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优化变位卷绕系统及其PCC测控技术的研究


第 & 卷第 )期 , & ( 年 5月 (,

振动 测试与诊断
OQ= S T W<V= XYZ R[Y ; ] < = Z P R< P UVR; % <QY = \ V PV P ^ Z

UP4 ,_P ) S& 4 ‘a (, Y 4& (

优化变位卷绕系统及其 ! "测控技术的研究 "

% 建 $ & 汤以范 $ 王明红 $ 陆文华 $ 何法江 $
$ ’ 上海工程技术大学机械工程学院

#

上海 % ( ) * &()+

& ’ 东华大学机械工程学院

上海 % ( ( $ &(,+

摘要

在分析研究化纤生产工艺和卷绕运动规 律 的 基 础 上% 出 了 一 种 优 化 变 位 卷 绕 的 卷 绕 成 形 原 理- 学 模 型 提 数

和 实用方法.介绍了应 用 可 编 程 计 算 机 控 制 器 ’ 0 + 变 频 调 速 等 实 现 优 化 变 位 卷 绕 的 测 控 技 术 和 系 统 设 计 方 /0和 案 . 能在高速纺丝情况下获得成形良好的大 容 量 卷 装 % 速 退 绕 时 不 会 产 生 断 头 和 脱 圈 % 而 优 化 运 行 工 况 - 善 高 从 改 产品质量 提高经济效益 % 对于提高现代化纤装备机电一体化的整体技术水平具有重要的理论价值和实用意义 . 关键词 化纤长丝 往复导丝机构 优化变位卷绕 可编程计算机控制器 机电一体化 测控系统

中图分类号

1 343 1 & 2) ( * & / 5




高速卷绕机是化纤长丝高速纺丝生产装备的重

线关系 % 如图 $中的实线所示 . F 当 值变化到含有最 简分数部分为 JI %JI %JI % JI M% 等一 $ & ) K% L K%

系 列 数 值 时 ’ 图 $中 的 M 点 % 中 G 绕 周 期 LM 如 其 卷 表示每个可能发 生 一 次 重 叠 时 间 内 往 复 导 丝 次 数 % % J 为与 LM 互质的任意整数 + 卷装上前后卷绕周期 的丝层的丝圈将 绕 在 同 一 位 置 上 % 卷 装 上 形 成 螺 在

要组成部分 % 卷绕机采用等角卷绕的方法 % 以很高的 .随 着 卷 绕直径的增 加 % 装 上 的 丝 层 不 可 避 免 地 会 发 卷
67 $

速度将化纤长丝卷绕成大容量的圆柱形卷装

生重叠 % 引起机器的振动 . 有多种控制系统可以避
& 7 但都存在一定的不足和缺陷 % 最 免重叠的发生 6 8 * %

旋形的凸出的密集丝带 % 即所谓重叠 .等比卷绕时 F 为定值 % 如图 $中的点划线 % 只要精心选取 F 就不会 有重叠发生 % 所以又称其为精密卷绕 % 但因它自身固 有的不足 % 不宜用在有高速 大卷装要求的化纤纺丝 卷绕机上 .

突出的问题是忽略了卷装上丝层之间丝圈分布的位 置稳定性 % 而这正是在高速下卷绕大容量的卷装和 高速下从卷装上顺利退绕的重要问题 . 因为丝层之 间丝圈位置走动的随机性将达不到预期的防叠效 果 % 难于获得成形良好的大卷装 % 而在高速退绕时 丝圈容易相互纠缠 % 造成脱圈和断头 . 为了克服上述不足和缺陷 % 笔者提出了一种自 主创新的优化变位卷绕方法及其相应的测控系统 .

9 优化变位卷绕原理
$: 卷绕时 % 卷绕参数之间关系如下式 6 % 7

图 $ F D 关系曲线图 N C

;= ? <>

& @A & @ $ ?’ + B DE C D BD F C

’+ $

优化变位卷绕方法把变卷绕比的等角卷绕转换 成若干级等卷绕 比 的 精 密 卷 绕 % 一 级 的 卷 绕 比 都 每 经过优化选择 . 优化变位卷绕法将本来连续变化的 卷绕比曲线变为由一系列优化选择的恒定卷绕比组 成的折线 % 具有没有重叠 布丝均匀 丝圈稳定 排列 紧密和速度波动小等特点 . 卷装的成形质量好 表观

其 中G 为 卷 绕 角H 为 往 复 导 丝 动 程H 为 每 分 钟 > @ A 往 复 导 丝 的 次 数H D 为 卷 绕 直 径H D 为 卷 装 转 速H E C 即每往 复 导 丝 一 次 时 的 卷 绕 圈 ?E A% F DI 为卷绕比 ’ 数 + 等角卷绕时 % 为常数 % 与 C 之间成等轴双曲 . > F D

#

万方数据 上海市曙光计划资助项目 ’ 编号 G ( & , . ($&+ 收稿日期 G ( ,( N( 修改稿收到日期 G ( ,( Nb & ( N)$ H & ( N,( .

第 4期



建等 8优化变位卷绕系统及其 W [测控技术的研究 [

#. 2

密度高 ! 有利于大卷装的高速卷绕和高速退绕 "图 # 是优化变位卷绕的 $ ’ 关系图 " % &

有 ;= <: # >+,

/0 # 5 B: C = 其中 8 , 为一个卷绕周期的卷装整转数 9 ,* ,-$ @ + @ , 为发生重叠时的卷绕比 " ? ’@ A & ,

由 此 可 求 得 各 个 优 化 的 卷 绕 比 $/ !!! D D- E 2 # 为 F! 0 @ $ - $A D ,

5, $ /0 4 # >+,GB I 5 H: 其 中 8 $* # ,GBI 5 - J,! 为 避 免 重 叠 而 5, / >+ H: 0 $ 即 保持一个绕丝间距 5时 ! 卷绕比中相对于重叠 卷 绕 由图 #可见 ! $ 随 $ 值的大 比 $ 应增减的偏离值 " J, , , 小而有所不同 "
图 # 优化变位卷绕的 $ ’ 关系图 % &

( 优化变位卷绕的数学模型
在 卷 绕 比 中 ! 简 分 数 部 分 )* , 的 分 母 +, 最 + 表示一个卷绕周期中的丝层数量 "+, 愈大 ! 可能出 现重叠的时间间隔愈长 ! 重叠的机会愈少 "如 +,形 . 则 往复导丝 .次 / 成 .个 丝 层 0 为 一 个 卷 绕 周 ! ! 期 "在圆柱形卷装端面上 ! , 值是一个卷绕周期内 + 的折返点数 ") 表示同一个卷绕周期中相邻丝层的
2 离散状况 1 3"

往复导丝机构的导丝电机转速设定值 @ KL 取 其 6K/ 中 8 # 为 传 动 比 ! 决 于 往 复 导 丝 机 构 的 具 6 # 体结构 0 于是 ! @ KL

6@ # ’ /0 M 5, $ $A , # >+,GB I 5 H: 式/0 结合 M 即为实现优化变位卷绕的数学模型 ! 图 # 可作出如图 M所示的导丝电机转速设定值 @ ! KL 随卷绕直径 & 变化的关系曲线图 " ’

图 4为 两 种 优 化 选 择 的 丝 圈 折 返 点 分 布 图 例 ! 它们的丝圈分布具有良好的离散性 " 为了提高卷装 表 观 密度而又不 出 现 重 叠 ! 丝 间 距 需 略 大 于 绕 在 绕 卷 装 上的长丝最大极限宽度 ! 绕 间 距 5 2 其 取 -67/ 中82 为 表 观 密 度 影 响 系 数9 为 卷 装 上 的 长 丝 的 7 6 最大极限宽度 0 "
图 M 优化变位卷绕的 @ %’ 关系曲线图 KL &

N 优 化 变 位 卷 绕 的 O P测 控 系 统 设 P 计
N R 优化变位卷绕的实现方法 Q
图 4 优化选用的丝圈折返点分布图

图 .为实现优化变位卷绕的机电一体化测控方 S 其中 ! 执行机构所接受的指令为导丝电机转速 案 1 3" 的实际 给 出 值 @ ! 以 式 / 0 定 的 @ 为 主 要 依 M确 K5 它 K5 据! 同时利用转速 传 感 器 检 测 出 导 丝 电 机 实 际 转 速 将两者之间的本次偏差 T 上 U @! K 并与 @ 进行比较 ! KL $ 再上一次偏差 T #通过比例积分微分 一次偏差 T 2U $ V $ V
Z 对 / X 0 法 1 3! 式 / 0 @ 进 行 辅 助 的 调 整 和 补 M 的 KL WY 算

为 了 减 小 卷 绕 速 度 的 波 动 量! 每 分 钟 往 复 导 因 丝次数变化引起的卷绕角 : 的变化应限制在微小的 范围内 " 根据相对运动原理 ! 在每一个卷绕周期内 ! 每分钟往复导丝次数变化而导丝器多移或少移过一 万方数据 段距离 ! 可以看作卷装多转或少转过的一段弧长 ! 即

3< )



动 E测









第3卷 !

@A ) @K ; B B : 主模块内含 3 @ 的处理器 E @ = : C; D 的 I LME ) =的 HOQ: RME 用于 ; D 编程 ! 3K ? NP ? : 和 下 载 程 序 的 ? 3 3接 口 E 于 联 网 设 计 的 ; 用 IA LS 接口和 B个 ; 插槽 #它可固化系统程序 " 存储设定 : 的卷绕速度为 T 最小卷绕角分别为 U" X" 3" " V W" ) X 空 管直径为 Y" @ 满筒直径 Y 和 Z 等生产现场工艺参 Z 数 和 机 械 参 数" G 调 节 的 系 数" 间 变 量 等" 成 中 完 :F 有关计算等任务 #插入 ; B B : 主模块 ; 插槽 : C; D :
图 ! 优化变位卷绕系统的机电一体化测控方案

的 F ) !模 块 " 有 高 速 数 字 量 输 入 的 功 能 " 充 具 可 GA 分利用其内部 B 高频脉冲信 号 E 速 计 数 器 以 高 M[\ 及 ; B B所 特 有 的 独 立 时 间 处 理 器 单 元 - : 功 :C ] D0 ,4 J 能 " 过 数 字 滤 波 法 实 时 检 测 $" ^ 和 传 动 辊 转 通 % $ 速 $ "从 而 有 效 地 提 高 测 速 的 精 度 # 插 入 _ 具 ; B B : 主 模 块 ; 插 槽 的 G A )模 块 " 有 : C; D : H3 完 ? B !接 口 的 功 能 " 成 将 实 际 应 有 的 输 出 信 号 IJ ? SG @ @ ) $ 送 至 导 丝 电 机 变 频 器 H ‘ ; ! @ a) 的 %& 实现优化变位卷绕的过程控制 " 使导丝 ? B !接口 " IJ 电 机 转 速 符 合 图 B所 示 的 非 线 性 目 标 函 数 # 插 入

充" 使整个系统的静动态特性都有所改善 # 因此 " 导 丝电机转速实时控制时的实际给出值应为 $ ’$ ( ) * +, .( . )0* 1/* -/ . %& %& / ( 2-/( 3/ ) * . 30 . . 4 -0 ! ( / ( 其中 5 为比例系数 6 为积分系数 6 为微分系数 # + 1 2 7 9 测控系统的硬件设计 8 在实施式 - 0 ! 所要求的检测计算和控制任务时 " 可应用可编程计算机控制器 - ; 0 : ; 和变频调速等测 控技术进行如图 <所示的优化变位卷绕系统硬件设 计 # 其中 " ; 是整个测控系统的核心部分 " 它选用 :; 的是奥地利贝加莱工业自动化公司 = ? @ @ ; 系 > 3 @: ;
)4 主要 列中的 = ? @ A ; 及其模块化扩展手段 , @ " > 3 @: ; 由 = ? @ A ; 子 系 列 中 的 ; B B : 主 模 块E > 3 @: ; : C; D

具 ; B B : 主 模 块 ; 插 槽 的 G A )模 块 " 有 : C; D : H) 用 ? 3 3 接 口 的 功 能 " 于 连 接 [G ‘ [ : c IA ] ; bI 以 参 C@ I S 型 触 摸 屏" 进 行 功 能 选 择E 数 设 定 和 @] ] 状态指示等有关键盘操作和信息显示 # 一旦完成设 置任务 " 触摸屏亦可处于脱机状态 # 7 7 测控系统的软件设计 8 图 <所示 : ;测控系统的软件部分可分为若 ;

F ) !高速数字量输入模块 EH 3 I J 接口模块 GA G A )? B ! 和 G A )? 3 3接口模块等组成 # H ) IA

万方数据

图 < 优化变位卷绕的 : ;测控系统硬件原理框图 ;

第 3期



建等 F优化变位卷绕系统及其 " #测控技术的研究 #

%5 )

干个模块 ! 主要采用 " #编 程 软 件 包 " & &所 提 # $% & (& )* 供的 " % & 高级语言 和 +, . + " - # /0编 程 软 ’ && 件包 12 3进行程序设计 4其中的特色模块部分包 " 括系统运行前的数据准备处理程序和系统运行后的 过程控制处理程序 4 图 5为准备命令处理程序流程图 4 它可按所需 的生产现场参数 ! 利用 " #得出各个优化选择的卷 #

实时性 4 图 @为过程控制处理程序流程图 4 根据实际卷

图 5 数据准备处理程序流程图 图 @ 过程控制处理程序流程图
)* 绕直径 8( B ! 0 1: 已建立的 8 ; 数据表格中 从 9 A 7 6 7

绕比 6 和与其对应的卷绕直径设定值 8 之间的关 7 7 系 4 在 0 1: 中为系统的实时测控建立一组 8 ; 9 7 6 7 数据表格和导丝电机的初始设定转速 < &等有关信 => 万方数据 息4 系统具有较强的灵活性 ? 较宽的适用性和较高的

查 找对应区间应有的 6! 通 B 为主要依 据 ! 过 7 以式 C D 调用 " 2 算法 ! 按式 C D E 实现变频调速 4 ,

,6 *



动 %测









第,卷 3

3 :; < = < ;>? @ A $B< CD ;< ; << EF @ A ; G < G < $@ A ;# H G; I J/

! 结



KC>E;N OCN< I JEC JM;CI L G N S R D LM ; < CD PQ E A RQ C<OI < A< A Q E M Q A ;/U=RAC< J CR I RA$, 5 $ * 8 1 4 AT D E <;< = A VW;BG< J 5 5 7 5 0 2 I *5 5 2 魏 建/ 化纤长丝紧密精密卷绕的控制技 术 / 国 纺 织 大 中 学学报 $ 1 6 , 7 8 - 4*1$.*05 纱线力学问题 / 北京 0 织 工 业 出 版 社 $ 1 1 . 纺 9 陈人哲 / *6/4 2 唐 冯 机 第 6 张建民$ 水源$ 淑 华/ 电 一 体 化 系 统 设 计/ 二 版/ 北京 0 高等教育出版社 $ 5 * , , 5 / 43 尹 葛 新 北 1 陶 永 华 $ 怡 欣 $ 芦 生 / 型 "@ 控 制 及 其 应 用 / 京 0 U 机械工业出版社 $ 1 1 * 2 * 1 / 4, * 齐 5 蓉/ 一代可编程计算机控制器技术/ 安0 北工 新 西 西 业大学出版社 $ 5 5 ,5 何 多 北 中 * 吴 锡 祺$ 镇 湖/ 级 分 布 式 控 制 与 集 散 系 统/ 京0 * 国计量出版社 $ 5 5 . 43 $ 1 4, . ,5/1 2*3 , * 魏 , 建$ 德虹$ 以范/ 种化纤长丝高速卷绕机恒线 丁 汤 一 速卷绕的测控方法 / 振动 % 测试和诊 断 $ 5 5 , 7 8 - 4 ,5$5H 09 . 5 * X; B ;;R>I > I =I EE; I ECN;NC; C /Y EAQ <=;Q<RJ S=Z P M< J R [ PR>D M ; M< CDZA>< /BG< J P@ < I C>E;NEC<< Q C; I RA I I DKG A F<[RC \ DC N= < $, 5 $ 67 8 9 46 C;E S7 < J >\ CI 8 5 * * * 0 2 5 = E C CDZA>< /VW R# ; ER$, 5 $ ,7 8 6 46 < Q C; C; > ZC S 5 * - * 0 - 2 = 参 考 文 献 第 一 作 者 简 介0 魏 建 男 $ 1 1年 9月 *3

笔者提出的具有独创性的优化变位卷绕的原理 及 其 应 用 " #实 施 的 测 控 技 术 $ 有 效 地 防 止 重 可 # 叠$ 且丝层 间 的 丝 圈 布 放 离 散 % 置 稳 定 $ 绕 周 期 位 卷 之间的丝圈排列紧密 % 密度一致 $ 卷绕速度的波动量 小& 它是一种卷绕成形最佳化的卷绕方法 $ 对提高现 代 化 纤设备的整 体 水 平 % 术 档 次 和 经 济 效 益 具 有 技 重 要 的理论意义 和 实 用 价 值 $ 化 纤 民 用 丝 和 产 业 在 用 丝 生产以及棉 纺 织 行 业 有 着 广 泛 的 应 用 前 景 $ 也 适用于与此类似的任何线条状材料的卷绕设备上 & " #是一种集工业计算机 %网络通讯 %自 动 检 # 测技术于一体的集成化 % 智能化 % 标准化 % 模块化 % 系 列化的自动控制装置 $ 具有较高的可靠性 % 较强的抗 干 扰 能力 % 较短的 开 发 周 期 并 易 于 装 入 机 械 设 备 内 部 等特点 & 通过其 # ’( 接 口 又 可 为 化 纤 设 备 的 集 *+ 中 信息管理 % 多级分布控制 ) * 提 供 了 条 件 & 在 实 际
*$应用时$ 它还可 与 卷 装 锭 轴 传 动 控 制 ) , * +和 传 动 辊

绕 辊 故障检测等 环 节 综 合 设 计 $ 成 一 个 完 整 的 卷 组
*+ 绕机机电一体化系统 ) . &

* " =J . ;;C " <@ $?A AI T R[’ ’/# <RJ S=Z PR I =I EE; I AOCN <L

化 北 纺 * 魏 大 昌/ 纤 机 械 设 计 原 理/ 京0 织 工 业 出 版 社$ * 1 / 2 4, . 1**3 徐 涤 第 北 中 , 李允成$ 心华/ 纶 长 丝 生 产/ 二 版/ 京0 国 纺 织 出版社 $ 5 5 * 6 1 , 5 / 6 4* 6 - 魏 . 魏 建$ 幼莼/ 片机控制 无 重 叠 等 升 角 卷 绕/ 国 纺 严 单 中 建/ 逐段精密卷绕导纱机构控制系统 的 研 究 / 国 纺 中 织大学学报 $ 1 - * 7 8 , 4*1$1309 . 织大学学报 $ 1 . , 7 8 . 43 *1$5,0, *

生$ 教授% 士生% 士生导师&主要从 副 博 硕 事机电测控和信息技术等方面的教学% 科 研 和管理工作&曾发表] 种化 纤 长 丝 高 一 速 卷 绕 机 恒 线 速 卷 绕 的 测 控 方 法^_ 7振 动 % 试 与 诊 断 ‘ 5 5年 第 , 卷 增 刊 8 测 等 ,5 5 论文 & L Ca bE ;/N /< \ ZA 0A E C G E; G Q J Z;O;

万方数据

优化变位卷绕系统及其PCC测控技术的研究
作者: 作者单位: 魏建, 汤以范, 王明红, 陆文华, 何法江, Wei Jian, Tang Yifan, Wang Minghong, Lu Wenhua, He Fajiang 魏建,Wei Jian(上海工程技术大学机械工程学院,上海,200336;东华大学机械工程学院,上 海,200051), 汤以范,王明红,陆文华,何法江,Tang Yifan,Wang Minghong,Lu Wenhua,He Fajiang(上海工程技术大学机械工程学院,上海,200336) 振动、测试与诊断 JOURNAL OF VIBRATION MEASUREMENT & DIAGNOSIS 2005,25(3) 0次

刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数:

参考文献(14条) 1.魏大昌 化纤机械设计原理 1991 2.李允成.徐心华 涤纶长丝生产 2000 3.魏建.严幼莼 单片机控制无重叠等升角卷绕 1993(05) 4.魏建 逐段精密卷绕导纱机构控制系统的研究 1994(02) 5.Kenneth M Dean.Jennings U Duane.Duane C Soule High-speed winding of classical precision-wound yarn packages 2000(10) 6.魏建 化纤长丝紧密精密卷绕的控制技术[期刊论文]-中国纺织大学学报 1998(01) 7.陈人哲 纱线力学问题 1989 8.张建民.唐水源.冯淑华 机电一体化系统设计 2001 9.陶永华.尹怡欣.葛芦生 新型PID控制及其应用 1999 10.齐蓉 新一代可编程计算机控制器技术 2000 11.吴锡祺.何镇湖 多级分布式控制与集散系统 2000 12.魏建.丁德虹.汤以范 一种化纤长丝高速卷绕机恒线速卷绕的测控方法[期刊论文]-振动测试与诊断 2000 13.Wei J Research on the control system of spindle drive for high speed spinning machine[期刊论文]

-Journal

of Dong Hua University(English Edition) 2001(01)

14.Petelin D P.Makarov A A Control system for a winding machine 2001(01)

相似文献(1条) 1.期刊论文 冀森彪.高志毅.宋立平 电子控制的往复导丝系统 -纺织机械2002(4)
一、概述 近年来,随着计算机和自动化技术的发展,电子产品以其灵活多变、控制精确、可以实现复杂运动控制规律等特点被广泛应用到纺织机械中,并优化了控 制质量,提高了产品的产量和质量.我公司在化纤长丝倍捻机中,应用电子控制的往复导丝系统代替原有的机械式凸轮往复导丝机构,从而简化了机械结 构,使导丝往复速度由原来最大65次/min提高到80次/min,使该机的单台产量提高约20%.

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zdcsyzd200503012.aspx 授权使用:武汉理工大学(whlgdx),授权号:8c2b1ba7-fd8e-49ab-83f6-9e9a00c98dec 下载时间:2011年3月2日


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