浙江工业职业技术学院
毕业论文
（2009届）
剑杆织机运动控制系统设计
学生姓名
学号
分院电气工程分院
专业电气自动化技术
指导教师
完成日期2009年5月9日
剑杆织机运动控制装臵研制
摘要可编程控制器(简称PLC)以微处理器为基础, 结合计算机技术、自动控制技术以及它面向控制过程, 面向用户等特点。
近年来, 剑杆织机作为一种适应性最强的无梭织机，其发展方向为电子选纬、电子送经、电子卷取控制技术的研究和应用。国内许多纺织厂都把PLC 应用于无梭织机的电气控制, 用PLC 控制系统控制织机的动作。PLC 技术的应用在提高织机布面质量、扩大织物品种、提高织机的效率、简化操作、减轻劳动强度等方面起到了至关重要的作用。
关键词智能化 PLC 织机
目录
引言 (1)
第一章绪论 (2)
1.1 全自应用的现实意义 (2)
1.2 织机的分类 (3)
1.3 剑杆织机是新型织机的发展方向 (4)
第二章织机工作原理分析 (6)
2.1 织机的基本原理 (6)
2.2 剑杆织机的主轴一周角度安排 (9)
2.3 剑杆织机的流程图 (11)
第三单系统硬件设计 (12)
3.1 PLC定义 (12)
3.2 PLC的内部结构 (12)
3.3 PLC的工作原理 (13)
3.4 PLC型号的选择 (14)
3.5 I/O分配 (15)
3.5.1 I/O定义及分配 (15)
3.5.2 PLC的外部接线图 (16)
第四章系统软件设计 (17)
4.1 梯形图程序设计 (17)
4.2 总程序 (20)
结论 (22)
致谢 (23)
参考文献 (24)
引言
布料与人们的生活息息相关，目前随着人们生活质量的提高，对布料的需求量逐年增加，特别对高质量布料的需求不断扩大。
但是我们因为的产品品种少、质量低、竞争力弱，不仅不能适应国外市场的要求，甚至不能满足国内生产的需要;如服装业每年仍需进口大量高档面料用于生产。
造成我国纺织品质量不高的主要原因是生产工艺落后及设备陈旧，尤其是落后的设备制约了技术的发展。在纺织机产品上，与国际先进水平的差距还是相当大的，主要制约因素是在线自动控制及自动检测、关键零部件的精密程度不够两方面，而这也是我国整个机械制造业发展的瓶颈所在。因此，这么多的纺织机中，尤其是高档纺织机，从外国进口的比例大的惊人，即使有部分厂家生产高档织机，其电控制部分、检测、执行机构也主要依赖进口。因此，我们要自动控制及自动检测方面的技术水平，而PLC就是比较好的进行自动控制及自动检测提供了良好的硬件基础，为纺织行业品牌的开发和产品的创新提供了保障。
本课题是对一台剑杆织机控制系统简单的设计与分析。
第一章绪论
1.1 全自应用的现实意义
我国是纺织品的出口大国，每年供出口的纺织品量约占我国生产总量的1/ 4左右;但是，我国却不是纺织品出口的强国;因为我们的产品品种少、质量低、竞争力弱，不仅不能适应国外市场的要求，甚至不能满足国内生产的需要。如服装业每年仍需进口大量高档面料用于生产。
造成我国纺织品质量不高的主要原因是生产工艺落后及设备陈旧，尤其是落后的设备制约了技术的发展。不难看出，改革开放以来我国纺织品出口逐年增长是依靠大量进口纺织机械进行技术改造带来的，所以要提高我国产品的竞争力，设备的更新换代是非常重要的。绍兴市是全国最大的纺织产业集聚地，纺织行业相当发达，纺织机械的用量极大。近年来，通过科技攻关、技术引进、消化吸收及合作生产，国产纺机的技术水平有了很大提高，传统纺织纤维加式机械基本实现了自给，能够满足国内中、低档和少部分高档产品的需要。尽管如此，在纺织机产品上，与国际先进水平的差距还是相当大的，主要制约因素是在线自动控制及自动检测、关键零部件的精密程度不够两方面，而这也是我国整个机械制造业发展的瓶颈所在。因此，这么多的纺织机中，尤其是高档纺织机，从外国进口的比例大的惊人，即使有部分厂家生产高档织机，其电控制部分、检测、执行机构也主要依
赖进口。纺织工业过去所取得的成就基本上是以量取胜，是低技术水平、劳动密集型、加工性的生产，是以低成本的比较优势取得的。而真正靠技术含量、靠品牌取得市场优势的却很少。因此，纺织行业在近几年一直着力于品牌的开发和产品的创新。包括纺织机械产品的大量进口，都是纺织行业为提高产品的技术含量面作的努力。
1.2 织机的分类
织机的种类繁多，除广泛使用的常规织机外，还有各类特种织机。本文按照织机的引纬方式进行分类:
有梭织机—有梭子引纬的传统织机;
无梭织机—分喷气织机、喷水织机、剑杆织机、片梭织机等。
１、喷水织机：利用水作为引纬介质，以喷射水流对纬纱产生摩擦牵引力，使固定筒子上的纬纱引入梭口。喷水织机是具有速度高、单位产量高的特点，主要适用于表面光滑的疏水性长丝化纤织物的生产。
２、剑杆织机：用刚性或挠性的剑杆头、带来夹持、导引纬纱。剑杆织机除了适宜织造平纹和纹路织物外，其特点是换色方便，适宜多色纬织物，适用于色织、双层绒类织物、毛圈织物和装饰织物的生产。
３、喷气织机：用喷射出的压缩气流对纬纱进行牵引，将纬纱带过梭口。喷气织机最大特点是车速快、劳动生产率高，适用于平纹和纹路织物、细特高密织物和批量大的织物的生产。
４、片梭织机：以带夹子的小型片状梭子夹持纬纱，投射引纬。片梭织机具有引纬稳定、织物质量优，纬回丝少等优点，适用于多色纬织物、细密、厚密织物以及宽幅织物的生产。
1.3 剑杆织机是新型织机的发展方向
剑杆织机的特点：
1、品种适应性好
剑杆织机品种适应性好。剑杆织机上棉、毛、丝、麻都能织，且适织混纺织物，特别是织花色织物具有独特优势。
2、速度快，效率高
剑杆织机入纬率高，转速快，单位面积产量高。Vamatex公司的Leoardo剑杆织机最高转速达到830r/min，入纬率达到1500m/min，超过片梭织机，箱幅达到318m及更宽，纬纱可达12色。
3、织造成本低
在组织生产提花商标、领带、装饰织物和接小批量多品种的织物定单时，由于剑杆织机对钢箱的技术要求没有喷气织机高，国内采购渠道通畅，所用钢箱价格仅为喷气织机钢箱的5%，从而减轻了用户储备多种规格钢箱所需的资金压力，降低织造成本，因此，保持了自己难以替代的地位。
进入WTO以后，外商纷纷在我国独资建厂，在市场竞争中我国的纺织机械企业如何树立发展意识、机遇意识、忧患意识和竞争意识，是当前我国纺织业面临的发展问题。
新型剑杆织机自动化水平主要表现在下11个方面:
1、自动寻纬;
2、电子送经、电子卷取；
3、自动启动标记防护装臵；
4、自动控制正、反转速度；
5、自动落布；
6、自动包装供应系统；
7、自动开启防开车痕控制系统；
8、电子纬纱制动系统；
9、自动张力补偿；
10、自动改变纬密；
11、电子选纬系统。
第二章织机工作原理分析
2.1 织机的基本原理
一台织机由开口机构(凸轮和连杆开口、多臂开口、提花开口、连续开口)、引纬机构(剑杆引纬、喷气引纬、喷水引纬、片梭引纬)、打纬机构、送经机构和卷取机构组成。经纬纱通过这五大机构完成交织物，形成了织机运动的五大运动:开口、引纬、打纬、送经、卷取。
织机织造原理如图2-1:
图2-1织机的基本原型
1、开口运动
在织机上，要实现经、纬的交织必须把经纱按一定的规律分成上、下两层，形成能通过纬纱的通道一梭口，待纬纱引入梭口后，两层经纱再上下交替，互易位臵，形成新的梭口如此反复循环，这就是经纱
的开口运动。它是由开口机构来完成的。开口机构不仅要使经纱上下分开形成梭口，同时还应根据纹板图所决定的提综顺序，控制综框(经纱)升降的次序，使织物获得所需的组织结构。
2、引纬运动
引纬是将纬纱引入由经纱所构成的梭口，以便和经纱交织、形成织物，引纬必须和经纱和开口相互配合。由于梭口开启有一定的时间，遵循某种开启规律，因此对引纬提出了准确和平稳的要求，以免产生经纱磨损、断头和纬缩、缺纬、组织错误等各种织物庇点。
传统的梭织生产中，容量较大的纬纱卷装安放在梭子中，由梭子将纬纱引入梭口，梭子既是引纬器，又作存纬器用。在无梭织机发明以后，各种新型引纬器或流体引纬介质替代梭子将一定长度的纬纱引入梭口。由于这些引纬器不再载有纬纱卷装，或仅载有极小容量的纬纱卷装，使得引纬器重量及体积大大减少，例如梭子重量为4009左右，而片梭织机的片梭重量仅为4鲍左右。因此，无梭织机的引纬速度乃至织机速度得以数倍增长，以流体介质引纬的织机速度增长尤为显著，同时织机的噪声和振动也明显下降。
与有梭引纬相比，无梭引纬的特点是以空气或水的射流或一种体积小，重量轻的引纬器来代替梭子引纬。部分引纬器的运动规律还受到控制，因此引纬动作比较缓和，纬纱所受张力也比较合理。入纬率也明显提高。
3、打纬运动
一根根引入梭口的纬纱，依靠打纬机构的前后的往复摆动，推向
织口，与经纱交织，构成织物。织物的幅宽和经纱密度，由打纬机构的钢箱来确定。织物中经纱的排列状态和经纬纱彼此屈曲的情况，则随打纬时经纬纱所具有的不同张力和变形能力而定。可见打纬一方面成了织机纵向振动的根源，但另一方面又是构成织物不可缺少的织机功能。
打纬机构分连杆打纬和凸轮打纬。打纬运动时影响张力的一个重要因素。当钢箱打向纬线时，经纱的张力最大，织口附近的纬密也达到最大;反之钢箱回移时，纬纱也会有一定的回移，经纱张力和织口纬密都将减少。所以在织机上，纬纱并不是经过一次打纬就能达到规定的机上纬密，而是要经过若干次打纬后，才能达到所要求的机上纬密。综平以后，梭口逐渐开放，经纬纱开始相互屈曲抱合而产生阻碍纬纱向前移动的阻力。在初始阶段，由于箱至织口的距离相当大，经纬纱相互屈曲和摩擦的程度并不显著，几乎不受阻力的作用。但当纬纱被箱退到离织口很近即靠近前一根纬纱时，钢箱所受的阻力开始急剧增大，经纱张力也剧烈增大，打纬阻力开始急剧增大的那一瞬间称为打纬开始。当钢箱到达前死心位臵时，阻力和经纱张力都达到最大值，此时称为打纬终了。从打纬开始到打纬终了这一时期，称为打纬过程。
4、送经运动
织造过程中，经纱与纬纱交织成织物后不断地被卷走，为保证织造过程的持续进行，由送经机构陆续送出适当长度的经纱来进行补充，使织机上经纱张力严格地控制在一定的范围之内。完成送经运动
的送经机构分成消极式和积极式两种。消极式送经机构依靠经纱张力将经纱从织轴上推绕出来，完成送经动作。积极式送经机构以控制经纱张力均匀为目标，根据织造过程中受各种因素综合影响的经纱张力来调节经纱送出量。
5、卷取运动
纬纱被打入织口形成织物之后，必须将这些织物引离织口，卷绕到卷布辊上，这个过程叫做卷取运动。卷取机构执行着从织口处引离初步形成的织物和控制纬纱在织物内部排列密度两方面任务。卷取机构形式很多，包括积极式卷取机构和消极式卷取机构。在积极式卷取机构中，从织口处引离的织物长度由卷取机构积极控制，所形成的织物中纬纱同侧间距相等，但纬纱间距却因各纬纱的粗细不均而异，在条干均匀的纬纱织制时，织物可以取得均匀悦目的外观，加工提花织物也能取得比较规正的织物图形。
由于五大运动都是以织机主轴一周的时间为运动周期。因此，我们可以用回转角度来表示运动的开始、结束时间及各运动的相互配合协调关系。
2.2 剑杆织机的主轴一周角度安排
图2-2是一台剑杆织机的主轴一周内各角度的主要动作。
在10°位臵时剪断上一次引纬的纬纱；65°时梭口满开，梭口保持静止；80°时引纬开始；到达250°时引纬结束开始打纬；280°
时梭口开始闭合；到310°时综平，梭口交织；310°后开始下一轮的开口运动；打纬动作在0°前后完成。
不同的织物品种、不同的织机需要不同的时间配合。
图2-2角度分配
将主轴转角换算成时间的计算方法如下(车速:600 r/min,筘幅:190 cm):
车速=10r/s
360°10r/1s =θ/χ
χ=θ/360°×10
其中θ———主轴转角;
χ———主轴转角所对应的时间。
将梯形图中所需要的其他各动作的主轴转角带入以上公式,所对应的时间依次为:3 ms,15 ms,5 ms,47 ms,8 ms,8ms,14 ms。
2.3 剑杆织机的流程图
根据前面的通道分配图和系统结构图分析而得，剑杆织机的PLC控制系统程序流程图。其如图2-3所示：
图2-3剑杆织机引部分工艺流程
第三单系统硬件设计
3.1 PLC定义
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计.它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应易于与工业控制器系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。
3.2 PLC的内部结构
PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块、电源和编程器组成。1、CPU模块
PLC的CPU模块由CPU芯片和存储器组成.
PLC的CPU的核心部件,整个PLC的工作过程都是在CPU的统一指挥和协调下进行的.
PLC的存储器有两种,一种是存放系统程序的存储器,另一种是存放用户程序的存储器.
2、输入/输出（I/O）单元
输入/输出（I/O）单元是PLC与外部设备相互联系的窗口。
3、电源部分
PLC中一般配有开关式稳压电源为内部电路供电。开关电源的输入电压范围宽体积小，重量轻，效率高，抗干扰性能好。
3.3 PLC的工作原理
PLC的工作原理如图3-1：
图3-1 可编程控制器
PLC的工作过程是周期循环扫描的工作过程。
因为CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按扫描工作方式执行。
用扫描工作方式执行用户程序时，扫描是从第一条程序开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，周而复始重复运行。
由于PLC的扫描速度快，通常PLC与电器控制装臵在I/O的处理结果上并没有什么差别。
PLC采用集中采样、集中输出的工作方式，减少外界干扰的影
响。
PLC的工作过程分三个阶段进行，即输入采样阶段、程序执行阶段和输出刷新阶段。
3.4 PLC型号的选择
如何在实际应用时选择合适的 PLC设备 ,也是很关键的问题。首先是选用合适厂家的产品。目前市场上的 PLC 产品很多。最具代表性的有日本立石公司欧姆龙 - OMRON 、德国西门子公司以及日本三菱公司的可编程控制器（PLC）系列产品。其中 OMRON 的 PLC,以小型产品最受欢迎。一方面是由于其价位较低,性能价格比较高;另一方面是由于它配有较强的指令系统。我国普遍使用的小型(PLC 产品是 OMRON 产品。立石公司欧姆龙 -)OMRON 首推 C系列 PLC。西门子 PLC产品品质精良但价格昂贵。三菱公司则推出整体式 PLC。当PLC厂家确定后 ,便可根据 PLC 的技术指标来选择合适的 PLC 设备。例如:输入/输出点数(PLC外部输入、输出端子总数 ,这是 PLC 最重要)的一项指标、扫描速度、指令条数、内存容量等。
通过对我设计的剑杆织机系统分析，使用选择晶体管输出型,输入选择1 ms的时钟脉冲，故决定选择三菱FX2N-48MR的PLC。
3.5 I/O分配
3.5.1 I/O定义及分配
I/O分配表如表3-1所示：
3.5.2 PLC的外部接线图
根据I/O通道分配，可画出PLC的外部接线图如下图3-2所示：
图3-2 PLC的I/O接线
第四章系统软件设计
4.1 梯形图程序设计
根据工艺流程图用基本逻辑指令编程：
1、一次启动和连动启动
按下一次动按钮，X0接通，M0接通并自锁，织机开始一次循环启动；按下连支按钮，X1接通，M1接通并自锁织机开始正常运行,如图4－1：
图4-1一次启动和连动启动
2、电动机启动剪刀动作
M0或M1接通后，Y0接通，电动机运行。3ms后T0得电，使Y1接通，剪刀动作剪断纬线。15ms后，T1得电，使常闭触点T1断开，Y1失电,如图4－2：
图4-2电动机启动剪刀动作