Содержание к диссертации
Введение
1. Обоснование основных задач, подлежащих разработке 10
1.1. Тенденции в развитии ткацкого оборудования 10
1.2. Обзор устройств натяжения основы на ткацких станках . 21
1.3. Выводы по главе 1 41
2. Идентификация и исследование устройства стабилизации натяжения основы на ткацком станке.. 44
2.1. Анализ механизма отпуска и натяжения основы на ткацком станке типа ATI IP 44
2.2. Модель взаимодействия нитей основы с подвижной системой скала и навоем 48
2.3. Определение динамических характеристик системы "основные нити - навой" для пневморапирного станка 53
2.4. Разработка структурной схемы САУНО 59
2.5. Выводы по главе 2 66
3. Структурное проектирование устройства натяжения основы на ткацком станке ... 67
3.1. Особенности структуры механизма натяжения основы на ткацком станке 67
3.2. Математическое моделирование механизма натяжения основы на базе микропроцессорного контроллера 69
3.3. Имитационное моделирование механизма натяжения основы на базе цифрового устройства 83
3.4. Экспериментальное машинное исследование метамодели механизма натяжения основы с микропроцессорным блоком 91
3.5. Выводы по главе 3 98
4. Конструктивная разработка устройства стабилизации натяжения основы ткацкого станка ...99
4.1. Методы проектирования электромеханических устройств 99
4.2. Разработка параметрической схемы цифрового блока 101
4.3. Обоснование выбора элементной базы 102
4.4. Разработка алгоритма и программы управления исполнительным механизмом натяжения основы 110
4.5. Выводы по главе 4 113
5. Экспериментальное исследование цифрового устройства натяжения основы на ткацком станке . 114
5.1. Исследование системы натяжения основы и оценки функционирования цифрового устройства стабилизации натяжения основы ткацкого станка 114
5.2. Сравнение функционирования цифрового устройства натяжения основы и результатов моделирования механизма натяжения основы на пневморапирном ткацком станке 119
5.3. Выводы по главе 5 123
5.4. Общие выводы и рекомендации 124
Список литературы 126
Приложение..
- Обзор устройств натяжения основы на ткацких станках
- Определение динамических характеристик системы "основные нити - навой" для пневморапирного станка
- Имитационное моделирование механизма натяжения основы на базе цифрового устройства
- Разработка алгоритма и программы управления исполнительным механизмом натяжения основы
Введение к работе
На производительность в ткачестве большое влияние оказывает уровень обрывности нитей. Из-за высокой обрывности ухудшается качество ткани и увеличивается простой оборудования, что приводит к увеличению затрат предприятия, к нарушению работы оборудования, быстрому выходу его из строя. Из-за нестабилизации технологического процесса (ТТЛ) повышается расход материала. Вот почему для успешного функционирования предприятия одной из важнейших задач является необходимость снижения уровня обрывности нитей. Решение этого вопроса позволит уменьшить расход сырья и сократить число браков, увеличить производительность оборудования и срок его службы. В конечном итоге это позволит сэкономить значительную часть денежных средств предприятия и увеличить его доход. Обрывность нитей в основном зависит от пороков пряжи и неправильной подготовки ее к ткачеству. Поэтому решать проблему обрывности нужно еще на этапе подготовки пряжи. Но полностью решить эту задачу не удается, и поэтому приходится заниматься ей и в ткачестве. Одной из причин обрывности является несоблюдение требований технологического процесса. Для создания необходимых условий формирования ткани необходимо поддерживать оптимальное натяжение основы, что достигается с помощью механизма отпуска и натяжения основы. Действия батанного механизма, зевообразовательных механизмов, товарного регулятора, механизма отпуска и натяжения основы вызывают циклически изменяющуюся деформацию. При этом основа испытывает деформацию и истирающее воздействие со стороны поверхностей, о которые соприкасаются нити: поверхность скала, ламели основонаблюдателя, галева ремизок, зубья берда. В конечном итоге два фактора - деформация нитей и число циклов истирания - являются основными критериями, которые определяют уровень
обрывности на ткацком станке.
Механизм основного регулятора оказывает существенное влияние на его силовое взаимодействие с упругой заправкой станка. Его воздействие на нити основы при неправильном подборе технологических параметров может оказаться разрушающим и привести к невозможности выработки определенного артикула ткани на конкретном станке. Чтобы процесс ткачества протекал оптимально, необходимо стабилизировать величину натяжения заправки в пределах упругой деформации основы. Исходная заправка (натяжение всех нитей в момент начала работы станка) является статической составляющей натяжения основы. Кроме статического натяжения на основу в процессе тканеобразования действует еще и динамическая составляющая. На нее влияет подвижная система скала и механизм навоя. В процессе работы ткацкого станка отпуск основы с навоя должен быть на величину уработки больше длины нарабатываемой ткани. Для выполнения этого условия необходимо поддерживать постоянство статической составляющей натяжения основы при равномерном сходе ее с навоя за весь период работы станка [1].
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Аюуальность темы. Активное применение средств автоматизации и микропроцессорной техники для контроля и управления основными функциями станка является перспективным направлением в развитии ткацких станков, благодаря которому можно существенно повысить производительность труда и информируемость о ходе технологического процесса. На производительность в ткачестве большое влияние оказывает уровень обрывности нитей. Для успешного функционирования фабрик одной из важнейших задач в ткачестве является необходимость снижения уровня обрывности нитей. К причинам, вызывающим обрывность, относится несоблюдение требуемого натяжения основных нитей, являющегося самым важным источником информации о состоянии ткацкого станка и самым главным параметром технологического процесса. Действие батанного зевообразовательного механизма вызывает циклически изменяющуюся деформацию, а действие товарного регулятора и механизма отпуска -нециклически изменяющуюся деформацию основы. Для создания необходимых условий формирования ткани необходимо оптимизировать натяжение основы в ткачестве и минимизировать отклонение натяжения основы по углу поворота главного вала за цикл. Эти условия являются требуемой функцией устройства механизма отпуска и натяжения основы [2J.
Таким образом, разработка и исследование устройства стабилизации натяжения основы ткацкого станка путём применения средств автоматизации и микропроцессорной техники является задачей своевременной и актуальной.
Цель и задачи работы. Целью работы является разработка устройства стабилизации упругой заправки на ткацком станке. Она направлена на создание методов структурно-параметрического проектирования механизма отпуска основы с навоя и оптимизации
натяжения ткани в процессе ткачества.
Для достижения поставленной цели решены следующие научные и технические задачи:
определены методы и средства стабилизации натяжения основы на ткацком станке;
создана имитационная модель упругой заправки на ткацком станке в одном цикле его работы;
- разработана методика структурно-параметрического проекти
рования устройств натяжения основы на ткацком станке;
- получена метамодель стационарной работы станка типа АТПР;
- выполнена конструктивная разработка адаптивного цифрового
блока натяжения основы.
Методика исследований. Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования.
В теоретических исследованиях применены методы теории механизмов и машин, механики нити, дифференциального и интегрального исчисления, теории тканеформирования, теории автоматического управления, основы проектирования микропроцессорной техники, теории математического и имитационного моделирования.
Экспериментальные исследования проводились с применением методов физического моделирования и тензометрических измерений, при обработке результатов измерений использовались методы математической статистики.
Научная новизна. В диссертационной работе впервые получены следующие результаты:
1. Разработана имитационная модель натяжения основы на
пневморапирном ткацком станке в одном цикле его работы.
2. Предложено адаптивное управление упругой заправной ткацкого
станка.
Получена и обоснована метамодель стационарной работы станка типаАТПР.
Создан алгоритм стабилизации среднего натяжения основы и минимизации перепада деформации нитей от процесса зевообразования и прибоя.
5. Разработаны методики структурно-параметрического проекти
рования устройства стабилизации натяжения основы на ткацком станке.
Практическая ценность. Предложенное устройство адаптивного управления натяжением основы на пневморапирном ткацком станке позволит оптимизировать проектирование и создание совершенного ткацкого оборудования.
Ценность выполненной работы состоит в непосредственном использовании полученных результатов для совершенствования ткацкого оборудования и процесса формирования ткани в поле упругой заправки (пат. 34937 РФ).
Результаты диссертационной работы внедрены в учебном процессе и используются в курсах учебных дисциплин при подготовке студентов по направлениям "Автоматизация и управление" (220200), "Технологические машины и оборудование" (551800).
Апробация работы. Основные теоретические положения, выводы и рекомендации диссертационной работы апробированы на опытных образцах в лабораторных условиях. Основные результаты диссертационной работы докладывались:
на международной научно - технической конференции 21 - 24 мая 2001 года в г. Иванове, ИГ ГА;
на межвузовской научно - технической конференции 22 - 24 апреля
2003 года в г. Иванове, ИГТА;
3) на международной научно - технической конференции 21 - 24 мая
2004 года в г. Иванове, ИГТА;
4) на расширенном заседании кафедры автоматики и радиоэлектроники ИГТА в г. Иванове в 2004г.
Публикации. Основные результаты выполненных исследований представлены 2 статьями в журнале «Изв. вузов. Технология текстильной промышленности», 3 тезисами докладов на научно-технических конференциях и патентом на полезную модель (пат. 34937 РФ).
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из 5 глав и заключения. Текст изложен на 140 страницах. В работе имеется 6 таблиц, 46 рисунки, список литературы, включающий 63 наименование, и 4 приложения.
Обзор устройств натяжения основы на ткацких станках
Одной из актуальных проблем создания ткацкого оборудования является разработка устройств автоматического контроля и управления перемещением и натяжением основы в процессе тканеобразования. Основные структуры тормозов и устройств подачи основ в зону упругой заправки приводятся в работе [5]. Конструктивно эти устройства выполнены различными техническими средствами. Рассмотрим наиболее распространенные устройства стабилизации натяжения основы. 1.Основный тормоз пневматического станка Л-105 [1, с. 376] Схема основного тормоза станка П-105 приведена в табл. 1.1, поз.1. Сматываемая с навоя 1 основа 2 огибает скало 3 и поступает в рабочую зону станка. Скало помещается цапфами в двуплечих рычагах 4, нагруженных с обеих сторон станка пружинами 5. С одной стороны станка нижнее плечо рычага 4 действует на верхнее плечо условного рычага 6 и прижимает тормозную колодку 7 к поверхности тормозного диска 8.
Статическое натяжение основы (в момент начала движения навоя) определяется силой торможения Т тормозного диска. В свою очередь сила торможения определяется давлением N тормозной колодки 7. В этой конструкции тормоза давление колодки на тормозной диск зависит от суммарного давления пружин и действия равнодействующей натяжения ветвей основы, огибающей скала. При этом равнодействующая ветвей основы уменьшает действие пружины.
При работе ткацкого станка получает вращение валик 14 (табл. 1.1, поз.2) и, следовательно, ведущий диск 3 с профилированным кулачком 2. При каждом обороте диска кулачок входит в контакт с каждым из двух роликов 24. За время контакта диск 3 перемещается вместе с валиком навстречу ведомому диску и прижимается к нему. Вследствие зацепления фрикционных колец ведомый диск дважды сделает поворот на некоторый угол. Вместе с ним повернется червяк, червячная шестерня 15 и все сателлитные шестерни. При этом произойдет поворот обоих навоев. Первый навой повернется за счет поворота пары сателлитных шестерен 7 и 19, которые соединены с шестерней 6 и через нее с ведущей шестерней 5 и навойной шестерней 1. Второй навой получит движение от сателлитных шестерен 8 и 17, через валик 4 связанных с шестерней 10. В результате их движения повернутся ведущая шестерня 3 и навойная шестерня 2.
Угол поворота ведомого диска и, следовательно, навоев определяется временем контакта роликов 24 с профилированным кулачком 2 и зависит от их взаимного расположения.
При увеличении или уменьшении натяжения основы скало опускается. Изменяется время контакта роликов и кулачка, продолжительность сцепления ведущего и ведомого дисков. Как следствие этого, ведомый диск повернется на больший или меньший угол и так же повернется навой. Отпуск основы с навоя возрастет, или подача уменьшится, и натяжение снизится или возрастет.
Нити основы 2 (табл:1.1, поз.З), сматываясь с ткацкого навоя, огибают скало 5. Под действием натяжения основы скало опускается и через рычаг растягивает пружину 10. Опускание скала продолжается до того момента, пока пружина не уравновесит натяжение основы.
Поскольку натяжение основы за один оборот вала циклически изменяется, скало в процессе работы станка колеблется совместно с рычагами 7 и 12. Колебания рычага 7 передаются шестигранному пальцу 8, который перемещается внутри прорези тяги 14, не касаясь болтов 15.
По мере уменьшения диаметра намотки основы на навое ее натяжение возрастает и скало опускается на большую величину. Это приводит к повороту ткацкого навоя. Предлагаемое устройство содержит 2 скобы S1 и S2 (табл.1.1, поз.4), шарнирно закрепленные в точках G1 и G2 к станине ткацкого станка. На этих скобах закреплены подшипники опорных роликов 2 и 3 соответственно. На опорные ролики опирается скало 1, которое прижимается к опорным роликам за счет натяжения основы Or, сматываемой с ткацкого навоя, огибающей направляющий вал 8 и скало 1 и поступающей в зону формирования ткани. Скобы S1 и S2 соединены между собой тягой 4 и шарнирами 5 и 6. Скоба S1 соединена с упругим элементом в виде спиральной пружины. Действие пружины обеспечивает давление скала на основу и ее натяжение. Соответствующим выбором кинематических звеньев устройства можно получить желаемый закон перемещения скала 1. При этом его перемещение происходит не по дуге окружности, как обычно, а по траектории с центром мгновенного вращения,являющимся подвижным.
Предложенный авторами регулятор осуществляет вращение вала (табл. 1.1, поз. 5) ткацкого навоя на высокоскоростном бесчелночном ткацком станке при выработке тканей средней поверхностной плотности и регулирует величину подачи нитей основы в зависимости от уменьшения диаметра навоя и изменения натяжения нитей основы в процессе зевообразования и выработки ткани. Регулятор снабжен основным электродвигателем 2, передающим вращение валу редуктора 3, который через выходной вал 7 соединен с редуктором 3, передающим вращение непосредственно валу ткацкого навоя. Между редукторами расположен передаточный привод 4, имеющий солнечную шестерню 6, входящую на выходном валу, при этом в зацеплении с солнечной шестерней находятся в зацеплении с зубчатой внутренней поверхностью полого зубчатого колеса 9, получающего вращение от червячного колеса 10, вращаемого от управляемого дополнительного электродвигателя, включаемого от электронного управляющего блока.
Предложенное устройство для регулирования натяжения нитей основы выполнено в виде опорного бруса 16 (табл. 1.1, поз.6), на котором закреплены распределенные по ширине основы 19 держатели 54 поворотного элемента 18. На держателях 54 установлены подпружиненные держатели 59 натяжных приспособлений 27. Натяжные приспособления 27 соединены между собой с помощью нескольких элементов жесткости 60 и могут упруго отклоняться под действием натянутых нитей 19 основы, преодолевая сопротивление пружины.
Определение динамических характеристик системы "основные нити - навой" для пневморапирного станка
При создании устройств стабилизации и управления натяжения заправки важную роль играют исполнительные механизмы. Рассмотрим основные тенденции применения приводов.
Индукторный шаговый двигатель (ПІД) имеет шаг 15 и менее и частоту приемистости до нескольких килогерц. Индукторный НТД имеет зубчатый ротор 3 (табл. 1.3, поз Л) с равномерно расположенными Zp зубцами и гребенчатые зоны статора 2, смещенные относительно друг друга на угол 27t/(mZp). Обмоткой возбуждения 1 ШД являются фазные обмотки или специальные контуры, имеющие постоянное потокосцепление, не зависящее от положения ротора. Зубцы статора на каждом из полюсных выступов расположены симметрично, а сами полюсы распределены равномерно по расточке.
Дисковый якорь 1 (табл. 1.3, поз.2) вращается между полюсами, создающими поток, направленный в воздушном зазоре аксиально к печатной обмотке якоря посредством щеток 4, скользящих непосредственно по неизолированным поверхностям проводников секций якоря. В результате взаимодействия тока проводников обмотки якоря с магнитным полем полюсов создается вращающий момент. Одним из недостатков двигателя является сравнительно малый срок службы диска вследствие износа имеющей небольшую толщину плоской печатной обмотки, по которой скользят щетки. Этот недостаток устраняется либо путем снабжения двигателя запасными дисковыми якорями, которые легко меняются, либо путем изготовления дискового якоря с коллектором.
Во втором случае концы секций обмотки якоря, расположенной на диске, выводятся к коллектору, расположенному рядом с диском на одном с ним валу. Долговечность двигателя с таким якорем значительно увеличивается.
Муфта сухого трения (табл. 1.3, поз.З) состоит из двух полумуфт — ведущей 5 и ведомой 6, соответственно связанных с ведущим 3 и ведомым 9 валами, и обмотки 1, в которую подается ток через кольца 2 и щетки 4. Ведомая полумуфта 6 перемещается вдоль оси по шпонке 8 и связана валом 9 с рабочим механизмом. Она отжимается от ведущей полумуфты 5 пружиной 7. При подаче тока в обмотку возбуждения электромагнитное поле, преодолевая усилие пружины, пристегивает ведомую полумуфту 6. За счет сил трения между полумуфтами крутящий момент передается с ведущего вала на ведомый. Для увеличения передаваемого крутящего момента муфты изготавливают многодисковыми.
Вентильный двигатель (ВД) постоянного тока представляет собой электромеханическую систему, состоящую из трех взаимосвязанных узлов: электрической машины (ЭМ), предназначенной для приведения в действие исполнительного механизма (ИМ), датчика положения ротора (ДПР) и коммутатора (К).
Сигнальный элемент 7 (табл.1.3, поз.4) размещается в зоне установки чувствительных элементов 5 и при вращении ВД периодически бесконтактно воздействует на них энергией своего физического поля. В результате этого изменяются параметры чувствительных элементов и на выходе ДПР появляются электрические сигналы идп, полярность и амплитуда которых зависят от углового положения ротора. Эти сигналы используются для управления коммутатором ВД.
Из-за жесткой связи сигнального элемента ДПР с ротором, а ЧЭ - со статором ЭМ коммутация секций происходит в такой последовательности и в такие моменты времени, при которых направление тока в проводниках секций, размещенных в зоне одной полярности магнитного поля индуктора 3, сохраняется неизменным при любом положении ротора относительно статора. При взаимодействии МДС якорной обмотки 2 с магнитным полем индуктора создается постоянный по знаку электромагнитный момент и обеспечивается устойчивая работа ВД. ДПР совместно с коммутатором выполняет функции щеточно-коллекторного узла двигателей постоянного тока Следствием этого является практическая идентичность механических свойств ВД и коллекторных двигателей постоянного тока
Двигатель состоит из внешнего статора (табл. 1.3, поз.5); внутреннего статора-сердечника 5; ротора, выполненного в виде полого немагнитного цилиндра 2; корпуса 1; подшипниковых щитов 3 и вала 7. Внешний статор набирается из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. В пазах статора располагаются его обмотки 6 управления и возбуждения, сдвинутые в пространстве на 90 эл. град. Эти обмотки либо изолированы друг от друга, либо соединены по мостиковой схеме.
Внутренний статор 5 набирается из листов электротехнической стали на цилиндрическом выступе одного из подшипниковых щитов. Он служит для уменьшения магнитного сопротивления на пути основного (рабочего) магнитного потока, проходящего через воздушный зазор. Полый ротор двигателя 2 изготавливается в виде тонкостенного стакана из немагнитного материала - чаще всего из сплавов алюминия. Свободно вращается в подшипниках, расположенных в подшипниковых щитах. Новым техническим средством в приводе ткацких станков можно назвать асинхронный двигатель с внешним ротором [17].
Имитационное моделирование механизма натяжения основы на базе цифрового устройства
Натяжение основы изменяется под влиянием батанного механизма, зевообразовательных механизмов, механизма навивания ткани и механизма подачи основы. Действие батанного механизма и зевообразовательных механизмов вызывает циклически изменяющуюся деформацию, а действие механизма навивания ткани и механизма подачи основы вызывает нециклически изменяющуюся деформацию.
Управление натяжением основы выполнено путём контроля угловой скорости двигателя механизма подачи основы, а воздействия от зевообразования, прибоя, механизма отвода ткани будут соответствовать возмущению в устройстве стабилизации натяжения основы на ткацком станке. Главный вал станка осуществляет передачу движения всем механизмам пневморапирного станка.
Батан представляет собой кулачковый механизм, преобразующий вращательное движение вала привода в качательное движение батанного вала. Кулак и контркулак спарены между собой и жестко закреплены на валу привода. Ролики, обкатывающие кулаки, закреплены на батанном валу державкой. Батанный вал установлен одним концом в коробке батана, а другим - в регулируемом подшипнике на правой раме. На батанном валу жестко закреплены лопасти, на которых установлен брус батана. В продольном пазу бруса крепят бердо. Профиль кулаков обеспечивает выстой бёрда в заднем положении от 60 до 300 поворота главного вала, необходимый для прохода в зеве рапир. Следовательно, выстой бёрда равен 240 [34].
Станок оснащен эксцентриковым зевообразовательным механизмом на шесть ремизок. Шаг между ремизками равен 12 мм. Для выработки тканей различных переплетений изготовляют эксцентрики различных профилей. Часть деталей зевообразовательного механизма, а именно шестеренчатая передача, набор эксцентриков и рычаги с каточками, соединенные с тягами при помощи шарнирно-зажимного устройства, помещены в коробку, залитую маслом и расположенную с левой стороны станка [34].
Товарный регулятор предназначен для отвода ткани из зоны ее образования. Он получает движение от поперечного вала, на котором закреплен червяк. С червяком связана червячная шестерня, имеющая удлиненную втулку. На конце втулки закреплен храповик. Червячная шестерня свободно посажена на валик, который вращается в подшипнике, привернутом к раме станка. На левом конце валика имеется маховик. Он может проворачжпъся на валике и связан пружиной с кронштейном недосечника. Кроме того, на удлиненной втулке маховика имеется прилив, который контактирует с аналогичным приливом на кронштейне [26]. Существующие устройства стабилизации натяжения основы механического и электромеханического принципа действия имеют значительный перепад натяжения в процессе зевообразования и прибоя. Они имеют громоздкость аппаратной части, характеризуются наличием статической и динамической ошибок. Это приводит к необходимости создания методики проектирования подобных устройств [24].
Структурно-параметрическое проектирование наиболее успешно может быть выполнено на базе имитационного моделирования. Моделирование цикла работы пневморапирного станка выполнено в работах [20] и [25].
Функциональная схема системы натяжения основы для пневморапирного ткацкого станка с микропроцессорным управлением может быть представлена рис.3.1. Здесь 1 - навой; 2 - неподвижное скало; 3 -подвижное скало; 4 - основа; 5 — механизм зевообразования; 6 - механизм батана; 7 - механизм вальяна; 8 - датчик скорости поворота товарного вала (SE2); 9 - чувствительный элемент (РЕ) датчика натяжения основы; 10 -датчик угла поворота главного вала ткацкого станка ( pt ); Н - тахогенератор или тахометрический мост (SEi); 12 - микропроцессорный контроллер; 13 кодирующее устройство (пульт управления); 14 - блок управления двигателем; 15 -двигатель; 16 -редуктор и зубчатая передача.
Устройство адаптивного управления натяжением основы 4 на ткацком станке содержит чувствительный элемент 9 (РЕ) датчика натяжения основы, вход которого связан с подвижным скало 3. Выход чувствительного элемента подключен к микропроцессорному контроллеру 12 через аналогово-цифровой преобразователь. Ко второму входу микропроцессорного контро ллера 12 подключены тахогенератор или тахометтжческий мост 11 (SEi), измеряющий уголовую скорость вала двигателя 15 и таким образом формирующий адаптивный закон управления системы натяжения основы при переменной массе навоя 1. К третьему входу микропроцессорного контроллера 12 подключен датчик скорости поворота товарного вала 8 (SE2), измеряющий уголовую скорость товарного вала, что обеспечивает постоянные статические натяжения основы при переменной плотности по утку. Контроллер 12 также связан с датчиком угла поворота главного вала ткацкого станка 10 { рЕ\ что обеспечивает синхронизацию потактового режима натяжения основы с работой механизма зевообразования 5, батана 6 и вальяна 7. На пятый вход микропроцессорного контроллера 12 через кодирующее устройство 13 подается уровень статического натяжения основы. Выход микропроцессорного контроллера 12 связан с блоком управления 14 двигателем 15, вал которого посредством редуктора и зубчатой передачи 16 приводит в движение ткацкий навой 1. Блок шифратора входов микропроцессорного контроллера 12, созданный на основе логических элементов, имеет выход к общей шине процессора, подключенной через цифроаналоговый преобразователь к исполнительному механизму [24].
Разработка алгоритма и программы управления исполнительным механизмом натяжения основы
Современные микропроцессоры, обладающие большими вычислительными возможностями, всё шире применяются в производственных условиях, и это позволяет перейти к реализации более эффективных алгоритмов управления, в том числе с элементами адаптации и оптимизации управляющих воздействий.
Одно из направлений использования микроконтроллеров связано с заменой релейных и логических устройств электроавтоматики при пуске и остановке оборудования на управление циклическими процессами. Другим направлением применения микроконтроллеров является перевод традиционных дискретных и локальных регуляторов на программную реализацию. Так, традиционные аналоговые П- , ПИ- и ГШД-регуляторы локальных АСР технологических процессов могут быть заменены микропроцессорными блоками (на базе МІЖ К1810, К1816 ит.п.) [42].
Появление дешевых, надежных, программно-управляемых микроконтроллеров и микроЭВМ во многом изменило подход к разработке автоматизированных систем управления технологическими процессами. В отличие от практики построения АСУ ТП ткачества 80-х годов предлагаемые системы обладают универсальностью и высокой эффективностью.
Перспективы автоматизации технологического оборудования в текстильной промышленности тесно связаны с широким внедрением 16-разрядных одноплатных и однокристальных микроЭВМ, а также с созданием на их основе программируемых микроконтроллеров распределенных АСУ ТТТ. Создание базы контроллеров для управления ткацкими станками удачно сочетается с построением автоматизированной системы управления всего ткацкого производства, с комплексным решением вопросов, начиная от контроля состояния оборудования, нарушений техпроцесса до учета выработки тканей. Поэтому в развитии бесчелночных ткацких станков наблюдается активное применение микропроцессорной техники для контроля и управления основными функциями станка.
Проектирование электромеханических устройств (ЭУ) включает в себя следующие этапы [20]: 1. Разработка и обоснование технического задания (ТЗ) на ЭУ, в процессе которого формулируются технические требования и технико-экономические показатели ЭУ. 2. Обоснование реализуемости технического предложения, На этом этапе вырабатывается один или несколько вариантов построения ЭУ и дается оценка выполнимости требований ТЗ. 3. Структурно-параметрическое проектирование, выбор элемента, проектирование принципиальной схемы системы стабилизации натяжения основы. 4. Сопряжение аппаратуры системы стабилизации натяжения основы. 5. Формирование программы системы стабилизации натяжения основы. 6. Наладка системы стабилизации натяжения основы. В основе структурной схемы цифрового управления стоит ОМЭВМ, на которую с аналогового датчика поступает сигнал, преобразованный через аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) в цифровой [44]. ОМЭВМ сравнивает данные датчика с заданным значением, которое вводится с помощью клавиатуры. Заданное значение выводится также на индикаторы. Разница значений, полученная в ходе сравнения, обработанная ОМЭВМ, поступает на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который через оптоэлектронную развязку и тиристорный преобразователь постоянного тока (11111 Г) осуществляет управление двигателем, вращающимся быстрее или медленнее в зависимости от сигнала рассогласования [43].
В качестве главного процессора выбирается однокристальная микроЭВМ (ОМЭВМ) семейства МК51 типа К1816ВЕ31. Данная микроЭВМ конструктивно в себя включает все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления минимальной конфигурации: процессор, запоминающее устройство данных, запоминающее устройство команд, генератор тактовых сигналов, а также программируемые интегральные схемы для связи с внешней средой [50].
Использование ОМЭВМ в системах управления обеспечивает достижение исключительно высоких показателей при столь низкой стоимости (во многих случаях система может состоять только из одной БИС ОМЭВМ). Это свидетельствует, что им в ближайшем будущем не будет альтернативной элементной базы для построения управляющих и регулирующих систем. В настоящее время более 2/3 мирового рынка МП средств составляют именно БИС ОМЭВМ. Данные микросхемы обладают внутренней памятью, физическим и логическим разделеним памяти программ и памяти данных, ориентированной на задачи управления системой команд. Специфическая организация ввода/вывода информации предопределяет область их применения в качестве специализированных вычислителей, включенных в контур управления объектом или процессом. Структурная организация, набор команд и аппаратно-программные средства ввода/вывода информации этих микросхем лучше всего приспособлены для решения задач управления и регулирования в приборах, устройствах и системах автоматики [45], [46].
