多臂开口机构电路控制系统设计

多臂开口机构电路控制系统设计

林彬

林彬

新会中新造纸网厂广东江门529000

摘要：多臂开口机构是织机系统中的重要组成部分，对其电路控制系统的设计展开探讨具有十分重要的意义。本文分析了多臂开口机构的动作工艺进行了分析，并详细介绍其电路控制系统的硬件设计及电机控制设计。

关键词：多臂开口机构；硬件设计；电机控制

随着我国社会经济的快速发展以及工业化进程的不断推进，织机在社会生产中的应用越来越多，其控制系统也在不断进步。而多臂开口机构作为织机的重要组成部分，对其电路控制系统的设计展开研究具有重要的理论价值和实际意义。基于此，本文展开了相关介绍。

1.多臂开口机构的动作工艺

在整个织机的机械结构中，多臂系统的运动复杂程度最高，多臂机构运动要求高快速性和稳定性。多臂系统的动作工艺如图1所示，该多臂伺服机构在正常工作时带动17片综框运动。伺服电机通过同步带带动大盘运动，拉刀与大盘同轴转动，PLC控制电磁阀的开闭，实现气缸的伸缩。通过气缸的伸缩，实现拉钩与拉刀的结合或分离，将运动进行传递，带动一片综框的上下运动。17片综框对应17个气缸和17个电磁阀，PLC控制不同电磁阀的开闭使综框有规律地上下运动，实现综框开口，为织机的下一步动作做准备。检测传感器分别安装在综框到达上下极限的位置，用来检测综框是否到达目标位置，为后续的击梭动作做好准备。聚酯丝按照一定规律穿过综框上的综片，综框开口后形成上下分层的片纱，织机的下一步动作是梭子夹着纬线在开口中间穿过。

1—伺服电机；2—连杆机构；3—下传感器；4—综框；5—上传感器。

图1多臂伺服机构工作原理

2.硬件设计

聚酯网织机主要的技术要求是：幅宽为8.5m，击梭速度为40梭/min，聚酯丝直径为0.15～0.5mm。

2.1多臂的控制要求

多臂系统动作包括正常编织、一键平综、点动慢动、返回编织、回归原点等5个动作。

（1）正常编织是指在织机正常工作过程中，通过多臂动作提起不同的综框，达到编织目标网纹的目的；

（2）一键平综是指在编织的开始或编织过程中出现断丝时，通过一键平综功能，让综框处于同一水平高度，方便递头或者穿过断丝；

（3）点动慢动是指在偶尔提综达不到开口要求时，通过点动功能来调节综框之间开口大小；

（4）返回编织是指在编织的过程中出现编织错误时，通过返回编织让多臂动作到编织错误网纹的上一个动作；

（5）回归原点是指在每次开始编织前，让织机回到编织正常网纹的下一个动作，为正常编织做好准备。多臂伺服机构动作工艺的要求是：能准确、快速、平稳地提综开口。经过对织机电气控制系统的改进，完全可以满足多臂机构的工况动作要求。

2.2控制策略

多臂伺服机构的控制策略如图2所示。综框通过伺服电机的带动上下运动，伺服电机通过驱动器来控制它的动作，NC位置控制模块实现对驱动器的控制，CPU内部程序对NC位置控制模块的输出进行控制。传感器检测综框是否可以到达目标位置，将检测信号通过输入模块传送到CPU模块，实现对综框位置的反馈，保证了综框开口大小的准确性。

图2织机伺服多臂机构控制策略

2.3多臂控制的硬件组成

硬件的构建过程中以OMRON公司生产的CS1系列PLC为核心，搭建起整套的控制系统。

（1）触摸屏采用OMRONNS系列；

（2）PLC的CPU模块采用CS1W－CPU45H；

（3）PLC输入模块采用ID211（晶体管型）输入模块；

（4）控制驱动器的PLC模块采用CS1W－NC413集电极开路输出的位置控制模块。

OMRONNS系列触摸屏和CS1W－CPU45H的组合使用经过试验能够实现最佳兼容，在应用的过程中可以轻松地实施PLC故障排除、设备部分故障排除，还可以轻松地完成织机状态监控和参数修改。采用的CS1WCPU45HCPU模块与OMRON其它型号的CPU相比，其指令执行速度更快、总体性能更优越，LD指令处理速度为20ns。NC413位置控制模块可以对4个驱动器分别控制，能满足送经电机驱动器、卷曲电机驱动器、多臂电机驱动器的控制要求。多臂伺服电机和驱动器均采用德国AMK公司的产品，驱动器为KU14，伺服电机采用与KU14配套的DV10－80－4ABF，其输出扭矩为80N•m，额定转速为1000r/min，此型号电机有大扭矩、平稳运行特性好、运行定位精确等特性，满足了多臂控制的多方面要求。

3.多臂伺服电机的控制

3.1驱动器电路设计

采用OMRONCS1W－NC413模块对伺服电机进行控制，NC位置控制模块与驱动器X34接口的电路设计如图3所示，NC413模块的A5号和A7号引脚分别与X34接口的3号和5号引脚连接，X34接口的4、6号引脚与5V电源的正极连接，NC413模块的A1、A2号引脚是给模块内部提供24V电压。对驱动器的控制模式采用正/反向脉冲输入的方式。因为驱动器只能接收5V的信号脉冲，所以需要外接一个5V电源。

图3NC位置控制模块与驱动器电路设计

多臂电机驱动器的X01接口接入三相380V的交流电源。X02接口输出三相有序电压，对应地接到电机U、V、W的3个接口。X04接口接入电阻制动器，在电机高速运转并且要求快速停车时，用电阻制动器来消耗电机快速刹车带来的能量。X05接口接的是电机温度传感器的信号线，通过驱动器监测电机内部的温度，防止因温度过高损坏电机。紧急停车时X07接口有信号输入，实现电机的紧急制动。X08接口接入的是电抗器，目的是

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增强驱动器的抗干扰能力，提高电机运行的平稳性。X31是电机编码器反馈信号接口。X33、X34接口的电路设计如图4所示。X33接口的5号和6号引脚接0V和24V的直流电源，为驱动器内部供电，X33接口的1、2、7、8、9分别与PLC连接，2号引脚是驱动器报警复位输入，9号引脚是制动器控制输出，控制电机打开刹车或关闭刹车。

图4多臂电机驱动器控制接口电路设计

驱动器上电后X33的工作顺序如下：

（1）判断驱动器是否准备好（SBM对应X33的8号引脚）；

（2）延时0.5s后，电机使能输入（RF对应X33的1号引脚）；

（3）驱动器应答，电机使能已输出（QRF=1对应X33的7号引脚）；

（4）PLC开始发指令，电机转动。

3.2多臂动作的程序设计

通过CX－Programmer编程软件对织机的动作过程进行程序的编写，将程序传送到PLC的CPU模块。通过CX－Designer界面设计软件对触摸屏的画面进行设计，通过触摸屏调用CPU中的特定程序实现聚酯网编织参数的修改和设定，还可以便捷地检查并消除织机的报警。织机多臂部分的程序编写要满足多臂的5个基本动作工艺。为了满足聚酯网种类多样性的要求，需要对多臂正常工作状态的程序按照目标网纹编写不同的程序，在织机工作时通过触摸屏对相应程序调用。多臂动作的程序编写十分复杂。电机正常的工作转速是900r/min，电机启动达到工作转速和电机从工作转速到停止要经过一个加速时间和减速时间，加、减速时间要根据实际情况分别设定，电机的工作位置、停止位置等参数也需要单独设定。参数的设定通过MOVL长传送指令将目标数据传送到相应的通道，完成对应工艺动作程序的编写。

4.结语

综上所述，随着科学技术的快速发展，传统的控制系统已经无法满足当前社会发展对织机多臂开口机构的需求。本文对聚酯网织机的多臂开口机构电路控制系统进行了改进和设计，能够有效提高多臂机构的效率和稳定性，对其他织机多臂机构控制系统的设计具有一定的借鉴意义。

参考文献：

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[3]沈毅，杨明，邓文俊.基于LabVIEW的3620电子多臂机测试系统研究[J].现代纺织技术，2015，23（04）：24-28.