多臂笼头有梭织机的电气自动化控制
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摘要:
本文介绍如何实现我公司制造的二十片综多臂笼头有梭织机的电气自动化控制。此织机主要由PLC与触摸屏组成的系统控制，良好的人机界面使日常生产中变换花纹得以方便直观的进行。
关键词：多臂笼头动作原理分析PLC程序的控制分析与实现
中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：
前言:
由于行业的特殊性，全球从事剑麻纺织的商家非常少，在市场上有卖的剑麻纺织设备也远比棉、毛、化纤等纺织设备少。以至于我公司在市场上没能买到合适的新型织机，于是公司决定自己制造多片综有梭织机，以便能织造出市场上热销的产品。基于此环境下我参与了公司二十片综有梭织机电气部份的设计与安装调试。
使用多臂笼头的原因
有梭织机主要由开口运动、击梭引纬运动、打纬运动、卷取运动，这四大运动组成。其中开口运动的规律不同，能织出不同的产品花样。即综板越多，开口规律也越多，织出的产品花样也越多。
普通织机只有四片综板,由四个凸轮机构控制升降开口,综板开口规律少,织出的产品花样也满足不了市场的需求。而二十片综织机织出的产品花样能满足市场需求，但二十片综的开口规律（也即提综规律）已经不能由普通的凸轮机构控制。出于经济又实用的角度考虑，公司采用了多臂笼头来实现开口运动。这也是本文的重点,就是如何控制多臂笼头里钩的动作规律,从而改变综框的提综规律。至于其它三大运动与普通织机相同，本文不再赘述。
笼头动作原理分析与实现方案
动作原理分析
多臂笼头的动力由主轴经1：1伞齿传到笼头里的偏心轮，偏心轮带着笼头里上下两个动力摆臂一上一下摆动，偏心轮转到最低点时动力摆臂摆到最高点（名为上止点），偏心轮转到最高点时动力摆臂摆到最低点（名为下止点）。上动力摆臂内的综板力臂控制综板的上升与高位保持；下动力摆臂内的综板力臂控制综板的下降与低位保持,即上综板力臂上升则综板上升,下综板力臂上升则综板下降,所以同一片综板的上下两个综板力臂不能同时上升。整台织机有两个笼头,每个笼头里有上下两个动力摆臂,每个动力摆臂控制十个综板力臂，每个综板力臂由一副平行钩控制；只有平行钩的两个钩都被选中钩住时，综板力臂才会保持停在最高点（如图一上平行钩所示）；其它任何一个选钩钩住平行钩的情况下，动力摆臂都会推着综板力臂随着摆臂摆动而不停的上升和释放；当所有钩都没钩住的情况下，动力摆臂将不能在平行钩上产生合力，致使综板在不可控的自由状态；所以选钩的动作稍有控制不准确，整台织机的综板都会不受控。为了使综板受控，选钩的动作必须很准确。
如图二所示，动力摆臂摆到下止点，平行钩下端被压到下选取钩处，此时下选取钩才能钩住平行钩下端，已钩住的钩也可以松开；而摆臂上端已离开，此时上平行钩的上选取钩将没法脱开，下平行钩的上选取钩将钩不到平行钩。因此，在上止点时只能动上选取钩，在下止点时只能动下选取钩。而动力摆臂只有在上、下止点之间作往复摆动时才能带动综板力臂上升,综板力臂的下降是靠同一综板的另一力臂的上升来实现的，这样便控制了综板的上升和下降。以上这两个特点决定了控制选取钩的提前性，即在下止点时就要输出下一步在上止点时选取钩的状态，同理，在上止点时要提前输出下一步在下止点时的选取钩状态。
实现方案与硬件选型
为了减少PLC的输出口，充分利用好不能同时提升上、下两综板力臂这一特点。将上、下平行钩上端的钩用一根连杆构成互锁关系连成一体（名为上连杆,如图一所示）。同理，上下两平行钩的下端也用一根连杆构成互锁关系连成一体（名为下连杆）。每条连杆由PLC一个输出点控制。这样，PLC两个输出点就能控制一片综板的上升、下降、低位保持和高位保持，40个输出点就能控制20片综了。
织机在连续运行情况下，如出现综错、梭错、计数出错等现象要求快速停在出错位置。由于成本的限制，本机采用经过电阻限流后，直接向电机供反向电流来达到快速制动停机的目的，因此主电机的正、反转由固态继电器控制以满足快速性和耐用性。40个电磁阀也由固态继电器控制，防止外电路故障或电流过大而损坏PLC。所有硬件的选型分别是：主回路固态继电器 SAM40250D；电磁阀控制回路的固态继电器是OMRON的G3NA-D210B；24V中间继电器OMRON的MY4NJ-D2；U型光电开关OMRON的E3Z-G61；检测梭位置的接近开关是OMRON的E2K-C25ME1；电磁阀TG2511-06；小气缸用MAL 16 * 25规格；送经纱用的行程开关FZL-WLC-B；7.5KW 970r/min动力电机两台，型号是Y160M-6；两个笼头加油泵型号是JCB-22，油泵回路接触器用CU-11；主接触器用CN-65；外接用直流电源型号PAB25L44；触摸屏选用上海步科自动化有限公司的MT4500T；PLC选用三菱的FX2n-128MT,还有两个FX2n-48ET扩展模块。PLC与触摸屏之间采用RS485串口通信。
动力回路接线图（附图一）
控制方案与程序构想
控制方案
在主轴的某个合适位置取A、B两个脉冲信号，由A、B两脉冲信号的先后顺序可以判断主轴是正转还是反转；如A相脉冲为ON，B相脉冲由OFF到ON（上升沿），则为正转增计数；如A相脉冲为ON，B相脉冲由ON到OFF（下降沿），则为反转减计数；从而实现对所织花纹是加步数还是减步数的自动双向计数，计数的准确与否直接影响变址输出的结果。在笼头上取上、下止点两个信号X75和X74,在偏心轮刚到止点位置后取个信号X7，再在偏心轮将要离开止点位置取个信号X17(如右图所示)，X7和X17这两个信号既作为综板比较信号又作为电磁阀输出信号；以上这六个位置信号是保证电磁阀严格受控的重要条件。而综板与梭这两种位置信号主要用来检测织机是否按预定程序运行，起到检测出错停机的作用。
主轴正转时先有上﹑下止点信号，再有X7综板比较信号，将综板到位情况与程序要求的综板位置比较，若结果不同则认为综板出错马上停机，若结果相同则继续运行，再到A、B信号程序加一步，最后有X17信号，输出下一步综板位置数据。反转时，X17作为综板比较信号，X7作为输出信号。这样处理的目的是上一步没正确完成就禁止进入下一步。
程序构想
由笼头的动作原理可知，综板的同一状态可由钩的不同状态实现；为了确保综板受控而不出现不确定的状态，同一程序中必须让钩按唯一的动作规律动作。在分析推导过程中发现一种动作顺序既满足以上要求还可以简化综板的数据处理。即每次穿纱后开机的第一步或者跳步后，这一步的综板到位后必须要保持到上止点信号的下降沿后才允许进入正常的动作控制，随即下止点的变址寄存器Z1先计数；这样，Z1只能比Z0大1或者相等，其它情况都为计数出错；这种动作顺序还一个好处就是：上一步输出的花纹数据正好是下一步综板的到位状态，再参考一个止点信号，用一条比较指令就可以方便检测出综板是否正常，简化了综板的数据处理。
用变址寄存器Z0存储寄数步，受它改变编号的数据寄存器存放上止点要输出的花纹数据；Z1存放偶数步，受它改变编号的数据寄存器存放下止点要输出的花纹数据；在下止点时，用比较指令CMP比较Z0指向的数据寄存器的数据与综板实际位置数据是否相符，并用MOV传送指令输出Z1指向的数据寄存器的数据；在上止点时，用比较指令CMP比较Z1指向的数据寄存器的数据与实际综板位置数据是否相符，并用MOV传送指令输出Z0所指向的数据寄存器的数据。这样，两条指令便可完成不同步数的花纹数据输出与综板是否到位检测，简化了编程，也为同一程序可以编织多个花纹和用户自编花纹提供可能。将数据寄存器D1000～D1599只存当前运行花纹数据，D2000～D7999存放其它花纹数据，换花纹时只需将目标数据寄存器的数据用块传送指令传到D1000～D1599即可。
其中用户自编花纹的实现是在触摸屏的自编窗口中用20个位状态设置元件表示20片综板，位状态元件的开/关表示综板的高/低。用户每步只需点击这些位状态元件到自己所需的高低状态后，再点确认键。PLC程序判断出寄偶步数后，用V0、V1这两个变址寄存器将这些状态数据存放到每步对应的数据寄存器中，这样PLC便记录下了触屏上输入的综板动作信息。至于其它辅助功能的实现不作详细分析。
3、PLC控制程序的部分梯形图（附录一）
四、整机安装调试后的运行情况
安装调试好后，该织机满足了设计的功能要求。电气故障率比较低，运行四年时间里只出现了几次计数出错的电气故障，其它电气故障尚未出现。功能也得到了充分的展现，综板错位、夹梭、飞梭、跳纬等不正常现象都能及时准确停机，并能在触摸屏和机台上的指示灯上显示，机手能根据指示快速恢复正常开机。在车间投入使用后都是由有密码的工艺人员自己更换花纹和自编试样花纹，这一点满足了操作简单明了易上手的特点。四年来已织出十三种市场上热销的产品。这台织机整体功能与效果已达到公司设想的要求。
结束语：由于水平和经验有限，整个系统以及这篇文章难免会有许多不足之处；如程序梯形图尚没能做到最优；功能也不够强大，如用户自编花纹只能存一个；还有由于机台震动大，没能实现曲轴360度位置检测。文中不足之处希望得到老师的批评指正。
参考文献
三菱微型可编程控制器编程手册
上海步科自动化有限公司的软件使用手册：EV5000
附录一：PLC数据处理的部份梯形图