子进入梭口时可能与上层或下层经纱的摩擦加剧，因此，本织机的引纬机构装有一套步进电机控制系统，每织一纬都能根据当前梭口位置调整梭箱及投梭机构的高度，使梭子从梭口中央通过，不与上下层经纱相摩擦。2．1．4自动卷取机构常见的卷取装置一般都采用卷取辊进行卷取，如图2．5所示，该卷取装置的卷取握持点到织口之间具有一定距离，当图2．1所示的圆角矩形织物的圆角半径较小时，织造出现问题，不能很好地织造出角形状。因此，本文采用的卷取装置如图2-6所示，该卷取装置用夹板代替传统卷取辊。卷取时，钢筘位于织口位置(前死心)，夹持织物的夹板打开，并向织口方向运动，夹板在织VI处夹持住织物，然后将织物引离织口，完成卷取过程。当夹板夹持织物引离织口时，若夹板的左侧L不动，仅右侧R运动，这样就可以实现织物圆角部分的织造。 天津工业大学硕士学位论文图2-5卷取辊式卷取装置需要说明的是，若采用单夹板卷取方式，当夹板打开时，在经纱张力的作用下，织物可能会回退，这时要保证钢筘位于前死心，抵住织物使其不后退。单夹板卷取机构简单，但对纬密不能进行有效的控制，织造出织物的纬密较大，因此可采用双夹板卷取机构。双夹板卷取机构前后设两个夹板，卷取时，第一个夹板打开，移动到织口夹持住织物后，第二个夹板才打开，第一个夹板回退将织物引离织口后，第二个夹板再闭合。该卷取机构只要控制第一个夹板的前后移动量就可以控制织物的纬密。图2-6夹板式卷取装置2．2各机构控制算法的建立2．2．1圆角矩形三维织物工艺的一些基本参数在建立各控制数学模型前，先对圆角矩形三维织物及其工艺的一些参数进行介绍。圆角矩形三维织物的基本参数包括织物长度、织物宽度、织物厚度、圆角半径、总纬纱数、当前纬纱数和纬纱密度。定义三c为织物的长度，％为织物的宽度，死为织物的厚度，Rc为织物的圆角半径，而为织物的总纬纱数，尸矽为织物的当前纬纱数，昕为织物的纬密。 第二章圆角矩形三维织物编织机的机构及控制算法的建立PLC通过这些基本参数和相应的数学模型，控制各机构的运动，以完成圆角矩形三维织物的织造。2．2．2圆角矩形三维编织机控制参数的计算过程PLC是控制系统的核心控制单元，通过PLC的数字量输出和脉冲输出控制气缸电磁阀及直流步进电机的运传，触摸屏是人机对话界面，通过触摸屏进行参数的设定与在线修改。圆角矩形三维自动编织机控制系统的主要任务：通过建立合理的控制算法(数学模型)，由FLC按照自动编织机的运动规律要求编写织机送经机构、开口机构、引纬机构、打纬机构、卷取机构的控制程序。控制系统以当前纬纱织造数为基准，来控制织机的送经、开口、引纬等机构。经纱张力而、织物层数Ⅳ、织物的长度三c、织物宽度Wc、织物厚度死、织物圆角半径Rc、织物总纬纱数砌、织物的当前纬纱数P叭织物的纬密聊、这些参数由用户输入。通过这些参数可以计算出引纬的当前状态及开口的当前状态。2．2．3织机开口机构算法圆角矩形三维机织物，织物层数多，所需经纱根数多，织物组织循环复杂，所以其需综片数大。本课题通过研究三维角联锁织物的组织结构，提出了自动编织机开口机构，提综规律的算法。设形O)为当前提综(本课题用气缸代替传统的综框)数，形(0)为综平提综数，所以一般形(0)等于o；甩为织物组织循环次数，则有：形(f)=∑∥(o)+2l2．2．4步进脉冲频率与梭箱升降高度关系(2．1)步进电动机的驱动系统由脉冲信号源、脉冲分配器及功率放大器3个基本环节构成，图2．7为步进电动机驱动系统框图。圈趣圆一匝《圈悃图2．7步进电动机驱动系统框图在圆角矩形三维自动编织机中梭箱的控制采用的是精确的位移控制，在位移控制模式中，需要由梭箱的实际位移量、电机与梭箱问的传动比，计算出电机的步进量，由电机步进量、电机的轴对数、步进驱动器的细分，计算出PLC发给 天滓工业大学硕士学位论文步进驱动器的脉冲数及脉冲频率。用晚表示步进电机步进的步距角，Z，表示转子的齿数，Ⅳ表示每个通电循环的运行拍数，则步距角的大小与转子齿数和拍数之间的关系为：口。：旦：旦(2—2)6NmKzZ，式中：膨一状态系数，对单三拍或双三拍运行方式，尼=1；六拍运行方式，尼=2。步进电动机在电脉冲信号作用下，每来一个脉冲转过一个角度。若脉冲的频率为，，每分钟转过的角度为60f0。。因此步进电动机转速和脉冲频率，的关系为：露：皇盟：丝360060胛：丝：上×型：坐60ZrNZ。N(2．3)(2．4)由式可见，步进电动机的转速与脉冲电源频率成正比。因此在恒频脉冲电源的作用下，步进电动机可作为同步电动机使用，也可在脉冲电源控制下很方便地实现速度调节。此外，步进电动机转过的角度0与脉冲个数朋成正比，即0=Ⅳj鼠(2-5)这个特点在许多工程控制实践中是很有用的，如在一个自动控制系统中，利用步进电动机带动管道阀门便可实现对角度的精确控制。设梭箱的实际位移量为&，电机与梭箱间的传动比为L则步进电机的步进量∥为：M=品，(2．6)设电机的轴对数为只步进驱动器的细分为17，则PLC发给步进电机的脉冲数Ⅳ为：NU：—M—n(2．7)P圆角矩形三维自动编织机的梭箱升降高度日与织物层数Ⅳ、当前纬纱织造根数尸肌纬纱密度肼、纱线直径刃等参数有关。具体关系如下例公式所示：式中：C为比例系数。H=Cdr％岛N(2．8) 第三章圆角矩形三维自动编织机控制方案设计第三章圆角矩形三维自动编织机控制方案设计圆角矩形三维自动编织机采用气动大开口、梭箱自动升降引纬、气动卷取等方案，控制系统主要由一台触摸屏、两台PLC及五台扩展模块、两套直流步进系统及若干电磁阀与电器元件组成。PLC作为整个控制系统的中心，处理各种实时数据和发送相应的控制命令。通过PLC的位置输出功能控制步进电机及气缸电磁阀。采用RS232传输模式和白定义通讯协议实现触摸屏与PLC之间的相互通信，从触摸屏可向下位机传递工艺参数并在线检测和显示工艺参数。本章主要介绍控制系统设计的要求、控制系统组成及工作原理、控制系统核心控制单元PLC介绍、控制系统核心运动执行单元步进电机介绍、串口通信技术介绍以及圆角矩形三维自动编织机控制系统特点介。3．1圆角矩形三维自动编织机控制系统要求3．1．1圆角矩形三维自动编织机控制系统要求圆角矩形三维自动编织机控制系统的具体要求如下：(1)安全性要求：为保护操作人员工作安全，经轴架处安有2套光电传感器，防止操作人员查看经轴架时受到意外伤害；打纬机构处安有一套光电传感器，防止人手被钢筘所伤。(2)抗干扰性要求：为保证触摸屏与PLC通讯、步进躯动器与PLC、电磁阀与PLC间控制信号不受其他信号干扰，控制系统信号线应和动力线分开，弱电应与强电电分开。(3)实时性要求：PLC与触摸屏间的通讯能够实时性，织机的工艺参数能够实时在线修改。(4)保持经纱张力要求：为了减少玻璃纤维、碳纤维等高性能纤维原料的损耗，织机送机机构及提综机构处装配有断头光电传感器，若在织造过程中发生纱线断头将触发紧急停车。(5)织机控制系统准确性、人性化、简洁性要求：正确数学模型的建立，保证控制系统拥有准确性的算法，在保证控制精准的前提下，控制系统应尽可能简洁，操作便捷，符合人性化设计。 天津工业大学硕士学位论文3．1．2圆角矩形三维自动编织机控制系统控制器选型在工业控制系统中基本的控制系统要包括控制器，输入设备(各种开关，按钮，传感器等)，以及输出设备(步进电机、电磁阀、指示灯等各种执行机构)，此外为了方便用户和控制器之间传递、交换信息，还要采用人机界面。在控制系统中，控制器是其最核心元件。随着科技的高速发展，各种各样的控制器被不断地研发生产出来，种类越来越丰富，但目前市场上最主要的控制器为单片机、PLC、工控机，以下是对这三类控制器基本的介绍，并结合这三类控制器的特点和圆角矩形三维自动编织机控制系统的要求，选择适合于圆角矩形三维自动编织机控制系统的控制器(1)单片机单片机又称微控制器，它是把中央处理器(CPU)、存储器、中断系统、定时器／计数器、串行接口、输入／输出接口等功能部件集成在一块大规模集成电路芯片上的微型计算机。单片机种类繁多，性能各异，有4位单片机、8位单片机、16位单片机和32位单片机等。但由于8位单片机资源丰富、性价比高，目前应用最为广泛比6|。单片机作为控制系统广泛应用与工业测控、航天航空、机器人、汽车、船舶等实时控制系统中。单片机的实时数据出来能力和控制功能，可使系统保持在最佳状态，提高系统的工作效率和产品质量。如汽车点火控制、反锁控制、牵引控制、转向等都是采用单片机实现的。单片机体积小，成本低，使用灵活，因此，单片机适合在大批量、重复生产的民用消费品如洗衣机、电冰箱、电视机、收录机、照相机、摄像机以及仪器仪表、电子商务设备等小型控制系统。对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行瞳7_8’29】。(2)PLC可编程控制器，简称PLC。美国国际电工委员会(IEC)在1987年颁布《可编程序控制器标准》中对可编程序控制器作出如下定义：可编程序控制器是一类专门在工业环境下应用而设计的数字式电子系统。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其相关外部设备，都应按照按照易于与工业控制联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计∞0’311。PLC应用灵活、安装简便。标准的积木式硬件结构与模块化的软件设计，使PLC不仅适应大小不同、功能繁杂的控制要求，而且适应工艺流程变化较多的场活。它的安装和现场接线简便，可按积木方式扩充和删减其系统规模，组 第三章圆角矩形三维自动编织机控制方案设计合成灵活的控制系统。由于其控制功能是通过软件实现的，因此，设计人员可以在未购置硬件设备前进行“软布线”工作，从而缩短了整个设计、生产、调试周期，研制经费相对减少了∞3J。采用PLC的控制系统设计、安装、调试简单，PLC中用程序(软接线)代替接线，安装接线工作量少，设计人员只要有PLC就进行控制系统设计并可在实验室进行模块调试。此外，采用PLC还可缩短施工周期；使电气工作人员的编程工作量减少；维修方便、维修工作量小口4|。(3)-I-控机IPC即工控机全称工业控制计算机(IndustrialPersonalComputer．IPC)，是专门为工业控制设计的计算机，用于对生产过程中使用的机器设备、生产流程、数据参数等进行监测与控制。工控机经常会在环境比较恶劣的环境下运行，对数据的安全性要求也更高，所以工控机通常会进行加固、防尘、防潮、防腐蚀、防辐射等特殊设计。工控机对于扩展性的要求也非常高，接121的设计需要满足特定的外部设备，因此大多数情况下工控机需要单独定制才能满足需求。目前，IPC在工业控制现场、通讯、医疗、路桥收费、环保及人们生活的方方面面被广泛地应用。但是与PLC相比，工控机更适合在实验室环境或工业控制的上级控制中应用，监控生产过程工况和已知的数学模型，进行优化分析，产生最优设定值，承担下一级控制的管理任务口毛36J。结合以上三类控制器的特点，圆角矩形三维自动编织机控制系统采用PLC为控制器。3．2圆角矩形三维自动编织机控制系统选型及各部分工作3．2．1控制系统的结构圆角矩形三维自动编织机控制系统主要包括触摸屏、可编程控制器(PLC)、步进驱动器及电机、气缸电磁阀等。触摸屏和PLC通过RS．232接口相互通信，PLC通过脉冲端口输出脉冲驱动步进电机运转，本织机通过主PLC的0号与1号脉冲输出端口分别控制引纬机构两端梭箱下的步进电机运转的。主PLC与从PLC间通过RS．232接口相互通信，通过PLC的数字量输出端口控制气缸电磁阀的开关来控制织机各机构的气动运转。该系统中的主电路和控制电路用的都是24V的弱电，所以需要配置24V直流电源，本织机的电柜中共配置了5块10A的24V直流电源。控制系统的配置如表3．1。 天津工业大学硕士学位论文1PLCOmrollCPlH．XA40DT．D2电源明纬NES一145．2424点输入，16点输出；24V．直流供电：8点继电器输出，18点晶体管输出；8点输入中断，8点脉冲接收。，220V交流输入，3路24V直。流输出，额定电流10A。24VDC供电；显示屏：5．6TFT材质；接口：两个串口可以同3触摸屏OmronNB7W．TWOOB1时使用RS232／485／422通讯协议，USBEl下载程序，打印端口支持接打印机打印。EDB．10PS—B04FA(驱动额定功率：1260W；额定转矩：4器)EMS．10AH22一B0464N．M；额定转速：3000rpm；步进驱动一{．(电机)法兰：110mm。器及电机一。’‘EDB．05PS—A024A(驱动额定功率：750W；额定转矩：5器)EMS．05AH22一A02422．39N．M：额定转速：(电机)3000rpm：法兰：90mm。6继电器施耐德删4LB2B。1篓嚣制三相四线制380V7光电开关窭簦尼BENl0M．TFR524VDC供电，NPN型3．2．2控制系统的各部分工作3．2．2．1PLC的工作PLC是控制系统的核心，在圆角矩形三维自动编织机控制系统中，控制器PLC主要承担以下工作：(1)信号采集圆角矩形三维自动编织机控制系统中PLC采集的信号有：按钮开关信号，包括开车、点动、停车、急停、点动信号；传感器信号，包括经纱断头光电信号、打纬保护光电信号、引纬保护光电信号、经纱张力传感器测量值信号、车门安全保护限位信号。(2)数据存储PLC中可以储取由控制系统程序需要固化在其内部的数据和人机界面输入的工艺参数。工艺参数分为断电保持型参数和断电不保持参数两种工艺数据。(3)运算PLC需要作的运算包括逻辑运算和算术运算两部分，逻辑运算主要是对其采集到的开关量信号过程的运算，算术运算主要是对机械参数、输入 第三章圆角矩形三维自动编织机控制方案设计的工艺参数的运算。(4)输出信号PLC输出的信号主要有两大类，一类是普通的开关量信号，在圆角矩形三维自动编织机控制系统中这类信号用来控制气动开口、引纬、打纬、卷取等；另一类是脉冲量信号，用来控制步进电机转动的速度和步进量。(5)通信工作主PLC即要从PLC通信，读、写从PLC中的数据，又要与触摸屏进行实时通信。3．2．2．2触摸屏的工作传统的数字量输入控制采用按钮、开关、拨键等操作元件；状态监测采用指示灯、仪表等显示元件。传统的控制方式比较简单，但要有较大的操作面板，既不美观又不形象，且接线复杂烦琐：采用工控机CR下显示器控制方式，硬件和软件的成本较高，系统组成体积较大，开发过程复杂，开发周期较长，不适合小型系统。触摸屏作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它的简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境，甚至可以用于日常生活之中，应用非常广泛，比如：自动化停车设备、自动洗车机、天车升降控制、生产线监控等，甚至可用于智能大厦管理、会议室声光控制、温度调整。本课题采用Omron系列的NB7W．TW00B触摸屏作为人机界面，该触摸屏的供电电源为24VDC，显示屏为7．6TFT材质，采用四线式精密电阻网络，标准硬件两个串口可以同时使用RS232／485／422通讯协议，能够连接不同的控制器，新增加的USB通讯口，可以通过USB口下载程序，打印端口还可以直接和打印机连接实时或定时打印当前或历史数据n7，38|。触摸屏的工作可以用“监控”两个字来概括。监视：通过触摸屏，可以实时监视当前生产状况，如：各远动机构的速度监视，报警信息的查询等。控制：通过触摸屏，可在线更改生产工艺参数，达到在线控制的目的；此外，还可以在触摸屏上设置位功能按钮，通过控制这些按钮，达到控制机台运转的目的。3．2．2．3其它部件的工作步进电机及驱动器：圆角矩形三维自动编织机的控制系统中的主要执行机构，步进驱动器通过接收PLC高速脉冲发出端口发送的高速脉冲来控制步进电机转动，后者驱动圆角矩形三维自动编织机引纬机构的梭箱上下移动。按钮开关：为PLC提供外部开关量输入信号，达到启动、点动、停止、急 天津工业大学硕士学位论文停圆角矩形三维自动编织机的目的。光电开关：检测或感应信号，起到故障保护，防止织机运行时的零部件对操作人员造成伤害。张力传感器：检测经纱张力，达到织造过程中经纱张力均匀。圆角矩形三维自动编织机控制系统，采用普通的220V单相线供电方式，相线和零线分别接到单相交流电机及5个电源的L与N端上，经过电源将220V交流电转化成24V直流电，向主电路及控制电路供电，其中主电路主要为送经机构驱动传动轴反转的单相交流电机及控制梭箱升降的步进驱动器。3．2．3主PLC及其扩展模块电路结构图圆角矩形三维自动编织机的主PLC及其扩展模块主要控制送经机构传动轴反转单相交流电机，梭箱升降步进电机，气动引纬、打纬、卷取电磁阀，以及部分提综气缸电磁阀。其控制系统原理图如图3．1、图3．2、图3．3所示。辎罄‘陶磺端藿莲=羹穗嚣j端?辎簟§===黧：：端盈附槲‘∞Mo∞-03905o07一∞_11oOlo030仿，a，o∞·1loNe”Gp00"029019060aBolOo∞_O奢oOpO秘∞p109c，薯萋薹蹇垂耄善震遣‘蘑善蓍《羹鏊藕删蠢垂鹰瓤蜗善霎罄骧釜塞鞘纛藏塌喜鑫塌惫襄辅黧辅警d蠢辐辅■搿一c盎，黑十￡oa伊∞-O，030a—o060∞_O挚Op060N》COMo∞鲥一∞M一笛_∞p∞M—02p∞M-笛。∞p图3—1主PLC接线图20 第三章圆角矩形三维自动编织机控制方案设计c彝E禧E装c麟t鬻t螺ctc臻ct霸鞲t_‘至器望器曼器蔓銎翌蔓莹曼璺蕃曼爱莹器譬i妻。===糠·糠冁=端糠：期畅=端糍鞭糍鞭鞲冁j辅辅鞭期=壤端糍挂，∞¨o∞M■a粕■∞■p口妒∞■D臼—Ipq窿p∞M_OS_07V●C_泰CpN口∞pOlp盘p堪pO●p鹰p∞pOlp氆『pO驴∞_N≯^CpJ—J-t￡t^^●●●●^^■■o-LrlW一5Z￡l—Ea”m”02．I03004’O酽∞pmp0j”Op白酊l虻9呲p∞M’COMo∞MoCDM。氆udlp∞Moo：，p∞M，∞pa，。薅E蘑‘Ectq辚瑟t翟薹置蜗t=端器糍鞲描踅笺曳冀竞器鼻暮望^辗鞭莹誊t蠹t搿端!郸鞭嬲■鞭冁j黧蜕￡銎踅器蔓。．j：辅：端鞘鞭=黑辎j端图3-2扩展模块1接线图图3．3扩展模块2接线图3．2．4从PLC及其扩展模块电路结构图圆角矩形三维自动编织机的从PLC及其扩展模块主要控制开口机构，圆角矩形三维自动编织机组织结构复杂、组织循环数大，需要综框数多。为此本系统运用了大量的PLCI／O扩展模块增大I／O口输出控制提综气缸电磁阀来满足要求。从PLC及其扩展模块系统布线图如图3．5、图3-6、图3．7、图3．8所示。 天津工业大学硕士学位论文图3—4从PLC接线图菇蠡癌靖疽蠡蜗‘暇c嘏E最cE蜗t氓ct墨譬器g嚣i嚣§嚣警莹§孽警嚣暑叠g器翟‘‘厶出6116l辎=辅端簸?：j=端一辍端=鞘赣：鞭冁?端端鞲辅鞭赣冁!鞲端冁-C_∞Mo∞M_∞Mo∞Mo惦_070o。M_O≯∞Mp∞_∞p●CpK-I啦-∞o020030O毒9Op∞_抛-∞·Op06"N酗矗eohcC：“J■J0￡E^h●●●●^^●o●-CPlW—jZEIpt∞om’020O扣0Io0伊∞pm，039OpO蠡o-Co陀p∞～∞Moa。M一∞Mo05’∞p∞Mo020∞M。∞_田p_E‘々墓c罄爱c爱‘t￡t鬟EtE裴c1‘量器望量!雯璺器景i望嚣0壹置^精锻^冁辅=端冁鬣t磐?冁鞲=冁鞘鞭档辎端。骊￡器曼器!：二=：黧j鞭端翱：辅图3．5扩展模块3接线图 第三章圆角矩形三维自动编织机控制方案设计c薅葫嫡螽菇慧疆c斌t糕￡t^端EtCqt‘一馨莹器毫器囊器萋譬萋曼誊耋耄●器耋差妻鬈一赣端，鞭麓-靠冁一端赣鞭鞘赣糍冁t鞭冁辎翱t赣糍糖⋯：黧-C“∞M”o。M’∞Mo∞M9∞p研’9∞Mo020∞M’OB’∞pNp摹￡oN酗∞pm-O≯039OpO酗∞p1319D3pOp啪-呲pf畦p挂，J一_J‘C‘^⋯●●^^■■■_CPlW—jZI：：．IpE∞”m90眇030OpO酗∞pD瞳9030apO酗N：oI屺4∞M9∞Mo∞M”∞Mo瞪pa●■∞M”02’∞M9∞pO伊。c西c稿cE蓓tci誊甚器tct群=羹冁端冁蠕cE孽董i妻器2i^罄嚣j糍妻耄二端叠鞲=霸鞭躺冁鞘冁j糍端鞭撰芸器g⋯?鞲?端端图3-6扩展模块4接线图。E‘霎装E薹t辎E蘑E‘cE‘鞯tcE辎彗誊茎器萋霎塞妻鬈萋耋l誊璺蓦均圣鱼蠛!!=：端冀霎=端鞠?端冁：糠鞲端■赣：糖鬈鼙霸：糕赣蝴糠摊"∞Mp∞¨p∞Mp∞M_喳pa，p∞M_∞_∞M-荡p∞_N掣I靛-N酗∞pm_02p03pOIp∞pc11_O爹6酗a伊l岷-I虻pI吧pI●JCEC●--‘●●_-■■■■■CPlW—jZEI妒C∞omoO扣039Opa争∞pm_0j9apa酗I虻。嗽_∞Mo∞¨9∞Mo∞M9滔p∞p∞MoO≯I口oM’壤p∞_莹墓建ct蠢瑟⋯=端冀蓦蜕爱蕞蜗耋蚕雪器耋薹参_耄霎器蓦銎凳耋l耋嚣，撩鞭糕=端端赣鞭二tll弼=冁冁，赣糍鞭辗一图3．7扩展模块5接线图3．3圆角矩形三维织机控制系统控制器PLC3．3．1圆角矩形三维织机控制系统控制器PLC性能PLC是一种利用计算机原理为顺序控制专门设计的、通用的、使用方便的装置。PLC采用面向操作的逻辑语言，以继电器逻辑梯形图为表达式，设计可靠， 天津工业大学硕士学位论文高抗干扰。采用模块结构，可以针对不同的控制对象进行组合和扩展。PLC的结构简单、系统灵活性好、便于维护、通讯功能强，特别适合于时序控制和顺序控制，具有较高的性价比，能够适应恶劣的工业现场环境，已被广泛应用于实际生产过程‘39|。本控制系统采用OMRON的CPlH系列的CPlH．XA40DT-D型号PLC，该款PLC供电电源为24VDC，具有24点输入，16点晶体管漏型输出，带有两路的模拟量输入输出。程序容量20K，最大可扩展至7个模块，集成了强大的内置功能，如下所示：(1)高速处理速度：CPlHPLC的CPU执行基本指令的时间一般为O。1牡s；执行MOV类指令时一般为0．39s；运行速度分别为小型机CPM2A的6倍和26倍。相应的系统高速处管理、I／O刷新时间和外设服务所需的时间大幅度减少。通过功能块(FB)功能、任务功能使程序编制、管理更加简单。(2)程序容量与I／O容量大：CPlHPLC的程序存储最大容量20K字，数据存储器(DM区)的存储最大容量是32K字，这些为复杂程序和各类接口单元、通信及数据处理提供了充足的内存。(3)丰富的高速计数器相关功能：可通过高速计数器当前值与设定的目标值一致或区域比较，触发中断达到高速处理；可进行高速计数器输入的频率(速度)的测定；可进行高速计数器当前值的保持／更新切换。(4)整体式结构：CPlHPLC采用整体式结构，体积小巧且功能完备，大幅提升了空间的利用率。(5)系统扩展性好：CPlHPLC最多可以连接7个I／O扩展单元，每个I／O扩展单元具有40个I／O点，加上CPU单元本身内置的40个I／O点，CPlH可以处理的最大I／O点数达320点。(6)多样的脉冲控制：可从CPU单元内置输出点发出固定占空比信号，脉冲输入到步进电机驱动器来达到定位／速度控制。(7)内置4轴位置控制功能，不使用单独的位置控制模块就能构成位置控制系统，最高脉冲速度100Khz。(8)丰富的脉冲输出相关功能：可选择脉冲输出功能[cw／ccw脉冲输出]、[脉冲+方向输出]；在绝对值坐标系中通过自动方向设定可以简单定位：可过行三角控制：在定位中，可变更定位目标位置(多重起动)；在速度控制过程中，可变更为定位(中断过给)：在加速或减速过程中可变更目标速度、加减速率：发出可变占空比脉冲输出信号，可行照明／电力控制等。(9)原点搜索功能：可用1条指令进行原点搜索／复位动作，也可进行原点复位，直接移动到所确定的原点。 第三章圆角矩形三维自动编织机控制方案设计(10)输入中断功能：内置输入的上升沿可下降沿时，可起动中断任务(直接模式)。此外，可对内置输入上升降沿或下降沿进行计数，如达到某个值，可起动中断任务(计数模式)。本PLC有8点输入中断。(11)脉冲接收功能：通过将内置输入设为脉冲接收功能，可与周期时间无关，切实捕捉到最小输入信号幅度30us为止的输入。本PLC有8点脉冲接收。(12)模拟设定：模拟电位器设定变更，可通过用螺丝刀调节模拟电位器，可以将特殊辅助继电器区域(A642CH)的值在0"-一255范围内任意变更。外部模拟量进行的变更，根据外部模拟量输入0～10V(分辨率256)，将模拟值进行A／D转换并反映在特殊辅助继电器区域(A463CH)。(13)USB通信方式简捷：CPlHPLC采用的外部USB端口与上位计算机连接，利用CX．Programmer9．0软件与计算机进行编程和监视，通信简捷。(14)程序组织模式结构化：CPlHPLC可将程序划分为最多32个实现不同控制功能的循环任务段，另外提供了电源断开中断、定时中断、I／O中断和外部I／O中断等4类256个中断任务，这种任务式的程序组织模式提高了大型程序开发的效率，调试维护更加简便，改善了系统的响应性能。(15)强大的自诊断功能，通过详细的错误代码可检测引起错误的原因。(16)串行通信功能强：CPlHPLC的串行通信口最多可以装2个(RS．232C或RS．422A／485选件板可供选择)，可以方便地实现与可编程终端(简称PT)、变频器、温度控制器、智能传感器及PLC之间的各种链接。其中Modbus-RTU简易主站功能可以实现对变频器的速度控制，串行PLC链接功能可以将9台CPlH链接通讯，每台PLC之间可以实现10个通道以内的数据传送m，4川。PLC作为整个控制系统的主控单元，通过位置输出功能控制步进电机，圆角矩形三维自动编织机共有2套步进系统，分别安装在自动编织机引纬机构左右两端的梭箱下，控制梭箱的升降。PLC通过自身自带的脉冲发送端发送给步进驱动器，步进驱动器经过对脉冲的放大、细分处理后驱动步进电机步进相应的步数，步进电机驱动自动编织机的梭箱驱动机构来升降梭箱。3．3．2圆角矩形三维织机控制系统控制器PIE；输入输出点接线圆角矩形三维自动编织机控制系统核心单元主、从PLC包括24点输入，16点输出及其6个扩展模块每个扩展模块包括32点输出，表3．2为PLC输入输出端子接线说明。 天津工业大学硕士学位论文表3．2主PLC输入、输出端子接线说明名称说明名称说明26 第三章圆角矩形三维自动编织机控制方案设计表3—4PLC扩展模块输出端子接线说明表3．2为PLC输入、输出端接点接线原理图，其中各步进的1CN是指步进驱动器上接收PLC脉冲的接口，以一步进驱动器为例，给出了该接口的接线原理图，其中1CN24和26分别为步进驱动器的脉冲接收与方向控制接收点，1CNl0为伺服使能点，因PLC输出端COM接的24一，所以1CN9、25、27接24+依次与1CNl0、24、26构成回路。3．4圆角矩形三维织机控制系统执行机构一步进电机3．4．1步进电机原理步进电动机是一种电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的电动机，因此又称脉冲电动机。它常做数字控制系统中的执行元件。给一个脉冲信号，电动机就转一个角度，即前进一步，其角位移量或线位移量与脉冲数成正比。这些关系在电动机负载能力范围内不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化。步进电动机可以通过改变脉冲频率来实现调速、快速启停、正反转及制动的控制。步进电机作为执行元件，是电机控制领域的重要产品之一，在自动化设备中得到了广泛地应用。步进电机与普通电动机主要区别之处在于它是一种将电脉冲信号转化为角位移的执行机构，它同时完成两个工作：一是传递转矩，二是控制转角位置或速度H2|。步进电机的输出力矩与电机的有效体积、线圈匝数、磁通量、电流成正比，因此，电机有效体积越大，线圈匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。 天津工业大学硕士学位论文3．4．2步进电机性能现代控制系统中，运动控制的执行机构主要是变频电机、步进电机和伺服电机，与变频电机相比，步进电机具有转子惯量低定位精度高，无累积误差，控制简单等。而与伺服电机相比，虽然步进电机在价格是伺服电机的差不多一半，在某些进步要求不高的控制系统中期优良的性价比，使用户毫不犹豫地选择了步进电机虽自身不带闭环控制系统，但若需要可以在步进电机的转轴上安装旋转编码器构建闭环控制系统。的性能更优越。伺服是一个闭环控制系统，而变频器通常工作于开环控制，所以无论从速度还是精度上，变频器都无法和伺服相比。步进可以满足准确、精确、快速定位，但其价格相对于变频电机、伺服电机要便宜许多，所以很多高精度、低惯量的产品都采用步进系统。圆角矩形三维自动编织机的梭箱升降系统采用的是步进电机。圆角矩形三维自动编织机选用三社SSl703A17A型号直流步进电机和MD2522直流步进驱动器2套，直流步进驱动器的最大细分可达25000，步进电机额定输出转速为，瞬间最大转矩均可达4N．m。步进电机可以配带旋转编码器，通过读取编码器的脉冲数可以精确定位H引。步进电机驱动器的接线注意点：(1)光电隔离元件的作用：电气隔离，抗干扰。(2)控制信号有3种接法：共阳极接法、共阴极接法、差分信号接法。不管什么接法都需要保驱动器光耦的电流在10—15mA范围内；否则，电流过小，驱动器工作不可靠、不稳定，会有丢步等问题：电流过大，会损坏驱动器。3．5串行通信技术及其抗干扰设计3．5．1串行通信技术串行通信是指使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统问交换信息，特别适用于计算机与计算机、计算机与外设、计算机网络以及分布式工业控制系统之间的远距离通信。如今串行通讯有RS．232、RS一485等几种不同的标准【3引，这些标准最初是由电子工业协会(EIA)制定并发布的H引。RS．232在1962年发布作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。1970年，美国电子工业协会EIA(ElectronicIndustryAssociation)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定了用于串行通讯标准RS232C接口(C表示是RS232的改进)。它的全面是“数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。改标准定义了数据终端设 第三章圆角矩形三维自动编织机控制方案设计备(DTE)和数据通讯设备(DCE)间按位串行传输的接口信息，合理安排了接口的电气信号和机械要求，在数据通信、计算机网络以及分布式工业控制系统中得到了广泛的应用。RS232标准最初是为了远程通信连接数据终端设备DTE与数据通讯设备DCE而制定的。因此，这个标准的制定并未考虑计算机系统的应用要求。但目前它又广泛地被借来用于计算机(更准确地说，是计算机接口)与终端或外设之间的近端连接标准。例如，目前在PC上的COMl、COM2接口就是RS232接口[47|。RS232标准物理接口为DB25外连接器，但其中常用的为9个引脚。早期的DB25是为PCXT设计的，AT机以后均采用DB9连接器。DB9连接器的引脚定义及功能如表3．7所示。表3．7DB9引脚功能在DB9的9个引脚中，并不是所有信号端都使用的，如RTS／CTS仅在半双工方式中作发送和接收时的切换用，而在全双工方式中，因配置双向通道而不需要。一般在全双工方式中，RS232标准接线只需要3条线即可，2根数据信号TXD／RXD，1根信号地线GND。双方连接的方式是：TXD与RXD交叉连接，信号地线直接相连。各自的RTS／CTS、DSRfDTR短接，而DCD及Ⅺ则置空，如图3．10所示。 天津工业大学硕士学位论文T×D×T×DRxDRTS]广RTSCTS—●JL+_CTSDSR]广DSRSGDCDJLDCDDTRRI图3一10RS232的标准接线RS232的不足之处(1)接口信号电平高(5．15V)，容易烧坏接口电路芯片，不能与TrL电路电平兼容。(2)波特率低，仅为20kbps，传输效率低。(3)采用不平衡的单端通信传输方式，易产生共模干扰，抗干扰能力差。(4)传输距离短仅50m，长距离需加调制。为改进RS232通信距离短、速率低的缺点，1977年EIA制定了RS422标准。RS422定义了一种平衡通信接13，将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到400011(速率低于100kbps时)，并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范。RS485采用半双工通信方式，允许在简单的一对屏蔽双绞线上进行多点、双向通信，即允许多个发送器连接到同一条总线上；同时，增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围。利用单一的RS485接13，可以很方便地建立起一个分布式控制的设备网络系统。因此，RS485现已成为首选的串行接口标准。因为RS485接口组成的双半工网络，一般只需要2根连线，所以对RS485接口连接器并没有强制的统一规定，最初一般采用DB9的9芯插头座。与智能终端连接，RS485接口采用DB9(孔)：与键盘连接的键盘接口，RS485采用DB9(针)。普通微机一般不配备RS485接13，但工业控制微机基本上都有配置。在变频器PLC控制中，有的干脆用接线端子进行双绞线的连接，有的则使用水晶头RJ45或RJll【4引。RS．232、RS．422与RS．485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。RS．232、RS．422与RS．485的电气规定如表3．2所示。选用的CPlH—XA40DT—D型号PLC配有两个串行选件板通讯端口。触摸屏通过RS232口和主PLC实现一对一通信方式，主PLC通过另外一个RS232口和从PLC实现一对一通信方式。 第三章圆角矩形三维自动编织机控制方案设计表3-3RS．232、RS．422与RS一485的电气规定3．5．2抗干扰设计圆角矩形三维自动编织机控制系统中，主要的控制对象是步进电机及气缸电磁阀。在控制系统中，PLC通过RS．232选件板串型端口的通讯方式与触摸屏相连。控制柜中PLC输出的脉冲信号、通信信号、强电弱电压信号之间存在一定的干绕，这种相互间的干绕会影响通信系统的正常工作，造成数据丢失或错误，因此有必要采取相应措施来减弱或防止此类情况的发生，常用的抗干扰设计方法有m1：(1)PLC与步进驱动器之间传输脉冲频率线用屏蔽双绞线连接，两PLC间的通信线采用串联联接。(2)正确的接地。通信系统传输介质采用屏蔽双绞线，频率高时干扰产生的噪声电流主要通过屏蔽层外表层，此时采用屏蔽层两端接地。若采用单点接地则只有利于消除低频干扰，但现场中若没有等电位接地点，一端接地优于两端接地，可防止形成共模干扰损坏通信接口。(3)合理布线。控制柜中的电源线和信号线应尽量远离强电的输送线，电源线和信号线应避免平行走线。 天津工业大学硕士学位论文3．6圆角矩形三维自动编织机控制系统的特点圆角矩形三维自动编织机控制系统的设计，体现出了以下特点：(1)实现了织造过程中的数字化、信息化。(2)实现了安全性织造。送经、引纬、卷取处光电开关及车门限位开关，能够很好地起到保护工作人员安全的作用。(3)全自动化织造。通过人机界面和上位机都可修改工作参数并可在线显示，也可监控设备的运行状态，并具有超限报警和织造完自动停车功能。(4)低原料损耗率织造。光电开关在发生经纱断头时，能够触发紧急停车，起到很好的降低原料损耗率的作用。(5)机械结构简洁，系统设计灵活。由于采用多经轴送经、气缸直接提综丝、气动卷取机构，简化了三维织机的传动系统，极大地降低了传统机械传动方式缺陷对织造过程中经纱间张力差异大，大开口织物织造和圆角织物织造难度大的限制，减少、减轻了保养、保全的工作量，使安装维修变得简单容易，与普通的有梭织机相比圆角矩形三维自动编织机去除了纹板机械传动部分，减少了繁琐的上下换取纹版，系统设计更加灵活。(6)控制系统控制器功能强大。利用所选PLC较强的计算处理能力，通过建立数学模型和程序设计，完成传统三维织机难以完成的自动控制和调节作用，如：在织造过程中，可采用PID调节控制各传动轴间及传动轴上各经轴上经纱张力稳定。从而解决了在织造过程中，经轴上缠绕经纱的直径会不断变化，经纱张力随之变化，织机不能有效地控制由此产生的经纱张力的变化弊端。 第四章控制系统通信协议设计圆角矩形三维自动编织机控制系统的通信协议的设计包括PLC与触摸屏的通信及PLC与PLC间的通信。其中触摸屏与PLC之间通过RS232串行通信协议通讯，此通讯比较简单，只需设定好通讯参数便可通信。本章主要介绍主从PLC间的通讯及主PLC与触摸屏间的通信。4．1通信数据包格式在控制系统中，当主站需要与从站通讯时，主站首先发送请求包给从站，从站接受到改请求包后开始判断此请求包是读取数据命令还是写数据命令，若是读取数据命令，则从站向主站返回监控数据；若是写数据命令，则从站将当前的接收数据长度改变为主站将要发送的数据包长度，并向主站返回一个请求响应包。主站接收到该请求响应包后，按自定义的数据包格式组织数据(数据长度己变)发送给从站，若从站接收该数据包时超时，则从站自动返回初始监听状态并给出警报。从站正确接收到该包数据后，根据先前定义好的数据包格式开始分析，并依据分析结果执行相应的操作，执行无误后向主站晦仉5川。返回正确响应包，主站接收到正确响应包后，则主从站完成一次通信过程。通信过程中，主、从站可能接收不到正确的数据包，当没有接收到正确的数据包后自动重新发送三次，若三次都未接收到返回的正确响应数据则根据数据包的错误代码给出相应警报；若发送数据包后，在指定的时间内没有接收到返回数据，则给出通信超时警报。4．1．1请求数据包请求数据包是主机发送给从机的，当主机要与指定的从机通信时，主机按请求数据包格式定义一包数据，发送给从站。请求数据包格式定义如表4．1所示，请求数据包头定义为“FF”，站号用来标识同一类型设备之间的不同机台，范围0～255。功能编码由两部分组成：高四位为读／写标志，高四位为0001时，表示主机向从机写数据，0010表示主机读从机数据；低四位为参数类型标志位(参见5．3节)，0001表示机器参数，0010表示成形参数，0011表示工艺参数，0100表示有圆角矩形三维角联锁织物参数，0101表示圆角矩形三维正交织物参数，0110表示圆角矩形三维角联锁织物工艺，0111表示有圆角矩形三维正交织物工 天津工业大学硕士学位论文艺。数据长度为将要发送的数据包的字节总长度，若读数据时该项目值为0。BCC校验可有效降低数据通信线路传输的误码率。表4—1请求数据包格式假设从站地址为02，主站要向从站发送圆角矩形三维角联锁织物工艺参数，根据表4．1可定义请求数据包格式为(16进制)：“FF01160DC7”请求数据包中“16”(16进制)为功能编码，由高四位0001和低四位0110组成。“0D”为圆角矩形三维角联锁织物工艺数据长度，“C8”为BCC校验和。若主站要读取从站的工艺参数，根据表4．1可定义请求数据包格式为(16进制)：“FF012300B2”。4．1．2数据包主机和从机都可发送数据包，主机向从机发送参数数据包，从机向主机返回监控数据包。数据包格式定义如表4．2所示，数据包头定义为“FE”，站号、数据长度及BCC校验项目与请求数据包定义相同，“数据”项目的格式根据参数类型而定，机器参数、成形参数、基本工艺参数、圆角矩形三维角联锁织物参数和圆角矩形三维正交织物参数数据定义格式分别如表4．3、表4-4。表4-2数据包格式表4．4基本1：艺参数数据格式由表4．2可知，数据包总长度为‘‘4+，z”字节，门由参数类型确定。“数据”项目为机器参数时，n=6字节；“数据”项目为成形参数时，n=8字节：“数据”项目为基本工艺参数时，n=54字节；“数据”项目为圆角矩形三维角联锁织物参数时，n=28字节：“数据”项目为圆角矩形三维正交织物参数时，n=12字节。圆角矩形三维角联锁织物工艺包括原料种类、织物长度、织物宽度、织物层数、圆角半径、表面纬密等工艺参数。圆角矩形三维正交织物工艺包括原料种类、织物长度、织物宽度、织物层数、圆角半径、表面纬密等工艺参数。根据请求数 第四章控制系统通信协议设计据包格式“功能编码”项目低4位代码的定义，上位机和PLC都可确定传递的数据类型，从而对接收的数据进行相应的处理。4．1．3响应包主从机通过接收到数据后返回的响应包，来判断发送的数据是否被正确接收。响应包分为正确响应包和错误响应包两种，接收到的数据包中包含BCC校验，如果校验正确则返回正确响应包，否则返回错误响应包。其中，正确的响应包的数据格式的定义如表4．5所示。其中，正确响应包的头标志为ACK项目，值为H06，设备的状态项目值分为1或2两种，其中1表示设备的停机状态，2表示设备的运行状态。当主机向从机发送请求数据包时，如果从机返回的是错误响应包，那么响应包中没有数据长度和数据两项。错误响应包数据格式定义如表4-6所示，其中错误响应包的头标志为NAK项目，值为H15，错误代码项目表示通信错误类型。表4．5正确响应包4．2主PLG与从PIG通信主PLC作为主控单元，根据各运动机构的数学模型对输入的工艺参数进行处理，并将处理的结果发送给各执行机构的控制器。主PLC与从PLC采用RS232通信方式，在织造之前，主PLC将所需织造织物的层数、宽度、长度、圆角半径及表面纬密等参数发送给从PLC。主PLC发送给从PLC的数据帧格式为：“织物标志+原料种类+织物层数+织物长度+织物宽度+圆角半径+表面纬密”。数据帧格式表示的意思是：织物标志：1织造角联锁织物，2织造正交织物，占2个字节；原料种类：1织造玻璃纤维织物，2织造炭纤维织物，占2个字节；织物层数、织物长度、织物宽度、圆角半径、表面纬密各占2个字节，该帧数据共计14字节，发送数据帧存于主PLC的D1450．D1456寄存器中，接收的数据存于从PLC的D1450．D1456中，判断接收的数据帧的格式，控制开口机构的提综规律。从PLC反馈给主PLC的数据帧格式 天津T业大学硕士学位论文从PLC接收到的工艺参数数据存储在D3600．D4005掉电保护寄存器中，从PLC接收到主PLC的参数数据后会给主PLC反馈数据帧，数据帧格式为：织物标志+原料种类+织物层数+织物长度+织物宽度+圆角半径+表面纬密”。该帧数据同样共14字节，发送数据帧存于从PLC的D2450．D2456寄存器中，接收的数据存于主PLC的D2450．D2456中，判断接收的数据帧的格式，控制开口机构的提综规律。4．3PLC与触摸屏通信PLC与触摸屏间通信，不需要编写软件程序，只要设定站号和通讯波特率等一些基本的通信参数就可以进行通信。触摸屏设置：在触摸屏NB7W二TWOOB人机界面软件中选择串口通讯方式，连接PLC选择OMRONCPlH，双击HMI属性，点击串口0设置，进行如下设置：通信类型：RS232波特率：9600数据位：7奇偶校验：偶校验停止位：2PLC设置：双击进入设置画面，点击选择串口1，通信设最选项选择：标准(9600：1，7，2，E)，模式选择：HostLink，这样，PLC的基本通信参数设置和触摸屏的一样，就可以通信。在触摸屏软件设定相应元件的寄存器类型和地址，就可以读取或设定PLC中对应寄存器的数值。 第五章控制系统软件部分设计PLC作为整个控制系统的主控单元，采集用户对开车按钮、点动按钮、停车按钮、紧急停车、车门限位行程开关、送经机架、开121、引纬、打纬机构光电保护传感器(4个)等操作信号，并根据各机构的数学模型，对梭箱升降机构步进电机、送经机构气缸电磁阀、开口机构气缸电磁阀、打纬机构气缸电磁阀、引纬机构气缸电磁阀、和卷取机构气缸电磁阀进行相应的控制。本章主要具体介绍控制系统各软件部分的设计，包括送经传动与经纱张力控制、开口机构、自动寻找梭口、卷取成型以及错误警报等部分。5．1PLC软件设计PLC作为控制系统的主控单元，负责参数计算和控制各执行机构，软件控制部分主要由织物组织图的编写、经纱张力的PID调节、自动寻纬机构的控制、卷取机构控制以及自动织造与手动织造的程序编写。另外还有自动停车、传感器及限位开关信号接收及控制、错误警报等，这里不作介绍。5．1．1织物组织图的编写织机的控制系统软件能够根据当前织造状态实现产品的全自动织造。主要的控制内容有：(1)自动生成织物组织。只要输入所需织物的层数就能自动生成该织物的组织图与提综图等上机织造数据。(2)自动调整梭箱高度。由于织物层数多厚度大，织造最上层纬纱时的梭口位置与织造最下层纬纱时的梭口位置相差很大，若采用固定梭箱引纬，梭子进入梭口时可能与上层或下层经纱的摩擦加剧，因此，本织机的引纬机构装有一套步进电机控制系统，每织一纬都能根据当前梭口位置调整梭箱及投梭机构的高度，使梭子从梭口中央通过，不与上下层经纱相摩擦。(3)根据织造状态自动判断并控制卷取机构完成直行或转弯的卷取操作。(4)在转弯状态下自动完成局部引纬。在织造织物的圆角部分时，为使织物转弯时内侧与外侧的纬密差异不要过大，需要进行局部引纬。(5)本织机的PLC程序采用模块化结构设计，主要包括初始化模块、组织图生成模块、开口控制模块、引纬控制模块、卷取控制模块等。控制程序的大部分采 天津工业大学硕士学位论文用了ST结构化文本语言编写。PLC织造程序流程如图5．1所示。在织一纬的过程中，因为织的是多层织物，为了减少钢筘对经纱的摩擦损伤，并不是像传统织机一样每织一纬都要进行打纬，而是织若干纬(层)才进行一次打纬。同样，只有在织到最表层的纬纱时才进行一次卷取。图5—1PLC织造程序流程图圆角矩形三维自动编织机开口机构的生成织物组织循环程序如下所示(木生成基本组织幸)pr=O；circulate：=-iayers+layers；FORi#lTolayersDOk产p：d：=l甜42l：FORi芦lTOlayers．1DOIFi<_jTHENzzt[k]：=zztIk】OR[IINT—TO～WORD(d)；END—IF；dr=d+d：IFd=16撑8420THENdr=16#421：kr=k+1：ENDIF：ENDFOR：FORi：=lTOlayers．1DOlFiq-2THENzzt嗍了z2t【k】ORIJINT_T吼WORD(d)；EN瞳IF；dr=d．卜d：IFd=l6}}8420THENdr=16#42l：k孑k+l：ENDlF：ENDFOR：p习升11；ENDFOR：FORi：=lT0layersDOkr=p；d．-=16#421；FORiF1T01ayers．1D0lFi<_j·2THENzzt陶r=zzt[k]ORUINT_T0-WORD(d)；END_IF；dr=d+d：IFd=l硎8420THENdr=l酬42l：k爿【+l；ENDIF；ENDFOR：FORi产lTOlayers．1DOIFiqTHEN劢哟r=zzt[k】ORUINT—TO—WORD(d)；END_IF；dr=d+d；IFd=16撑8420THENdr=16撑421：k：=k+l：ENDIF；ENDFOR：p习什11；ENDFOR：38 第五章控制系统软件部分设计(·生成转弯组织+)1FlayersMOD2=0’¨IENFORi．---0TO22*layers-lBY22D0FORi：=iT0．+10DOzztl[i]．"=zzt[i]；zzt2[i]：=zzt[i]；zztl[i+l1】．文zzt[i】AND16#iF)OR(22t【i+11】ANDl6#7FE0)；zzt2[i+ll】：=(zzt[i】AND16#3FF)OR(zzt[i+ll】AND16#7C00)；ENDFOR；ENDFOR：ELSE；FORi卸TO22*layers．1DozztI[i]：=-zzt[i]；zz／2[i]．---zzt[i]；ENDFOR：ENDFOR：5．1．2自动寻纬机构控制系统圆角矩形三维织物自动编织机的引纬机构采用了自动寻纬机构。该机构采用两组步进电机升降梭箱来达到自动寻纬的目的。PLC中编写自动寻纬控制程序如卜所不：(奉自动寻纬机构木)Max_Data：=-Data_Store[1]；Min_Datar=Data_Store[11；Total．--0．0：Total_Filted．--0．O；(+FIFO堆栈+)FORLoop_Count产1TO(Length·1)BYlDOData_Store[Loop_Count】：：Data_Store[Loop_Count+l】；END_FOR；Data_Store[Length】：=Realtime_Value；(+计算累加值+)FORLoop_Count：=1TO(Length-1)BYlDOIFMaxDataData_Store[Loop_Count]THENMin—Data产Data_Store[Loop_Count]；END_W：Total产Total+Data．_Store[Loop_Count】；ENDFOR；5．1．3自动编织机的自动控制系统织机的主要控制系统硬件组成包含人机界面和PLC等。PLC具有功能强大、运行速度快、程序设计简单、修改程序灵活方便、可靠性高、抗干扰性强等优点，很适合做织机的控制系统，人机界面具有强大的人机交互功能。两者配合使用构成了完美的织机控制系统。鉴于织机机构的特殊机构，PLC需要给织机引纬装置张力电机分配一个输出口，给提综装置分配162个I／O输出口，给引纬部分分配两轴的控制步进电机的脉冲输出口和两个控制电动气缸的普通I／O输出口，给打纬装置分配1个I／O输出口，给卷取装置分配4个I／O输出口。普通的PLC只有几十个I／O输出口，远达不到控制要求所以得配置PLC扩展模块，而1台PLC最多连有7台扩展模块，像CPlW-32ET 天津工业大学硕士学位沦文扩展模块只能连有三台。根据以上的分析及出于性价比的考虑，织机控制系统选用了两台CPlH．X40DT．DPLC、5台CPlW-32ET扩展模块、一台NB7W-TWOOB触摸屏。另外配有步进电机、三相交流张力电机和控制气缸的电磁阀，如图5-3所示。麓姨屏一◆‘上lPLCl—IPLC2一l1，0毒0毒I电磁稿．一步进电批电磁鼬毫ill门一交藏电帆．，上土l王Il开口机鲰弓l纬撬椒打纬飙瓣一卷取飘构一送经壤铷5．2人机界面程序设计图5-3自动编织机控制系统触摸屏人机界面中可以设置各种单状态或多状态开关、按钮及指示灯，可以运用多状态功能实现动态画面，形象、美观：可以使用屏里面自带的键盘进行数字输入或修改系统的各个参数的设定，也可以自己创建键盘晦引。可以设置各种形状的棒图以及各种指针式、数字式、柱式仪表，形象地反应出数据变化的动态过程：可以设置各系统机构工作流程图，动态显示各运行机构变化实况，监管全面、界面形象、直观；还可以设置系统报警记录，把系统工作中发生的各种故障记录下来：同时也可以制作故障提示窗口，便于操作者检修维护畸3J。触摸屏人机界面上设置的各种按钮、开关、指示灯、键盘、仪表等控件，都是传统按钮、开关、指示灯、键盘、仪表等实物的替代品，触控寿命相当长，另外，由于它们与PLC的连接通讯是通过串行串口来实现的，不占用PLC的输入、输出点，因此，只需配置简易小型的PLC即可满足需要，就此而言，还可节省不少费用懈1。本课题中使用的人机界面主要实现圆角矩形角联锁织物工艺参数的输入，并监控织机的运行参数和状态。画面分基本窗E1画面和弹出窗121画面两大类。5．2．1基本窗口画面基本窗口界面又分为监控界面、参数设定界面、辅助功能界面三类。基本界 第五章控制系统软件部分设计面的组成结构图如图5-4所示。5．2．2弹出窗口界面图5．4人机界面组成结构图弹出窗口的应用是为了满足特殊程序设计需求而引入的，例如：参数设定完成后，需要以弹出窗口的形式通知用户参数设定结果，设定成功，需用户确认生效，设定失败，需用户重新设定等。如图5．5所示，弹出窗口一般都是附加在当前基本窗口之上的，它的等级要比一般窗口高，所以当基本窗口关闭(或切换到别的基本窗口)时，附加的弹出窗口也跟随之关闭，这时候如果又切换到该基本窗口您将会发现原先附加在该基本窗口上的弹出窗口仍然还在(除非有命令把它们关闭)随56】。5．2．3基本界面功能设计(1)操作说明：图5．5弹出窗口41 天津工业大学硕士学位论文为了便于用户操作，操作说明被直接编辑在触摸屏当中。操作说明界面向用户介绍画面中各功能键能切换到那一界面，此外对各个界面的能进行的操作进行总体介绍。可以从快选菜单或主界面进入操作说明界面1，在操作说明中按“返回，便回到了主界面。(2)实时监视：实时监视界面用于显示当前生产中的工艺参数及机械运转状态参数。监视内容包括：引纬、打纬及卷取状态；梭箱升降动程(删岫；当前织造纬纱数(n)：综纬纱数；送经电机状态显示；当前梭口位置；当前开V1提综状态：各传动轴上经纱张力。实时监控人机界面截图如图5．6所示。图5-6实时监控人机界面(3)参数设置界面：在参数设置界面中，可以设置圆角矩形三维自动编织机各机械参数及织造参数。如图5．7所示，在该界面中可以对圆角矩形三维角联锁织物的织造参数进行设置，如织物的矩形长度、矩形宽度、圆角半径、带子宽度、单层厚度、表层纬密、织物层数等；同时也可以对织机的机械参数进行设置如：开口时间、引纬时间、打纬时间、卷取时间等。为了方面操作本界面中也设置了一些手动按钮开关，如手动左右投梭、手动提综、手动打纬、手动落综、手动夹持织物以及对可以手动对织物圆角部分或直行部分进行织造。另外本界面中也设置了织物开口位置监视窗口，这样可以在不同的界面都能监视到织物的织造情况，有效地防止织造中出现故障没有被发觉。42 第五章控制系统软件部分设计图5．7实时监控人机界面(4)报警查询：设计报警查询界面，当机台有报警时，进入报警查询画面，可以查询报警原因(在实时显示画面的下方有一报警条，该报警条也会以滚动的形式显示报警原因)。当机台正常运转时，报警画面显示内容为空，有报警时，报警内空将以直接窗口的形式弹出。预设的报警情况有：气动开口监视报警；纱线断头报警；张力电机运行故障报警；梭箱两步进电机故障报警；引纬关电报警；打纬光电报警；卷取关电报警。43 第六章总结与展望6．1课题总结本课题的主要内容是开发用于编织圆角矩形三维角联锁织物的织机及其自动控制系统，在整个项目过程中主要做了以下工作：(1)针对圆角矩形三维织物的特殊组织结构，提出一种自动编织机。此自动编织机是基于传统有梭织机及大提花织机的基础上研发而成的。包括多经轴送经机构、气动直接提综丝开口机构、自动寻纬引纬机构及气动卷取机构。本圆角矩形三维自动编织机机构简单自动化程度高，另外价格便宜很适合企业或科研机构学校大面积装备。(2)建立圆角矩形三维自动编织机各传动机构的数学模型，包括送机构的数学模型、开口机构数学模型、自动寻找梭121数学模型、卷取机构数学模型等。依照数学模型和各功能结构完成了整个圆角矩形三维自动编织机控制系统软硬件的设计，包括PLC程序、人机界面程序的编写、主从PLC通讯及控制程序的设计，主PLC与触摸屏间的通讯设计，主PLC控制步进电机速度、位置控制程序的设计。(3)圆角矩形三维自动编织机控制系统电器柜接线工作。包括PLC输入输出端子接线：接近开关、行程开关、关电传感器接线工作；按钮、指示灯接线工作；PLC、步进驱动器及电机、电源动力线接线工作；主从PLC机主PLC与触摸屏间通讯线RS232通讯线串口焊线制作工作。(4)在完成机械装备及整个控制系统的基础上，首先进行了空车调试，确定各机构间配合正常，确定步进电机动力、扭矩、转动惯量能达到机械要求，确定各气动电磁阀能正常工作。对各部分的程序进行修改、优化和完善，以保证各设备之间的正常通讯，保证控制流程和控制逻辑的正确性，保证步进电机及各气动电磁阀按控制系统算法数学模型运转。最后进行了织造试验，对圆角矩形三维自动编织机控制系统设计的各项功能进行测试，并对织造过程和测试结果作分析，根据织造过程中出现的问题不断对圆角矩形三维自动编织机的机械和控制系统进行优化和调试，以完善整个圆角矩形三维自动编织机控制系统。45 天津工业大学硕士学位论文6．2圆角矩形三维自动编织机的特点及性能指标6．2．1特点(1)多经轴单纱独立送经机构。本织机所织织物为圆角矩形三维角联锁织物，当织造到圆角部分时，织物内部与外部的各根经纱进纱量差异非常大，为解决此问题，织机的送经机构设计成多经轴单纱独立送经；该装置中当经纱张力小于摩擦片产生的摩擦力时传动轴带着多根小经轴反转，从而有效地解决了各根经纱进纱量差异大的问题。(2)气动直接提综丝开13机构。气动提综丝装置，去除了传统综框的束缚，增大了开口。(3)自动寻纬装置。圆角矩形三维自动编织机设计了自动寻纬装置，该装置通过升降引纬机构左右两边的梭箱达到自动寻找纬纱梭口的目的。每织一纬都能根据当前梭口位置调整梭箱及投梭机构的高度，使梭子从梭口中央通过，不与上下层经纱相摩擦。(4)送经、引纬、打纬、开口光电工作安全保护。配有四套光电传感器，能很好的保护工作人员的手臂等身体部位被织造中的织机打伤，确保操作人员的安全。(5)全数字化织造。所有参数均可通过人机界面输入及监控，两PLC间通过RS．232通讯模块通讯，人机界面与PLC间通过RS．232通讯模式通讯，设备间通讯快捷，参数在线监控方便，具有典型的数字化特征。6．2．2性能指标图6．1圆角矩形三维自动编织机 第六章总结与展望图6．1为拍摄的圆角矩形三维自动编织机全图。圆角矩形三维自动编织机性能指标如下表6．1所示。表6．1圆角矩形三维自动编织机性能指标性能指标实际达到指标织物原料种类织物组织结构织造速度(纬／s)织物层数织物长度(mm)织物宽度(mm)纱线号数圆角半径(mm)表层纬密(根／cm)传动形式控制方式人机对话开口方式引纬方式寻纬方式打纬方式卷取方式送经方式张力调节织机总功率(kw)织机外型尺寸(mm)(长×宽X高)玻璃、碳等高性能纤维织物角联锁202—32200．200030．70100．2505～302～52步进电机独立传动PLC控制触摸屏气动开口有梭引纬自动寻纬气动打纬夹板夹持卷取单纱独立送经集中调节32】】8x954x34306．3展望圆角矩形三维自动编织机历经一年多的时间，经项目组成员通力合作，完成了由设计、加工到安装、调试的全部过程，并经过大量的织造试验，逐步完善了圆角矩形三维自动编织机控制系统的各项功能，掌握了三维角联锁织物及正交织物织造参数的调节方法，完成了预期目标。但由于机械加工及控制精度等问题，仍需进一步完善控制系统，如对超厚织物的织造还是存在缺陷。自动编织机理论设计可对28层以下的圆角矩形或平板状角联锁织物进行织造，但是实际织造中对18层以上的角联锁织物很难织造；还有源于成本问题不能对每个小经轴都进行PID调节，经纱张力的PID调节效果不是很理想，但对产品质量要求不是太高此装置还能完全满足要求。此外，还需加强系统的错误报警及自动排除故障等功能，以提高整机运行的稳定性、可靠性。同时，圆角矩形三维自动编织机作为织造系统中的一部分，受到其生产产品 天津工业大学硕士学位论文的限制(因成本、应用领域的问题圆角矩形三维自动编织机目前设计只能织造多层角联锁织物，对多层正交织物等织物织造还有一定难度)，不能大面积地推广，后续应对编织机某些机构进行改进使其的应用领域更广。另外应结合纺织院校、科研机构的实际需要，改进编织机的控制系统，扩充其数据处理及故障处理能力和信息管理等功能。建立自动化、信息化、智能化控制系统，增强快速反应能力，更好地适应高性能、小批量、多品种、高技术含量的三维织物织造需要。 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发表论文和参加科研情况发表论文情况：[1】许为松，王跃存，王静心．三维角联锁自动编织机的研发．轻工机械．[2】许为松，王跃存，王静心．一种三维织物织机及控制系统的设计．纺织学报．参加科研工作情况：1、三维自动编织机及控制系统的设计项目来源：北京玻璃钢复合材料有限公司工作时间：2012．2．2012．12为研制工作内容：负责开发织机控制系统。负责控制系统原理接线图设计、控制柜设计、控制面板设计、人机界面设计、可编程控制器编程等。项目简介：电气控制系统包括一台欧姆龙CPlH—X40DT-DPLC、一台NB7w-TW00B触摸屏、2HB57．76YKA2404MC(D1型号的步进电机及控制器、NS．WY07型拉线式位移变送器等。控制系统以PLC作为控制核心，使用绝对位置控制达到控制要求，上位机对其进行实时监控。2、水刺梳理机生产线控制系统合作单位：常熟飞龙无纺机械有限公司工作时间：2012．2—2012．12为研制项目职责：电气元件采购、控制电路图设计、系统开发及现场调试项目简介：电气控制系统包括一台施耐德M258PLC、一台施耐德GX05502触摸屏及19台变频器与两个压力传感器等。系统采用Canopen通讯方式控制变频器，通过编码器反馈梳理机输出帘的实际转速进而做到精确控制。风压传感器检测上下两棉箱风压，PLC对风压测量值进行数模转换，经过PID调节风压，从而使棉箱内风压恒定。3、项目名称：针刺生产线控制系统合作单位：常熟飞龙无纺机械有限公司工作时间：2012．2．2012．12为研制项目职责：电气元件采购、控制电路图设计、系统开发及现场调试项目简介：电气控制系统包括一台三菱FX2N．32MR、一台三菱GTl0330．LBD．C触摸屏及29台变频器、两个旋转编码器与若干传感器交流接触器、继电器、开关等。此项目主体部分采用传统的电气元件构建成控制电路。PLC主要控制铺网机和卷取机。 附录程序代码：(宰生成基本细织木)p：=O；rw：=cs+cs；fori：=1toCSdok：=p；d：=16#421；fori：=1tocs一1doifi<_{thenzzt[k]：--zzt[k]orUINT——to——WORD(d)；end_if；d：=d+d：ifd=16#8420thend：=16#421：k：=l(+1：end_if；endfor；fori：=1tocs-1doifi<_i．2thenzzt[k]：=zzt[k】orUlNT—to—WORD(d)；endi￡d：=d+d：ifd=16#8420thend：=16#421：k：=k+1：endi￡endfor：p：2p+ll；endfor：fori：=1toCSdok：=p；d：=16#421；fori：=1tocs一1doifi<_．一2thenzzt[k]：=z珥k】orUINT—toWORD(d)；end_if；d：=d+d：ifd=16#8420thend：=16撑421：k：=k+1：end_if；endfor；fori：=1tocs．1doifi<=ithenz叫k】：=Z叫k】orUINT—to—WORD(d)；endi￡d：=d+d：ifd=16#8420thend：=16#42l：k-=l(+1：endi￡endfor：p：2p+ll；endfor；(+生成转弯细织t)ifCSmod2=0then55 天津工业大学硕士学位论文fori：=0to22"cs．1by22dofori：=itoi+10dozztl[i]：=zzt[i]；zzt2[i]：=zzt[i]；zztl[i+11】：=(z砸i】and16#1F)or(zzt[i+lI】and16#7FE0)；zzt2[i+l1】：=(zzt[i]and16#3FF)or(zzt[i+l1]and16#7C00)；end_for；endfor；else；fori：=0to22"cs一1dozztl[i]：=zzt[i]；zzt2[i]：=zzt[i]；endfor；endif．f牢生成吊综图+)fork：=Oto10dodzt[k]：20：end_for；d：=16#421；k：=O；fori：=1tonv-2dodzt[k]：=dzt[k]orUINT——to——WORD(d)；d：=d+d：ifd=16#8420thend：=16#421；k：=l(+1；end——if；end_for；(木讨一算纬纱分段表串)p：=2木(yj+dk)+20；ifcd