染整自动线张力控制系统的设计

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摘要
在染整自动线处理工艺过程中，张力控制是一个非常关键的环
' o% [$ N) w+ J" j5 o5 T节。张力不均是造成染色不均和布匹缩水的主要原因。通过对放卷辊
) n2 q0 g0 ?( R+ [和收卷辊以及中间级的控制，来保证整个工艺流程卷材的张力恒定。
本课题以常州黑牡丹集团的牛仔布染整自动线为控制对象，以设备改
造为目的，采用单片机控制技术设计了染整自动线张力控制系统，确
( ]- a+ `* s, g5 K: s* @8 C保自动线能达到较好的染整效果。
5 h1 F* I3 R) x) v% S3 ~论文主要完成了染整自动线的张力控制器的研制。研究重点主
, y# t& i8 |  w9 z' J要放在三个方面：首先，分析了染整自动线的结构、特点以及运行特
性，．根据自动线参数的变化特性，确立其结构，针对黑牡丹集团的实
5 L4 Y1 v4 C2 u9 z. C' h7 q2 m际情况，提出了分段控制方法；其次，设计了以SOC单片机C8051F040
6 m8 s: E3 \# c7 U' ?作为核心的单片机系统。系统分为测控机和显示机两部分，可以实现
信号采集、数据处理、数据显示、键盘控制等功能。同时设计了上位
机软件，实现了三机通信。详细介绍了硬件电路设计和软件程序设计，
" ?* o# e7 A2 ^# v并针对系统的硬件和软件方面介绍了一些工程上实用的抗干扰措施；
7 N1 Y  D* `. w2 V6 r最后，使用模拟生产线对系统进行仿真，并使用单片机C8051F040
% D  s8 H8 q$ ~' _3 Q的开发系统在实验室中对系统进行了模拟实验。在模拟负载的情况
下，控制器可以达到设计要求。
; K, I3 K1 D' ~# ?  ~% ~! v. V本论文将单片机引入染整自动线张力控制系统，改善了原有系
统的控制效果，并设计了以C8051F040作为核心的张力控制器，简
化了传统控制的结构，降低了成本，为张力控制系统结构优化建立了
, }" S! n! u* B0 q; o基础。在其他诸如：印刷、造纸等张力控制系统中均可应用，有着广
7 l5 W! j7 s; J泛的应用前景。

第一章绪论
1．1课题的来源、目的和意义
1．1．1课题的来源
本课题来源于一家专业纺织染整的厂家，其生产线主要用于牛仔布的染整。
) j/ N% h' R# x+ @( r) g与其产品配套的张力控制器无论开卷，供料还是收卷都是同本三菱(MITSUBISHI)
张力控制器，不但价格昂贵，在某些方面还不能很好的满足要求。我们承担的就
是研制出一种更实用的张力控制器以替代原先采用的三菱张力控制器。
在纺织染整装置中，布匹连续展开并源源不断的进入染整装置，通过对放
卷辊和收卷辊以及中间级的控制，来保证整个工艺流程卷材的张力恒定。张力控
制的精度直接影响染整产品的成品率，因此有必要精确控制卷材张力的恒定。本
文即是针对该课题中张力控制部分进行的探讨和研究。
9 y8 a5 C9 ?3 L# k8 U$ ~  o3 A& i1．1．2目的
本课题以在卷绕过程中放卷部分实现恒张力控制而收卷部分实现锥度张力
. v  P) E+ C7 J5 A  C控制为目标，提高染整过程中的染整质量，特别对于缩水率的控制，确保染整产
品的合格与优良性。
张力控制精度对染整成品的质量有很大的影响，张力过大会造成织品的拉
5 W: f, W0 h+ c. H伸变形：张力过小会使织品的材料的层与层之间的应力变形，造成收卷不整齐，
# [- b( A' q8 S8 n8 k! i8 Q7 U或者处理尺寸不准等弊病，影响加工质量；张力大小不稳定会使织品跳动，导致
染整不准或色差等染整故障。因此，为了保证生产的品质、效率及可靠性，必需
要有一套功能完备的张力控制系统来引导产品加工过程。因而，收放卷作业的张
力控制，便成为通用的基础技术。张力控制的作用就是在织品处于动态处理过程
" h& T5 ^! s" i9 m中时，使卷材保持恒定的张力，抑制外来干扰引起的张力抖动。
! c5 \+ i4 P8 u- o0 AI．I．3研究意义
当前，我国染整产品的档次不断提高，布匹对染整机械提出了更高的要求。
# T+ L( L$ q  ]5 o江苏大学工程硕士学位论文
$ k+ W0 P* k$ t; O' Y! x3 t此时的张力控制不但用于收卷、放卷，而且也用于染整过程中，目前国内产品还
! e% M* p6 d3 r# w; Y9 X9 Y% e满足不了要求。染整工艺过程大卷装进、落布，前处理与染色的冷轧堆堆置反应，
( t3 j+ s' K( G% m卷染过程的退卷一收卷，皆需要织物平幅恒张力、恒匀带液卷装，而布轴无论退
卷或收卷，真实的卷径测量控制，是决定其工艺线速度恒定的保证；为织物平幅
恒张力、恒匀带液提供了条件。又如对丝绸等材料，要求张力小而准确，稳定性
" C- Y' c- @4 P; X* x7 V& W' I6 a" l要高，对张力控制器提出了更高的要求。
6 a4 {8 v) D, \这几年，国内对张力控制系统的研究越来越多，并提出了种种问题及其解
决方案，市面上也有各种型号的张力控制器，但一般控制精度较低，功能单一，
6 V" R% _% Z- a: ]" k8 F8 P4 I2 T其产品的档次仍然不能与国外的同类产品相媲美。当务之急是要吸收和借鉴R本
9 i4 m9 v: w- ~0 j) v: i及欧美国家当今最新型张力控制器的优点和设计方法，结合当前最新的研究成
果，．设计出在性能和可靠性方面可以与国外同类产品相媲美的张力控制器。
' s' j6 U* Y0 d1 {7 S: r在承担了这个任务后，本文开展了如下工作。
l，首先，分析了染整自动线的结构、特点以及运行特性，根据自动线参数
的变化特性，确立其结构，针对黑牡丹集团的实际情况，提出了分段控制，集中
管理的方法。
2 S' U& z. r" p5 c2，完成了一个用于分散控制的张力控制器和磁粉离合器的稳流驱动电路。
+ W$ }' i8 a1 W, F' z具体体现在：完成了以C8051F040微处理芯片为核心的张力控制器的硬件设计，
0 a8 v" o  F: J$ N# A- Y! L0 ~利用软件编程实现了作者的控制策略，体现了作者对数字控制系统的理解和把
握：设计了一个用于驱动磁粉离合／制动器的稳流源电路，在该电路中有作者独
特的设计；实验记录和分析以及运行补偿曲线的设置等。
; ]" J, J1 p1 A/ U( Z1．2张力控制的常用方式
1 v3 l  ?" k) p6 {. ~/ E6 ~: l现在较为常见的传动控制方法主要有以下几种，或是几种互相结合应用：
2 o* r( ^/ m5 k7 [. o( ?+ v# n$ Bl，机械式自动控制【l】
用于印刷行业的机械式张力控制机构，它的工作原理是：开始印刷前，先
上好卷筒纸，经旋转张力手轮，通过螺杆作旋转调节，使上制动块和下制动块给
) }$ G8 h1 [3 `/ x7 p纸卷轴芯施以预紧制动力矩。开始印刷时，通过旋转螺母使之沿过杆作轴向移动
并压缩压簧，给钢球与撑杆以弹簧力F。经过上述手动调节选得合适的张力后，
摆动联纸辊在弹簧力F和纸带张力T的共同作用下处于平衡位置上。在印刷过
4 Y6 G3 b$ g2 _% [. X2
江苏大学工程硕士学位论文
程中，如果由于机器的转速发生变化，纸卷半径的大小变化或其他原因使纸带张
力T增大(或减小)，固定在摆杆上的棍就会离开平衡位置，绕其支点大联纸辊偏
转一个角度，由摆杆、速杆、连臂带动偏心轴给上制动杆一个向上(或向下)的力，
使作用在纸卷轴的制动力矩相应减小(或增大)，纸带张力T随力矩减小(或增大)，
使纸张张力T恢复到原来的大小，摆动联纸辊迅速回到原来的平衡位置，从而保
证了印刷过程中的纸带张力基本恒定。
2，气动式自动控制
图1．1所示是一种卷筒随动式张力控制装置。该装置能够用连接到控制阀的
随动臂来调节。控制阀依照退卷辊半径大小，调节进入制动器的压缩空气的压力。
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