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1、II 新型粗纱机协调同步控制与设计 摘 要 新型粗纱机协调同步控制与设计 摘 要 新型粗纱机运动控制系统采用 PLC 控制技术，通过 PROFIBUS 挂载变频器驱动交流异步电机。四个电机分别对整机四大部件锭翼，罗拉，筒管和龙筋进行独立驱动，通过光电编码器对四电机的速度进行检测反馈，构成速度闭环控制系统。取消了传统粗纱机中的锥轮，龙筋升降，纺纱成型等机构，让机械结构大为简化。同时，锭翼，罗拉，筒管和龙筋分别有各自的电机驱动，整机的工艺转速大为提高，从而提高了生产效率，增强了粗纱机的生产能力。由于机械结构上的改进，新型粗纱机控制系统中四电机的协调同步控制成为研发的一个难点。本文从软件和硬件两个方
2、面对该运动控制系统的同步控制性能进行研究。 硬件方面：变频器的低频特性对整机启停阶段四电机同步性能起着至关重要的作用，我们采用施耐德 ATV71 型变频器驱动系统中的交流异步电机，该变频器拥有良好的低频特性，能够在低频下保证电机的稳定力矩，使得电机在低频拥有良好的速度调节能力。然而 ATV71 型变频器自身带有的不是 PROFIBUS 总线接口，因此如何保证 PLC 和 ATV71 的通信成为硬件方面的难点，本文针对该难点提出了通信解决方案。 软件方面： 介绍了系统的同步圈绕模型， 为程序的编制提供了数学模型基础。同时为了保证整机锥轮模型在不同环境下的良好适应性， 提出了建立具有自学习能力锥轮
3、模型的方法。同时在四电机闭环控制算法方面，根据粗纱机整机工作启停阶段和稳态运行阶段不同的工艺要求， 我们提出了带有二阶滤波器的分段平均PID 控制算法，从而保证了整机在不同工作阶段四电机的协调同步能力，满足了纺纱工艺要求。 文章最后介绍了系统的软件设计结构， 详细说明了 PLC 控制程序的编程方法以及人机界面的设计。通过软件，硬件方面的改进和研究，新型粗纱机具有了良好的同步性能，成功实现了高效高质量纺纱。 关键字：关键字：协调同步控制，现场总线，PID 控制算法，锥轮模型 III Design of Coordinated Synchronization of New Type of Rovi
4、ng Machine Abstract The new type of roving machine motion control system makes use of PLC control technology and the four motors are driven by frequency converters connected with PROFIBUS. Four motors separately drive the four main parts in system, which are flyer, roller, bobbin and carriage. Photo
5、electric encoder is applied in the system to feedback the motor speed in order to make the close loop control. Elimination of up and down cone drums and forming device simplify the mechanical architecture a lot. Meanwhile, the four main parts are driven by the motors separately so the whole speed of
6、 machine is enhanced and the working efficiency and operation capability are increased a lot. Due to the mechanical architecture simplification, difficulty in the four motor coordinated synchronization control comes up. This paper will give an detail research in this issue from software and hardware
7、 aspects. Hardware aspect: the characteristic in low frequency of frequency converter play an important role in the synchronization in start and stop period. So we apply the Schneider ATV71 frequency converter to fulfill the need. It has a great performance in low frequency. Unfortunately, ATV71 are
8、 not capable for PROFIBUS since it only has a MODBUS interface. This paper gives the communication solution of this issue. Software aspect: synchronized winding model is discussed. The model is the basement of programming. Meanwhile, self-study cone model is established in order to make the systems
9、adaption much more flexible to different working environment. As to the algorithm of close loop, we introduce the subsection average PID algorithm with the two-dimension filter according to different need in different period of working. The above makes a guarantee of the coordinated synchronization
10、and fulfill IV the technical necessity. The software design is illustrated in detail in the last part. The whole software concludes PLC control program and HMI design. Through the kind of research in software and hardware aspects, the new type of roving machine motion control system gets a very good
11、 synchronization performance and could product roving of high quality efficiently. KEY WORDS: Coordinated synchronization control, PROFIBUS, PID algorithm, Cone model 77 上海交通大学上海交通大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。 除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做出重要
12、贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：高 勇 日期：2008 年 4 月 1 日 78 上海交通大学上海交通大学 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、 使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密保密，在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密不保密。 （请在以上方框内打“
13、” ） 学位论文作者签名：高 勇 指导教师签名：杨煜普 日期：2008 年 4 月 1 日 日期：2008 年 4 月 1 日 1 第一章 绪论 第一章 绪论 1.1 纺织行业发展现状 1.1 纺织行业发展现状 改革开放以来，我国纺织工业经历了 20 年的快速发展，通过技术引进，自主研发，已成为世界纺织生产和贸易的大国，已经拥有众多的纺织机械、纺织仪器、附属装置和专配件生产企业，每年生产的品种之多、数量之大，在世界上是独一无二的。随着加入 WTO 和全球经济一体化进程的加快，以及知识经济时代的逼近，国内外市场竞争将更加激烈。未来纺织工业产品的竞争，将是以科技水平为主的实力较量。 在技术领域，我
14、国纺织工业与国际先进水平相比，还存在明显的差距。主要表现在：纤维原料中化学纤维质量低、品种少、生产效率较低，高性能和特种纤维开发滞后；高新技术改造传统纺织工业的进展缓慢，工艺设备陈旧落后；产品技术含量低，附加值不高； “绿色”环保型生产技术尚待起步；产品结构不适应国民经济和科技现代化的要求。 在未来的纺织行业技术发展道路上，我国将围绕结构调整和产业的优化升级，加快建设以企业为主体，产学研相结合的纺织技术创新体系；应用高新技术改造和提升纺织工业，发展高技术产业,大力推广应用先进适用技术，提高我国纺织工业的国际竞争力；按照有所为、有所不为的方针，加强集成，突出重点，对纺织行业中的共性关键技术，如新
15、材料及其制品开发技术、信息网络技术、纺织机电一体化技术及清洁生产技术等集中力量进行攻关。 初步考虑的研究开发重点是：纤维加工技术，纺纱技术，织造技术，染整技术。服装设计、加工与营销技术等。 纺织机械技术我国纺织工业的物质技术基础，是纺织科技的重要载体，所以纺织机械技术装备的发展关系到我国纺织工业的总体水平和竞争力。为此，中国纺织机械器材协会根据纺织行业的实际情况，2005 年就提出了 9 项新型成套设备技术攻关和产业化目录，主要围绕着提高棉纱成纱质量，以适应后工序络筒、整经、浆纱、无梭织机和针织设备高速生产的要求，棉纺技术应以先进、实用、适合国情为原则。继续改进提高和积极推广清梳联成套设备、精
16、梳成套设备、带2 中、短片段自调匀整装置、并条机、机电一体化悬锭粗纱机和带落纱装置细纱机长车，在提高各道工序设备质量和单机自动化基础上，进一步发展在线检测、控制、显示等功能，以期通过关键设备和技术问题的解决促进纺织行业的技术进步和发展。 1.2 粗纱机技术发展现状 1.2 粗纱机技术发展现状 粗纱机是纺织机械行业中重要的机型。是整个纺织行业的发展的重要一环。90 年代中期，随着计算机技术、变频调速技术的发展，德国和日本先后推出了BF91-1 型和 FL100 型粗纱机，这 2 种机型代表当时粗纱机发展的最高水平。日本丰田公司 90 年代后期将采用三电机分部传动的 FL100 型悬锭粗纱机推向市场。德国青泽公司在 1999 年法国巴黎国际纺织机械展览会上推出了多电机分部传动的 670 型悬锭粗纱机。这两种机型彻底取消了传统的变速装置、成形装置和相关的轮系等机构，采用计算机控制多电机分部传动、液晶显示屏和触摸式操作键盘， 进行人机对话， 使纺纱工艺调整和更换品种极为方便。 具有控制精度高、机械机构简单、自动化程度高等优点。 纺纱体系中，一
