專利名稱：磨毛機多軸傳動張力控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種磨毛機，尤其涉及一種磨毛機多軸傳動張力控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
高效多功能超柔軟磨毛整理機，主要適用于純棉及混紡織物和針織物的柔軟、磨毛加工，特別具有對高檔薄型織物、凹凸花紋織物柔性加工能力。磨毛整理機的發(fā)展僅有幾十年的歷史。以德國、意大利為主的一些高檔超柔軟磨毛整理機誕生于上世紀九十年代，國內(nèi)磨毛機的研發(fā)始于21世紀初，目前國內(nèi)外磨毛機發(fā)展總的趨勢是環(huán)保、綠色、節(jié)能、低耗、高效、智能化。 織物的張力是織物與磨毛輥接觸松緊度的表現(xiàn)。在磨毛過程中，根據(jù)面料對磨毛的工藝要求不同，在布面與磨毛輥之間需要保證不同大小的均勻張力，而且張力的波動不能過大，否則會使織物強力下降，影響織物性能，使磨毛效果變差，出現(xiàn)布面發(fā)花、絨毛不均勻，導(dǎo)致磨柳等疵品。所以在高速運行的磨毛機上，實現(xiàn)織物的實際張力保持恒定非常關(guān)鍵，張力控制的好壞直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。國內(nèi)現(xiàn)有的磨毛機大多采用變頻控制系統(tǒng)，存在張力控制不穩(wěn)定、線性不好、調(diào)試復(fù)雜、精度差、故障率高等技術(shù)問題，影響了紡織產(chǎn)品檔次的提高。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型主要解決原有磨毛機存在張力控制不穩(wěn)定、啟停階段張力無法控制，調(diào)整線性度不好、調(diào)試復(fù)雜、精度差、故障率高的技術(shù)問題；提供一種根據(jù)即時張力，進行實時自適應(yīng)導(dǎo)布，保證織物在磨毛過程中張力恒定，張力控制穩(wěn)定、線性好、調(diào)試簡單、精度高、故障率低的磨毛機多軸傳動張力控制系統(tǒng)。 本實用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決 本實用新型包括導(dǎo)布控制系統(tǒng)和磨毛控制系統(tǒng)，所述的導(dǎo)布控制系統(tǒng)是基于恒張
力控制的導(dǎo)布控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括設(shè)于進布輥與前導(dǎo)輥之間的進布張力傳感器、設(shè)于前
導(dǎo)輥與后導(dǎo)輥之間的磨毛張力傳感器、設(shè)于后導(dǎo)輥與上導(dǎo)輥之間的上導(dǎo)張力傳感器、設(shè)于
上導(dǎo)輥與出布輥之間的出布張力傳感器以及與上述張力傳感器相連的PLC控制器，所述
的PLC控制器通過進布伺服驅(qū)動器、前導(dǎo)伺服驅(qū)動器、后導(dǎo)伺服驅(qū)動器、出布伺服驅(qū)動器和
上導(dǎo)伺服驅(qū)動器分別與進布輥電機、前導(dǎo)輥電機、后導(dǎo)輥電機、出布輥電機和上導(dǎo)輥電機相
連；所述的PLC控制器也與所述的磨毛控制系統(tǒng)相連?；诤銖埩Φ膶?dǎo)布系統(tǒng)由進布張力
控制、磨毛張力控制、上導(dǎo)張力控制和出布張力控制四部分組成。進布張力傳感器檢測進
布輥與前導(dǎo)輥之間的織物張力，磨毛張力傳感器檢測前導(dǎo)輥與后導(dǎo)輥之間的張力，上導(dǎo)張
力傳感器檢測后導(dǎo)輥與上導(dǎo)輥之間的張力，出布張力傳感器檢測上導(dǎo)輥與出布輥之間的張
力。機器運行時，進布輥以設(shè)定速度運轉(zhuǎn)，其他4根導(dǎo)輥以閉環(huán)恒張力控制驅(qū)動。導(dǎo)布控制
系統(tǒng)以PLC控制器為核心驅(qū)動多個電機，用伺服控制系統(tǒng)代替原導(dǎo)布控制系統(tǒng)中的變頻控
制系統(tǒng)，實現(xiàn)精確控制?；诤銖埩刂频膶?dǎo)布控制系統(tǒng)是單軸閉環(huán)恒張力控制和五軸協(xié)同速度恒張力控制的組合控制系統(tǒng)，不同軸之間可改變不同的張力。導(dǎo)布控制系統(tǒng)以PLC控制器為核心，五軸協(xié)同速度同步驅(qū)動，能適應(yīng)不同原料布。 作為優(yōu)選，所述的磨毛控制系統(tǒng)中的錫林電機、擴幅輥電機和左磨毛輥電機、右磨毛輥電機分別與錫林變頻器、擴幅變頻器和左磨毛變頻器、右磨毛變頻器相連，上述變頻器再通過串口通信線與所述的PLC控制器相連。磨毛控制系統(tǒng)由錫林電機、左磨毛輥電機、右磨毛輥電機和擴幅輥電機構(gòu)成。錫林、左磨毛輥、右磨毛輥和可調(diào)速擴幅輥由變頻器帶動電機控制。不可調(diào)速擴幅輥跟隨可調(diào)速擴幅輥啟動、停止。本實用新型以現(xiàn)場總線為通訊形式，使PLC控制器能夠同步訪問變頻器，保證磨毛機系統(tǒng)各部分之間電機的協(xié)同運作。[0008] 作為優(yōu)選，所述的PLC控制器的輸入輸出設(shè)備為與其相連的觸摸屏。操作方便，人機界面好。 本實用新型的磨毛機多軸傳動張力控制系統(tǒng)所用的張力控制方法為PLC控制器
通過模擬輸入端口實時接收進布張力傳感器、磨毛張力傳感器、上導(dǎo)張力傳感器和出布張
力傳感器檢測回來的張力值，判斷磨毛機上織物各處的張力大小，根據(jù)張力設(shè)定值，運用
PID控制算法，計算出進布輥電機、出布輥電機、后導(dǎo)輥電機、前導(dǎo)輥電機及上導(dǎo)輥電機的轉(zhuǎn)
速變化量，通過高速脈沖輸出端口發(fā)送脈沖信號給與上述電機相連的伺服驅(qū)動器，從而驅(qū)
動上述電機旋轉(zhuǎn)，保證磨毛機運行過程中系統(tǒng)張力恒定；所述的PID控制算法采用基于人
工干預(yù)的PD控制算法。 對經(jīng)典PID控制算法公式 u(t)= kp (e(t)+l/ki PWdt+k扭de(t)/dt)， 進行離散化處理，得到AU = kpe(t)+kd(e(t)-e(t-l))，其中kp為比例系數(shù)，ki為積分時間常數(shù)，kd為微分時間常數(shù)，Un+l = AU+Un， AU為每個采樣周期要調(diào)整的布速，Un為當前布速，Un+l為本采樣周期需要調(diào)整達到的布速，通過AU的補償，張力也會相應(yīng)發(fā)生變化。 由于被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，得不到精確的數(shù)學(xué)模型，必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，而且由于各個軸的轉(zhuǎn)速差和各個軸之間的張力的關(guān)系比例與布速的關(guān)系是非線性的，所以采用PID控制是比較適合的。每個采樣周期讀取一個張力的真實值，與張力的設(shè)定值進行比較計算出e(t)，再由前一采樣周期計算得到e(t)-e(t-l)。e(t)-e(t-l)為當前采樣周期內(nèi)張力真實值與張力設(shè)定值的偏差減去上一個采樣周期內(nèi)張力真實值與張力設(shè)定值的偏差，這反映了偏差的趨勢，使得AU多加了一個偏差趨勢的補償，使AU更為準確。通過Un+l二 AU+Un計算出本采樣周期需要調(diào)整達到的布速。通過AU的補償，張力也會發(fā)生變化。張力變化的大小取決于e(t)的大小，也結(jié)合通過kp、kd來調(diào)整。kp、kd參數(shù)的整定采用工程整定法，主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行。 本實用新型的有益效果是本實用新型的磨毛機多軸傳動張力控制系統(tǒng)是個閉環(huán)恒張力控制系統(tǒng)，在導(dǎo)布控制系統(tǒng)中用伺服驅(qū)動器代替變頻器后，由原來的單軸閉環(huán)控制改為整個系統(tǒng)的多軸協(xié)同閉環(huán)控制，提高了控制精確，使磨毛機運行過程中各張力值更加穩(wěn)定。本實用新型系統(tǒng)可靠，軟件、硬件設(shè)計簡單實用，能夠反應(yīng)實時變化的張力，保證織物在磨毛過程中張力恒定，張力控制穩(wěn)定、線性好、調(diào)試簡單、精度高、故障率低。本實用新型提高了磨毛機的機電一體化、智能化程度，通過多電機傳動，增加了磨毛滾筒變速等功能，大大提高了生產(chǎn)效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

圖1是本實用新型磨毛機多軸傳動張力控制系統(tǒng)的一種電路連接原理框圖。[0016] 圖2是本實用新型磨毛機多軸傳動張力控制系統(tǒng)的一種導(dǎo)布過程示意圖。[0017] 圖3是本實用新型中基于恒張力控制的導(dǎo)布控制系統(tǒng)的恒張力控制程序流程圖。[0018] 圖4是本實用新型磨毛機的多軸傳動機械結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中1.進布輥電機，2.前導(dǎo)輥電機，3.后導(dǎo)輥電機，4.出布輥電機，5.上導(dǎo)輥電機，6.錫林電機，7.左磨毛輥電機，8.右磨毛輥電機，9.擴幅輥電機，ll.進布伺服驅(qū)動器，12.前導(dǎo)伺服驅(qū)動器，13.后導(dǎo)伺服驅(qū)動器，14.出布伺服驅(qū)動器，15.上導(dǎo)伺服驅(qū)動器，16.錫林變頻器，17.左磨毛變頻器，18.右磨毛變頻器，19.擴幅變頻器，20.PLC控制器，21.進布張力傳感器，22.磨毛張力傳感器，23.上導(dǎo)張力傳感器，24.出布張力傳感器，25.觸摸屏，26.進布輥，27.前導(dǎo)輥，28.后導(dǎo)輥，29.出布輥，30.上導(dǎo)輥，31.錫林，32.左磨毛輥，33.右磨毛輥，34.可調(diào)速擴幅輥，35.不可調(diào)速擴幅輥。
具體實施方式下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體的說明。[0021] 實施例1 :本實施例的磨毛機多軸傳動張力控制系統(tǒng)，如圖1、圖4所示，包括基于恒張力控制的導(dǎo)布控制系統(tǒng)和磨毛控制系統(tǒng)。基于恒張力控制的導(dǎo)布控制系統(tǒng)包括安裝于磨毛機的進布輥26與前導(dǎo)輥27之間的進布張力傳感器21、安裝于前導(dǎo)輥27與后導(dǎo)輥28之間的磨毛張力傳感器22、安裝于后導(dǎo)輥28與上導(dǎo)輥30之間的上導(dǎo)張力傳感器23、安裝于上導(dǎo)輥30與出布輥29之間的出布張力傳感器24以及與上述張力傳感器相連的PLC控制器20。 PLC控制器20又與進布伺服驅(qū)動器11、前導(dǎo)伺服驅(qū)動器12、后導(dǎo)伺服驅(qū)動器13、出布伺服驅(qū)動器14和上導(dǎo)伺服驅(qū)動器15相連，上述伺服驅(qū)動器分別與磨毛機的多軸傳動機械結(jié)構(gòu)上的進布輥電機1、前導(dǎo)輥電機2、后導(dǎo)輥電機3、出布輥電機4、上導(dǎo)輥電機5相連。PLC控制器20上連接有觸摸屏25。磨毛控制系統(tǒng)中的錫林電機6、擴幅輥電機9和左磨毛輥電機7、右磨毛輥電機8分別與錫林變頻器16、擴幅變頻器19和左磨毛變頻器17、右磨毛變頻器18相連，上述變頻器再通過RS485串口通信線與PLC控制器20相連。[0022] 磨毛機多軸傳動機械結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)布機構(gòu)和不可調(diào)速擴幅輥。如圖4所示，導(dǎo)布機構(gòu)包括進布輥26、擴幅輥、前導(dǎo)輥27、錫林31、后導(dǎo)輥28、上導(dǎo)輥30、出布輥29。導(dǎo)布機構(gòu)設(shè)有專用吸邊器或擴幅糾偏裝置，使織物在進入加工區(qū)域前保持平整，不跑偏。進布輥26、前導(dǎo)輥27、后導(dǎo)輥28、上導(dǎo)輥30和出布輥29是由伺服系統(tǒng)控制，錫林31、左、右磨毛輥32、33和可調(diào)速擴幅輥34由變頻系統(tǒng)控制。擴幅輥采用可調(diào)整式結(jié)構(gòu)，由變頻器調(diào)節(jié)擴幅輥轉(zhuǎn)速。同時采用獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計使擴幅輥與織物包覆角度也可調(diào)整，包覆角度可從O。變化到180° ，適應(yīng)范圍大。不可調(diào)速擴幅輥35跟隨可調(diào)速擴幅輥啟動、停止。[0023] 本實施例磨毛機多軸傳動張力控制系統(tǒng)所用的張力控制方法為基于人工干預(yù)的PD控制算法，進布張力傳感器21、磨毛張力傳感器22、上導(dǎo)張力傳感器23和出布張力傳感器24的采樣周期設(shè)定為200ms，即每200ms讀取一次張力的真實值，PLC控制器通過模擬輸入端口實時接收進布張力傳感器21、磨毛張力傳感器22、上導(dǎo)張力傳感器23和出布張力傳感器24檢測回來的張力值，與張力的設(shè)定值進行比較計算出e(t)，再由前一采樣周期計算得到e(t)-e(t-l)。 e(t)-e(t-l)為當前采樣周期內(nèi)張力真實值與張力設(shè)定值的偏差減去上一個采樣周期內(nèi)張力真實值與張力設(shè)定值的偏差，這反映了偏差的趨勢，使得AU多加了一個偏差趨勢的補償，使AU更為準確。通過Un+l二 AU+Un計算出本采樣周期需要調(diào)整達到的布速，獲得進布輥電機1 、前導(dǎo)輥電機2、后導(dǎo)輥電機3、出布輥電機4及上導(dǎo)輥電機5的轉(zhuǎn)速變化量，通過高速脈沖輸出端口發(fā)送脈沖信號給與上述電機相連的伺服驅(qū)動器，從而驅(qū)動上述電機旋轉(zhuǎn)，保證磨毛機運行過程中系統(tǒng)張力恒定。因為采樣周期只有200ms，所以必須在小于200ms的時間里加速或減速到Un+l，使張力的變化反映出來。下一個采樣周期再做同樣的PD調(diào)整。如此調(diào)整下去，即可得到實時的張力調(diào)整值，達到各部分張力恒定的目的。 工作過程如圖2所示，磨毛機導(dǎo)布分為四個階段掛布——自動引布——掛布完成——正常運行磨毛。 掛布過程如下將布穿過進布輥和擴幅輥之后，進行自動引布，然后將布穿過前導(dǎo)輥，再進行自動引布，然后將布穿過錫林，再進行自動引布，然后將布穿過后導(dǎo)輥，再進行自動引布，然后將布穿過上導(dǎo)輥和出布輥，完成掛布過程。
正常運行磨毛過程如下如圖1所示，四個張力傳感器實時檢測導(dǎo)布系統(tǒng)各段的
張力，PLC控制器通過模擬輸入端口實時接收張力傳感器檢測回來的值，將張力信號經(jīng)過
PLC控制器內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后與觸摸屏上設(shè)定的張力值進行比較，通過基于
人工干預(yù)的PD控制算法調(diào)節(jié)，計算出調(diào)整后的張力值，通過公式轉(zhuǎn)換計算出調(diào)整后的頻率
值，從而得到伺服電機轉(zhuǎn)速需要改變的量，然后通過PLC控制器的高速脈沖輸出端口發(fā)送
脈沖信號給伺服驅(qū)動器驅(qū)動相應(yīng)的伺服電機旋轉(zhuǎn)，保證運行過程中系統(tǒng)張力恒定。PLC控制
器還要控制變頻控制系統(tǒng)，PLC控制器通過RS485通訊發(fā)送頻率、加減速時間等命令給各變
頻器，各變頻器對應(yīng)地控制錫林、左磨毛輥、右磨毛輥和擴幅輥這四個電機運動。 如圖3所示，首先四個張力傳感器的值被傳送到PLC控制器的模擬輸入通道，通過
模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，之后可以先進行張力預(yù)緊，使運行前各張力達到設(shè)定值的70%左右，
以免全機啟動后張力立即松掉。 全機啟動后，伺服和變頻控制系統(tǒng)由0開始加速運轉(zhuǎn)，進行加速過程中張力的實時控制。在加速15s后系統(tǒng)進入勻速運轉(zhuǎn)階段，此時，加速張力控制關(guān)閉，開啟勻速狀態(tài)張力控制來實現(xiàn)勻速狀態(tài)下張力的實時控制。在勻速狀態(tài)改變設(shè)定值，就進入加速或減速狀態(tài)，時間為5s。張力控制采用基于人工干預(yù)的PD控制。全機停止時，開啟減速張力控制，直到機器停止。
權(quán)利要求一種磨毛機多軸傳動張力控制系統(tǒng)，包括導(dǎo)布控制系統(tǒng)和磨毛控制系統(tǒng)，其特征在于所述的導(dǎo)布控制系統(tǒng)是基于恒張力控制的導(dǎo)布控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括設(shè)于進布輥(26)與前導(dǎo)輥(27)之間的進布張力傳感器(21)、設(shè)于前導(dǎo)輥(27)與后導(dǎo)輥(28)之間的磨毛張力傳感器(22)、設(shè)于后導(dǎo)輥(28)與上導(dǎo)輥(30)之間的上導(dǎo)張力傳感器(23)、設(shè)于上導(dǎo)輥(30)與出布輥(29)之間的出布張力傳感器(24)以及與上述張力傳感器相連的PLC控制器(20)，所述的PLC控制器(20)通過進布伺服驅(qū)動器(11)、前導(dǎo)伺服驅(qū)動器(12)、后導(dǎo)伺服驅(qū)動器(13)、出布伺服驅(qū)動器(14)和上導(dǎo)伺服驅(qū)動器(15)分別與進布輥電機(1)、前導(dǎo)輥電機(2)、后導(dǎo)輥電機(3)、出布輥電機(4)和上導(dǎo)輥電機(5)相連；所述的PLC控制器(20)也與所述的磨毛控制系統(tǒng)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨毛機多軸傳動張力控制系統(tǒng)，其特征在于所述的磨毛控制系統(tǒng)中的錫林電機(6)、擴幅輥電機(9)和左磨毛輥電機(7)、右磨毛輥電機(8)分別與錫林變頻器(16)、擴幅變頻器(19)和左磨毛變頻器(17)、右磨毛變頻器(18)相連，上述變頻器再通過串口通信線與所述的PLC控制器(20)相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磨毛機多軸傳動張力控制系統(tǒng)，其特征在于所述的PLC控制器(20)的輸入輸出設(shè)備為與其相連的觸摸屏(25)。
專利摘要本實用新型涉及一種磨毛機多軸傳動張力控制系統(tǒng)，包括導(dǎo)布控制系統(tǒng)和磨毛控制系統(tǒng)，導(dǎo)布控制系統(tǒng)是基于恒張力控制的導(dǎo)布控制系統(tǒng)，包括設(shè)于磨毛機上的進布張力傳感器、磨毛張力傳感器、上導(dǎo)張力傳感器、出布張力傳感器以及與上述張力傳感器相連的PLC控制器，PLC控制器與分別驅(qū)動進布輥電機、前導(dǎo)輥電機、后導(dǎo)輥電機、出布輥電機和上導(dǎo)輥電機的各伺服驅(qū)動器相連。PLC控制器還通過各變頻器控制磨毛控制系統(tǒng)。本實用新型在導(dǎo)布控制系統(tǒng)中用伺服驅(qū)動器代替變頻器后，由原來的單軸閉環(huán)控制改為整個系統(tǒng)的多軸協(xié)同閉環(huán)控制，提高了控制精確，使磨毛機運行過程中各張力值更加穩(wěn)定，而且本實用新型線性好、調(diào)試簡單、精度高、故障率低。
文檔編號G05D15/01GK201546056SQ20092031040
公開日2010年8月11日 申請日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者倪祖鑫, 史偉民, 彭來湖, 楊薇, 沈加海, 趙虹 申請人:浙江理工大學(xué)