1、武汉纺织大学毕业设计（论文）课题名称：细纱机电气控制系统设计完成期限：2010 年 12 月 1 日至 2011 年 5 月 30 日院系名称 机电学院 指 导 教 师 专业班级 机设 指导教师职称 学生姓名 院系毕业设计（论文）工作领导小组组长签字 摘 要纺织行业是我国主要的对外输出产业，而大量的纺织企业却依然停留在人工操作机械设备的阶段。这主要是缘于国外先进的纺织机械费用昂贵及我国的自主研发能力较低。目前，国内研发纺织机械依然停留在模仿国外先进设备的水平上，缺乏面向各种不同情况下的独立研发能力，系统的稳定性及可靠性也缺乏足够的保障。而细纱机更是纺织机械的最后一道工序，对产品的质量及效率要求
2、就更高。它是降粗纱或条子纺制成一定特数的细纱，供纺织生产用。目前，我国普遍使用的细纱机有 A512 型、FA502 型、FA506 型等。其中FA506 型是我国目前生产的一种比较先进的机型，它主要用于纺制棉纤，化纤，和混合纤维等细纱。本文以 FA506 型细纱机为研究对象，分析其技术特点，在消化和吸收吸收其主要电路原理和工作原理的基础上，阐述了细纱机的锭子传动、牵伸传动和钢领板升降的电气控制，给出了控制系统的总体设计方案，控制系统结构和原理、电路原理图。在理论分析基础上，本文还重点介绍了以PLC 核心控制器的智能控制系统的设计方案。并且阐述了系统的硬件组成、功能及系统软件的设计方法。关键词：
3、细纱机； 电气控制系统；电路原理图；PLC 控制方式 。全套图纸加153893706AbstractTextile industry is Chinas major export industries, and a lot of textile enterprise still stay in artificially operating machinery equipment stage. This is mainly because foreign advanced textile machinery expensive in China and independent research
4、and development capacity is low. At present, the domestic research textile machinery still stay in imitating foreign advanced equipment level, lack of different situations for independent research and development ability, the systems stability and reliability also lack enough protection. And the mor
5、e textile machinery spinning last procedure, to the quality of the products and efficiency requirements is higher. It is drop roving or note the number of spinning, made certain for textile production, with spinning.At present, our country has the widespread use of A512 type, FA502 type, type FA506
6、etc. One type is our countrys current production FA506 a kind of more advanced type, it is mainly used for spinning cotton fiber and chemical fiber, and hybrid fiber yarn. Based on the spinning FA506 type as the research object, analyzes its technological features in digestion and absorption, absorb
7、 the main circuit principle and working principle, this paper elaborates on the basis of spindle drive spinning, and drafting transmission and steel brought board of electrical control, lifting given overall design scheme of the control system, the control system structure and principle, circuit pri
8、nciple diagram. On the basis of theoretical analysis, this paper also introduces the core controller with PLC control system of intelligent design. And describes the systems hardware composition, function and system software design method.Key words: spinning ；Electrical control system ；Circuit princ
9、iple diagram ；PLC control mode目 录1. 绪论 .11.1 问题的提出 11.2 国内外现状 11.3 发展趋势和意义 22. 系统分析和总体设计 .22.1 纺纱机工艺流程 22.2 需求分析 42.3 控制系统的总体设计 42.3 相关参数的分析和计算 52.3.1 卷绕过程分析 .52.3.2 主要卷绕参数 .62.3.3 其它控制参数 .83 控制系统的硬件设计 .83.1 整体规划 83.2 控制系统的硬件构成 83.3 控制系统的控制原理及特点 93.4 电路分析 103.4.1 电动机 .103.4.2 引出电源 .103.4.3 输出部分 .103
10、.4.4 可编程控制器 .113.5.1 开关量输入 .123.5.2 频率量输入 .123.5.3 执行机构 .124. 控制系统的软件结构设计 .144.1 需求分析 144.2 任务划分 144.2.1 任务划分原则 .154.2.2 任务构造 .164.2 人机界面设计 185. 总结 19参考文献 .19附录 .22致谢 .29武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文11. 绪论1.1 问题的提出细纱机是纺织工业的重要生产设备，是纺织厂产量的决定性因素之一。目前，国内棉纺厂所使用的细纱机大多采用总轴传动方式，落纱过程通过人工操作完成。存在着更换纺纱品种过程繁琐、调速精度低、锭速低、筒管
11、卷装形式单一、试纺品种窄、机器生产效率低、自动化水平低等诸多缺点。另外，其成型机构主要靠等速回转的桃形凸轮控制，有着自身不可忽视的缺点：凸轮有桃尖冲击、桃底停顿等问题，导致噪音大、成纱不良、纱线易断、工人接纱工作繁重。航空航天工业部新兴仪器厂生产的细纱机机械结构复杂，控制系统体积大、成本高、人机交互不便，也存在上述种种缺点。随着对纺织工业要求的提高，已经很难满足高质量、高效率、低污染的要求。因此，我们对原产的细纱机进行技术改造，研制新的细纱机自动控制系统，以满足生产和市场的需要。1.2 国内外现状目前，国外纺织器材总的特点是：融机电仪于一体，纳新工艺、新设计于一身。现代纺织除主机外，还装备有工
12、艺参数自动显示系统、在线检测系统、伺服系统以及计算中心、成本控制中心联网的装置等。材质优良、整体稳定。现代纺机零部件材质优良，尤其是高速转动、传动或移动工艺部件和专件。精度和自动化程度空前提高。数控车、铣、镗、磨床等一系列高精机具保证了纺织专件的高水准和精度，使其高速运转轻快、噪声低、平稳。环锭细纱机的发展呈现出机台超长、高速、大牵伸、自动化、连续化和智能化的发展趋势。相比之下，国内的纺织设备在产品造型、适用范围、自动化程度等很多方武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文2面都存在不足，尽快提高国产纺织机械技术水平并进行创新设计是当务之急。而利用微电子技术、计算机技术改造机械装备，是当今世界新技
13、术的发展潮流，是用新技术改造传统产业的主攻方向，是提高产品质量、生产率及经济效益的重要手段。1.3 发展趋势和意义细纱机控制系统的研制成功，是纺织机械机电一体化进程中的一次较大的进步。它采用单片机控制技术和先进的接口技术，具有方便良好的人机界面，克服了以往细纱机更换纱支型号困难、人机交互不便、工作方式单一等缺点。体积小、价格低、自动化程度高、控制精确，能节省大量人力、物力、财力，带来良好的经济效益，具有很好的推广市场价值和广阔的发展前景。在生产方面，随着纺织工业对细纱质量和社会对工作环境要求的提高，如何实现细纱机的进一步电子化是纺织设备上水平、上档次需要解决的首要问题；同时，如何把细纱机的成纱
14、质量作为反馈信号构成闭环控制系统是下一步细纱机的发展方向。在管理方面，本课题用单片机完成了对细纱机的控制，而在纺织生产的工厂中，一个车间一般都有几十台以上的细纱机，整个工厂还有其它工序的不同设备。在完成了单机控制系统设计的基础上，应当致力于把一个车间、一个工厂乃至整个生产、储存、销售体系的联合管理作为本课题的后续研究方向。系统联网后，能实现生产和管理的智能化和网络化，节省许多人、财、物力，给工厂、公司乃至社会带来更好的经济效益。2. 系统分析和总体设计2.1 纺纱机工艺流程细纱机是纺织工业的重要生产设备。目前，国内棉纺厂所使用的细纱机落纱过程主要通过人工操作完成。存在着更换纺纱品种过程繁琐、调
15、速精度低、锭速低、筒管卷装形式单一、试纺品种窄、机器生产效率低、自动化水平低等诸多缺点。随着纺织工业要求的提高，已经很难满足高质量、高效率、低污染武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文3的要求。本节分析了细纱机的工作流程。细纱工序的产品是细纱。细纱生产是纺纱生产过程中最终成纱的一道工序。细纱工序是将粗纱纺成具有一定线密度并符合国家质量标准的细纱，供捻线、机织或针织使用。细纱工序的主要任务是:牵伸:将喂入的粗纱均匀地抽长拉细到细纱所需要的线密度。加捻:将抽长拉细后的纱条加上适当的捻度，使细纱具有一定的强力、光泽、弹性和手感等物理机械特性。卷绕成型:将纺成的细纱按一定的要求卷绕在筒管上，以便加工。
16、细纱机工作流程如下图所示。粗纱从吊锭上的粗纱管上退绕出来，经过导纱杆及缓慢往复运动的横动导纱喇叭口，喂入牵伸装置进行牵伸。牵伸机构是通过前后 2 个速度不同的罗拉使粗纱拉伸为细纱。粗纱经牵伸装置牵伸后形成纱条，纱条从前罗拉输出并受到加捻，经过导纱钩，穿过钢丝圈绕在紧套在锭子上的筒管上。锭子细纱机工作流程高速回转时，筒管带着纱回转，从而带动了钢丝圈，使之沿着钢领高速回转，钢丝圈每转一转，就给纱条加上了一个捻回。同时，由于钢领对钢丝圈的摩擦阻力，纱在紧张的状态下拖动钢丝圈，使钢丝圈的回转速度慢于筒管的回转速度，因而将前钳口连续输出的纱条卷绕在筒管上。钢丝圈每落后筒管一转，筒武汉纺织大学 2011
17、届毕业设计论文4管就绕上一圈纱，并随钢领板的规律性升降绕成符合一定要求的管纱。锭子的转速和前罗拉的线速度之间的关系决定了纱线的捻度，而钢领板的升降运动决定了纱线的成型。2.2 需求分析在认真听取老师的意见和要求，深入分析细纱机的生产过程；同时，积极查阅各种纺织技术相关资料，充分了解细纱机的工艺要求以及国内外最新的技术动态。经过一段时间的努力，明确了本课题的任务，确定了各项具体技术指标。课题任务是在充分考虑我国棉纺厂的技术管理水平和经济能力的基础上，研制与我国市场上现有的主流细纱机种生产机构相适应，具有较高机电一体化程度的控制系统，初步方案确定如下：、用微机控制整个纺纱过程，取消全部中间继电器和
18、时间继电器，减化强电系统，提高控制系统的可靠性、稳定性和安全性。、用微机控制纱线卷绕成型系统，取消成型凸轮、升降杠杆、级升机构、交换棘轮和级升电机，简化机械结构，降低成本。、用微机系统监测和显示纺纱过程，实时监测锭速、前罗拉转速、纺纱捻度、纱线号数、各班产量等。、提高自动化程度，只需选定工艺参数，细纱机自动完成钢领板复位、风机启动、主电机启动、根据大小纱高度进行成型调整、按长度落纱复位等操作。2.3 控制系统的总体设计PLC 控制系统能够很好地满足厂方所提出的各项要求，初步确定设计为：细纱机的 PLC 控制系统。1、输入量系统的输入量包括：主轴传感器、前罗拉传感器、后罗拉传感器、紧急停车、风机
19、起动、低速启动、高速启动、中途停车、中途落纱、钢令板复位停、满纱信号、下钢令板停、关主电机、下钢令板、刹车、吹吸风开关、吹吸风开、密码锁、落纱电源开、落纱电源关、手动自动。武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文52、输出量系统的输出量包括：风机、钢令板升、钢令板降、油泵、吸吹风、落纱电源指示、制动器、落纱电源、低速运行、高速运行。3、输入/输出通道除了键盘和显示器的输入/输出以外，系统有输入通道 2 个，分别是转速检测信号的输入通道和开关量的输入通道；输出通道有 2 个，分别是驱动步进电机和驱动继电器的通道。根据以上分析，控制系统的结构如图所示。8051存储器显示光电隔离指示灯键盘光 电 隔
20、离细纱机控制系统组成系统由三个磁检测传感器（霍耳开关）分别送入钢领板复位信号、前罗拉转速信号和主轴转速信号，在控制系统面板上对应的各种按键的操作下，把取入的信号及状态命令送入 CPU，进行快速处理，算出逻辑关系并送出信号，实时控制风机、主轴电机、刹车及落纱信号灯；同时，CPU 根据状态及要求，不断地发出驱动脉冲及控制驱动方向，送入步进电机驱动器，由驱动器对驱动脉冲进行环形分配及功率放大，驱动五相步进电机，经链轮机构，带动钢领板进行合谐的升降，从而实现成纱运动。武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文62.3 相关参数的分析和计算2.3.1 卷绕过程分析为了增加管纱的容纱量和提高成型质量，卷绕成型
21、的管纱由管底和管身组成，如图。管纱结构细纱机先卷绕管底并完成管底成型（即在筒管下部卷绕出一个截头圆锥基座） 。开始时，第一层纱线绕在空管上，以后的纱线逐层履盖在前一层上面，随着钢领板的级升，每次动程顶部的纱均绕到空管上。随着卷绕的进行，管纱的直径和成纱角不断增大，当其达到最大值时，管底成型完成，进入管身卷绕阶段。根据几何知识，由图分析可知管底部份每层纱的级升 m 应比管身部份小，从空管卷绕开始，级升由小逐层增大，管底卷绕完成后转为常数。2.3.2 主要卷绕参数为了使纱线卷绕层次分明、有条不紊，应按一定的螺旋线形式绕成管纱（纱圈螺旋线如图） 。武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文7纱圈螺旋线1
22、、法向螺距 hn：是相邻纱圈之间的最短矩离。hn 必然与纱圈垂直。为使相邻纱层层次分明而不紊乱，以利退绕时不易脱圈断头，要求钢领板在上升时慢而下降时快。如此使上升时的螺距 h和下降时的螺距 h疏密不等。螺距小而卷绕密的上升过程，称为卷绕层；螺距大而卷绕稀的下降过程，称为束缚层。卷绕层与束层交替相间，便层次分清而不乱。 。一般卷绕层32hin法向螺距 h等于纱线直径 d 的四倍： ，其中 Nm 为绵纱公支数，mNd25.1） 时 棉 纱 重 量 （公 定 回 潮 率 （ ）棉 纱 长 度 （ kg%85.0mNmmmd4hmmin5N2、最大卷绕半径 R：也就是卷装半径。卷装半径小，有利于锭子速
23、度的提高，但落纱次数频繁，降低了劳动生产率；反之，放大卷装半径，则不不利于高速，耗电多，但却可以减少落纱次数，提高劳动生产率。一般选用 42*180或 35*180 的卷装。3、空筒管半径 r0：最小卷绕半径。r0 取小，可以增大卷装容量，但 r0 太小，则将增加纺至小半径（即 r0）时的纺纱张力，增加断头。一般经验数据武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文8为：。5.042纲 领 直 径r4、锥角 2：锥角不宜太大或太小。太小将减少卷装容量，太大时则在高速退绕或投棱冲击下极易脱圈。一般 。1505、等矩螺旋线的纱线长度由纺织学原理，直接引用其推论所得，卷绕层绕纱长度为：sin)(20hrRL
24、束缚层的绕纱长度为：sin)(20hrL2.3.3 其它控制参数主电机转速：实测前罗拉转速：实测锭速：锭速=捻度*罗拉线速捻度： eNT产量：产量=罗拉周长*罗拉已转的圈数3 控制系统的硬件设计3.1 整体规划控制系统硬件设计主要包括 MCU 选择、输入参数的检测和传感器的选择、输出驱动方式和驱动元件的选择、人机联系方式的选择，最后生成控制系统控制原理和接线图，详见附录。由于系统对速度的要求不是很高，采用集成度高、体积小、可靠性高、价格便宜的单片机系统控制是最佳选择。3.2 控制系统的硬件构成电气系统主要的组成部分有:PLC、触摸屏、继电器、接触控制器、主电动机及低压电器元件。继电器可与可编程
25、控制器（PLC）混合控制；继电器，可编武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文9程控制器与变频器混合控制。（1）触摸屏显示部分采用 TP27 触摸显示屏做人机界面，完成参数设定、显示，可直接设定锭子运行曲线，实现控制柔性化。并能根据工艺要求修改参数。TP27 与 PLC 之间以PPI 协议通讯，传送速度 19.2Kb/s。（2）PLC 本机采用欧姆龙 CP1H-XA40DT-D 系统 PLC，它是系统的指挥中心，完成全机开关量输入、数据检测以及数据计算和过程控制，实现纺纱过程自动化和机器运行情况监控。在主轴、前罗拉、后罗拉部位安装上传感器。其作用是自动检测纺纱过程中主轴、前后罗拉的运行数据，为计
26、算班产量、锭速、牵引倍数、细纱号数、捻度等工艺参数以及为锭子速度曲线控制提供数据。成形桃轮位置传感器使停车时能按一定顺序和位置停车，有利于下一次开车，减少开车断头，实现纱线自动留头。钢领板行程传感器用来确定钢领板在开车、满纱、落纱时的位置。指令开关用来发送开车、中途停车等指令。（5）其它执行机构该部分包括吸风电动机、钢领板电动机、自动润滑装置、吹吸风电动机、落纱电源、制动器和信号灯，由连接到 PLC 输出点的接触器驱动或由 PLC 输出点直接驱动。3.3 控制系统的控制原理及特点细纱机电气控制系统具备纺纱过程所需的自动开车、钢领板自动升降、中途停车后自动跟踪开车、自动落纱、自动留头等功能，此外
27、，还能设定显示纺纱的工艺参数，实现定长落纱和锭子速度曲线控制以及班产累计等功能。可按设定条件对纺纱过程的锭速、牵伸倍数、细纱号数、捻度等进行计算并自动显示，并依据机上各部分传感器自动协调控制。特别是定长落纱和自动落纱，降低操作者劳动强度；锭子曲线控制提高了纱线的质量和保证了纱锭成型，提高了全机的产量。工作人员可以通过触摸显示屏做的人机界面完成数据显示和工艺参数、速度曲线的设定。PLC 读取触摸屏中设定的数据并加以运算，采集输入端的各种信号，武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文10通过对电机控制器、接触器进行控制驱动各电动机运转，使全车按程序自动协调运行，同时把需要显示的数据或故障信息通过触摸
28、屏显示出来。PLC 对电机控制器通过通讯进行控制，定时比较检测锭速和设定锭速:当偏差过大时(3%，全机自动停车，触摸屏显示报警信息;当偏差较大时(3%且0.5%)，对电机控制器输出自动作适当修正，实现一种简易的速度闭环控制。电机控制器根据 PLC 传送的速度曲线，通过采用自适应控制算法控制主电机而自动调整锭子运行速度。系统设计特点：1.用 PLC 控制整个纺纱过程，纺纱过程所需的自动开车、钢领板自动升降、中途停车后能自动跟踪开车、自动落纱、自动留头等功能。2 能设定显示纺丝的工艺参数，实现定长落纱和锭子速度曲线控制以及班产累计等功能。3.对纺纱过程的锭速、牵引倍数、细纱号数、捻度等进行计算并自
29、动显示，并依据机上各部分传感器自动协调控制。3.4 电路分析电器原理图见附录。附录三为电器原理图的主电路，由自动空气开关 QF1-QF6，接触器 KM1-KM4，中间继电器 KA1-KA6 和三相交流异步电机 M1-M6 及参数显示仪 B1 等组成；控制电路由 PLC 和各种开关，电源组成。3.4.1 电动机M1：钢领板升降电动机（180W）;M2:淋（滴）油电动机；M3：吸风电动机（1.5kW 或 2.2kW） ；M4:主轴电动机（15/7kW，6/4 极，960/1440r/min） ；M5：吹吸风电动机（750W） ；M6：行走电动机（180W） 。3.4.2 引出电源锭子清洗机电源插座
30、（380V，三相） ；落纱电源（36V，三相） 。武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文113.4.3 输出部分Y1:打撑爪电磁铁 停车时动作，打开撑爪，使钢领板下降和主轴制动；Y2：单片制动电磁铁；交流接触器：KM1-KM4 分别控制 M3、M4 的正反转和落纱电源的通断；中间继电器：KA1-KA6 分别控制 M1、M2、M5、M6 的通断和正反转。输出部分按钮共有 12 个：SB01:紧急停车用，装在车头操作板上；SB07:关落纱电源用，装在车尾操作板上；SB08:关吸吹风用，装在车尾操作板上；SB1：风机启动用，装在车头操作板上；SB2：低速启动用，装在车头操作板上；SB3：高速其动用，
31、装在车头操作板上；SB4：中途停车用，装在车头操作板上；SB5：中途落纱用，装在车头操作板上；SB6：手动、自动切换，装在车头操作板上；SB7：落纱电源开关，装在车尾操作板上；SB8：吹吸风开关，装在车尾操作板上；SB：电源，装在车尾操作板上。行程开关共 7 个：SA11:钢领板复位停，装载车头箱内，钢领板复位后断开，使钢领板升降电动机停转;SA12:满纱信号，装在车头箱内，满纱后闭合，使满纱指示灯电路接通；SA13:下钢领板停，装载车头箱内，钢领板下降到位后断开；SA6:车头限位，装在吸吹风机运行轨道车头位置上，吹吸风机行至车头时碰开 SA6;SA7:车尾限位，装在运行轨道车尾位置上，吹吸风
32、机行至车尾时碰开；SA8:吹吸风停，受压时断开；SA3:门开关，开门后断开，关门后闭合。接近开关共 3 个:武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文12SQ4:关主机；SQ5:下钢领板；SQ6:主轴制动。A1：落纱复位按钮。3.4.4 可编程控制器PLC 是控制线路的核心。将输入的各种信号经 PLC 进行逻辑处理后，控制接触器、电磁铁等按规定程序动作。控制系统主要由 PLC 来控制和检测信号。主要分为开车和满纱 2 个控制过程:1.开车起动过程合上吸风起动按钮后，风机交流接触器吸合，风机电动机开始运转、同时钢领板升、降电动机运转，使钢领板自动上升至始纺位置，碰撞限位开关，钢领板电动机停止运转，
33、钢领板被限位在始纺位置，至此主轴电动机才允许起动运行。合上低速起动按钮，主轴电动机慢速启动，延迟一段时间后，主轴电动机自动转为高速。2.满纱过程细纱机运行至满纱，输入点闭合，停主电机。当与成型凸轮同轴安装的三片突起的第一个突起经过接近开关 Gl 时，撑爪触点闭合，停主电机。随着机器惯性转动，第二个突起经过接近开关 G2 时，钢领板下降至落纱位置。第三个突起使 G3 接近开关闭合，单片电磁离合器使主电机制动停转。故在本设计中，使用的控制系统也应完成以上 2 种控制过程，以达到满足现有机械设备与现场工艺的要求，完成整个系统的可靠移植。因本设计是建立在工艺与设备已经成熟的基础上，仅仅是改变控制方式，
34、故原系统的 PLC 控制方式实现的功能必须予以保留，在能完成原有功能的基础上，逐步添加新功能，对细纱机控制方式使用嵌入式控制器进行一个新的尝试。武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文133.5 I/O 接口电路3.5.1 开关量输入系统对钢领板复位信号的测量是通过一个霍耳传感器实现的。3.5.2 频率量输入系统对主电机和前罗拉转速的测量分别通过一个霍耳传感器输入，利用P89C51RD2 的可编程计数阵列（PCA） ，通过软件实现，具体实现方式见软件设计章节。3.5.3 执行机构系统通过五个固态继电器驱动大功率的普通继电器，分别控制主电机停止、主电机低速、主电机高速、刹车和落纱信号灯。固态继电器
35、（SSR）是一种全部由固态电子元件（如光电耦合器、晶体管、可控硅、电阻、电容等）组成的无触点开关器件。与普通继电器一样，它的输入侧与输出侧之间是电绝缘的。与普通继电器相比，SSR 体积小，开关速度快，无机械触点，因而没有机械磨损，不怕有害气体腐蚀，没有机械噪声，而震动、冲击，使用寿命长。它在通断时没有火花和电弧，有利于防爆，干扰小。另外，SSR 的驱动电压低，电流小，易于与计算机接口。因此，SSR 作为自动控制的执行部件得到越来越广泛的应用，也适用于本系统。武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文143.6 I/O 分配表输入点 地址 输出点 地址主轴传感器 I0.00 风机 Q100.00前罗
36、拉传感器 I0.01 钢令板升 Q100.01后罗拉传感器 I0.02 钢令板降 Q100.02紧急停车 I0.03 油泵 Q100.03风机起动 I0.04 吸吹风 Q100.04低速启动 I0.05 落纱电源指示 Q100.05高速启动 I0.06 制动器 Q100.06中途停车 I0.07 落纱电源 Q100.07中途落纱 I0.08 低速运行 Q101.00钢令板复位停 I0.09 高速运行 Q101.01满纱信号 I0.10下钢令板停 I0.11关主电机 I1.00下钢令板 I1.01刹车 I1.02武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文15吹吸风开关 I1.03吹吸风开 I1.04
37、密码锁 I1.05落纱电源开 I1.06落纱电源关 I1.07手动自动 I1.084. 控制系统的软件结构设计4.1 需求分析需求分析控制系统需求如下：实时检测主电机、前罗拉转速，检测钢领板复位信号；根据检测信息，按照既定规则和参数计算并显示计算结果；根据计算结果，实时控制步进电机动作，驱动钢领板作有规律升降，完成纱线成型；根据系统当前状态，按照既定程序自动控制风机启停，控制主电机低速、高速、停止，控制刹车抱松，控制落纱信号灯；接收输入信息，人为控制细纱机系统启动、停车、低速转高速、落纱等；接收输入信息，修改相关参数。4.2 任务划分在设计任务系统时，首先要分析用户需求，对系统内所实现的功能进
38、行划分，构造在系统中运行的任务。所划分任务的好坏直接影响到了系统性能的好坏和执行效率的高低。因此，在进行系统设计时，任务的划分应当成为设计的重点。在划分任务时，有些一般性的原则需要遵守，可快速有效地根据系统所实现的功能划分出任务。继电器的驱动模块；程序自监控模块。武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文164.2.1 任务划分原则分析数据流的变换，确定哪些变换可以并行，而哪些变换在本质上是顺序的，通过这种方法，划分任务。一个变换对应一个任务，或者一个任务包括几个变换。一个变换是应该成为一个独立的任务，还是应该和其它变换一起组成一个任务，决定的原则如下：I/O 依赖性；时间关键性的功能；计算量大的
39、功能；功能内聚；时间内聚；周期执行的功能。根据以上任务划分原则及系统的数据流图，可将系统任务初步划分如下：细纱机控制系统任务划分图武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文17任务划分合理化的判断与修正：若任务切换过于频繁，是由于任务划分过细，把任务当成功能使用的结果。改进的方法是：将任务变成子程序。若在事件发生时调用的是子程序，则是由于任务划分太粗。改进方法是：将子程序划分为任务。4.2.2 任务构造根据 3 种不同的 I/O 事件：中断驱动事件、轮询事件、输出事件来构造 I/O 任务。轮询事件通常由 1 个任务来实现，实时内核以固定周期对任务进行调度；输出事件常常被设计为可重入的程序而不是任务
40、；中断驱动事件是一类典型的异步事件。系统内部任务可以分为：（1）周期性任务实时内核基于固定周期调度的任务；（2） 异步任务非周期或事件驱动的任务，内核根据需要进行调度，用于处理系统内部产生的事件；（3） 控制对象为状态机创建的控制任务，用于实现状态转换；（4） 用户接口 对应于用户任务，在用户驱动的系统中，用户任务具有高优先级。利用任务的共同特征进行适当的任务合并，可以简化系统任务模型，减小系统复杂度，消除某些任务的切换开销从而减少系统的总体开销。任务合并可分为：（1） 根据时间一致合并，将同一事件激活的优先级相同的函数合并在1 个任务中；（2） 根据控制一致合并，将 1 个控制结构驱动的所有
41、函数组合在 1 个任务中；（3） 根据函数一致合并，将几个使用相同数据的函数合并，使原来共享的数据成为任务内的局部数据，从而减少互斥。根据以上原则，将任务作如下分解。武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文18细纱机控制系统任务分解示意图联系系统的实际情况，对系统的最终划分如下：1、任务初始化任务键盘扫描任务显示刷新任务数据处理与计算任务主电机低速-高速运行闹钟任务刹车时间闹钟任务监控和错误处理任务2、中断主电机转速测量中断前罗拉转速商量中断钢领板复位中断步进电机驱动中断3、程序武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文19键处理程序显示数据处理程序继电器驱动程序其它支持程序程序的编制建立在对系统状
42、态详细的分析基础之上，根据以上原则，进行程序的编制，详见附录。4.2 人机界面设计1、键盘键盘作为细纱机控制系统人机交互界面的主要组成部分，担负着传递用户命令至控制器的任务。按人机交互系统对其不同的响应过程，可将按键分为两类：（1）上/下/左/右移动选择键这四个键用于菜单选择、屏幕翻页、选项选择等，在某些特定状态下还具有参数选择和输入的功能。（2）确认键此键用于选定操作。在液晶屏幕和菜单驱动程序的配合下，这五个按键可以实现系统的全部需求功能。2、LCD 显示屏LCD 屏幕在细纱机控制系统的人机交互中担负着传递细纱机系统信息给操作者的任务。为了使操作简单方便，屏幕信息的显示采用了分层菜单结构，辅
43、以移动选择键和确认键，可以完成整个菜单的完全检索。菜单结构是建立在“页面”的基础上，所谓“页面” ，指的是 LCD 上显示的一屏，由两部分组成：静态文本和动态数据。静态文本包括说明性的文字及提示信息等，由汉字和字符组成，在人机交互软件中是用字符串来表示的；动态数据指实时刷新的数值或可由用户修改的信息，在人机交互软件中是用数值变量来表示的。3、按钮界面上有两个按钮，分别是：（1）系统电源：用于系统的上电。武汉纺织大学 2011 届毕业设计论文20（2）紧急停车：用于特殊情况下的停车操作，其电路与控制系统无关。5. 总结细纱机的自动控制系统，是实现棉纺细纱机机电一体化的关键技术，涉及成纱理论、机械
44、传动、微机控制及电子驱动等领域，具有很大的复杂性。系统以软件凸轮为中心构成了卷绕成型系统，取代了成型凸轮、升降杠杆、交换棘轮和级升机构，极大地简化了原来复杂的机械传动机构，有效地实现了成型所需的一切数学处理要求，不再有凸轮带来的换向冲击、滞后停顿和棘轮倒退所造成的乱纱；同时，用微机来进行整个纺纱过程的监控，减轻了劳动强度，提高了劳动生产率。本文以 FA506 型的细纱机为研究对象，分析了细纱机的控制需求、各个模块的工作原理，同时研究了基于 PLC 的加控制方案。由于时间关系和本人的能力有限，本设计还有需要改进的地方。参考文献（1）刘裕宣，陈人哲.纺织机械设计原理.北京:纺织工业出版社,1984
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