凌華CompactPCI在劍桿織機控制系統(tǒng)的應(yīng)用

1、凌華CompactPCI在劍桿織機控制系統(tǒng)的應(yīng)用    摘要：本文論述的劍桿織機控制系統(tǒng)硬件的核心部分采用CompactPCI工控機和CompactPCI數(shù)據(jù)采集卡。軟件部分的運行平臺基于DOS，開發(fā)語言為BorlandC+3.1。控制程序控制織機各部件協(xié)調(diào)動作，并綜合運用各種算法對經(jīng)紗張力進行實時控制關(guān)鍵詞：CompactPCI1引言織機是一種將經(jīng)紗與緯紗交織成織物的設(shè)備，用細長的劍桿作往復(fù)運動伸入梭口將緯紗引入織口的方法叫劍桿引緯，用劍桿引緯的織機稱為劍桿織機。1931年，西班牙巴爾培公司展出世摘要：本文論述的劍桿織機控制系統(tǒng)硬件的核心部分采用Com

2、pactPCI工控機和CompactPCI數(shù)據(jù)采集卡。軟件部分的運行平臺基于DOS，開發(fā)語言為Borland C+ 3.1?？刂瞥绦蚩刂瓶棛C各部件協(xié)調(diào)動作，并綜合運用各種算法對經(jīng)紗張力進行實時控制關(guān)鍵詞：CompactPCI 1 引言    織機是一種將經(jīng)紗與緯紗交織成織物的設(shè)備，用細長的劍桿作往復(fù)運動伸入梭口將緯紗引入織口的方法叫劍桿引緯，用劍桿引緯的織機稱為劍桿織機。1931年，西班牙巴爾培公司展出世界上第一臺劍桿織機后，劍桿織機就在不斷地發(fā)展進步。近年來，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及機電一體化和計算機技術(shù)的廣泛

3、應(yīng)用，劍桿織機更加高速化、自動化。    本文論述的HEJ-2000型劍桿織機控制系統(tǒng)硬件的核心部分采用CompactPCI工控機和CompactPCI數(shù)據(jù)采集卡。軟件部分的運行平臺基于DOS，開發(fā)語言為Borland C+ 3.1?？刂瞥绦蚩刂瓶棛C各部件協(xié)調(diào)動作，并綜合運用各種算法對經(jīng)紗張力進行實時控制。2 織機控制系統(tǒng)硬件部分2.1 統(tǒng)硬件方案    HEJ-2000型劍桿織機控制系統(tǒng)的硬件方案為：    采用基于CompactPC

4、I總線的工控機及其數(shù)據(jù)采集卡。    采用電子送經(jīng)：選用三菱公司的交流伺服驅(qū)動器和交流伺服電機。伺服電機單獨傳動織軸，    通過壓力傳感器測量經(jīng)紗張力，張力信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送給計算機。計算機數(shù)據(jù)處理后控制伺    服電機保持穩(wěn)定的送經(jīng)量和經(jīng)紗張力。    采用電子卷取，以實現(xiàn)均勻的織物緯密。    采用電子多臂和電子選緯。    選擇可靠的電氣元件，設(shè)計

5、專用外圍電路板；合理布局布線，兼顧電磁兼容性，使控制系統(tǒng)有很強的抗干擾能力、很好的穩(wěn)定性和可靠性。    控制系統(tǒng)硬件總體框圖如圖1。圖1：控制系統(tǒng)硬件總體框圖2.2 制系統(tǒng)硬件的核心部分2.2.1CompactPCI工業(yè)控制計算機    HEJ-2000型劍桿織機采用凌華科技有限公司的cPCIS-2650 型工控機。cPCIS-2650是一款4U高度的3U CompactPCI系統(tǒng)。考慮到織機工作環(huán)境溫度高、震動強的特點，在cPCIS-2650系統(tǒng)中選用的CPU模塊為cPCI-350

6、0A。cPCI-3500A支持低功耗耗奔騰MMX-266 CPU，只需散熱片就能滿足散熱要求。此外系統(tǒng)的存儲介質(zhì)采用cPCI-3500A上8M DiskOnChip電子盤，以適應(yīng)現(xiàn)場震動要求。    基于CompactPCI總線的工控機采用有如下優(yōu)點：    無源底板結(jié)構(gòu)，適配卡與無源底板的連結(jié)器采用高密度、屏蔽型，針孔式連接器。有利于避免電磁干擾。    機架采用歐規(guī)卡結(jié)構(gòu)，適配卡垂直插入機箱，有利于通風(fēng)冷卻。   

7、0;適配卡可前后走線，便于連接外設(shè)。    適配卡四周分別由定位螺絲、導(dǎo)軌和針孔連接器固定，抗沖擊和震動。    適配卡可帶電熱插拔，可選配冗余電源，便于維護。    CompactPCI制定了嚴格的抗靜電和接地規(guī)定，適合工作在靜電較強的場合與標準的PCI芯片和軟件兼容，可在商用機上編程后灌入既可進行。2.2.2數(shù)據(jù)采集和輸入輸出接口卡    HEJ-2000型劍桿織機選用的數(shù)據(jù)采集卡是凌華科技有限公司的CompactPCI總線的數(shù)據(jù)采

8、集卡。其中A/D卡的型號為cPCI9112，此卡的采樣頻率為100KHz，具有16路單端或8路差動輸入，2路DA輸出、16路DI和16路DO。DA卡的型號為cPCI6208，它有8路DA輸出，分辨率為16位。DI/DO卡的型號是cPCI_7432，此卡為帶5000 V rms隔離的32路DI和32路DO數(shù)字量輸入輸出卡。    以上數(shù)據(jù)采集卡和信號接口板的使用實現(xiàn)了各種外部信息的輸入和控制信息的輸出，其中包括按鈕命令的接收、張力傳感器的數(shù)據(jù)采集、可控件（如各繼電器等）狀態(tài)的輸入、可控件（如伺服驅(qū)動器等）的控制輸出和信號燈的顯示等。&#

9、160;   工業(yè)控制計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。圖2：控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖3 機控制系統(tǒng)軟件部分3.1 控制算法    對于劍桿織機控制系統(tǒng)來說，控制的關(guān)鍵是經(jīng)紗張力。控制好經(jīng)紗張力才能保證良好的布面質(zhì)量。在織機主軸的一個回轉(zhuǎn)周期內(nèi)，因開口、打緯、送經(jīng)、卷取的作用會引起張力的變化，隨著織機轉(zhuǎn)速的日益提高，對經(jīng)紗張力的動態(tài)控制顯得尤為重要。因此，本控制系統(tǒng)綜合了多種算法以實現(xiàn)恒定的經(jīng)紗張力。具體算法如下：    （1）算術(shù)平均值法  &#

10、160; 在織機運轉(zhuǎn)一周期內(nèi)連續(xù)采樣12次，取其平均值作為本周期內(nèi)的平均張力y（n）。    （2）限幅濾波法    隨機干擾和采樣器的不穩(wěn)定有時使得采樣數(shù)據(jù)偏離實際值太遠，所以采用限幅濾波，即：    當(dāng)y（n） > yH時，則取y（n） = yH    當(dāng)y（n）< yL時，則取y（n） = yL   &

11、#160;當(dāng)yL< y（n） < yH時，則取y（n）    這里y（n）為當(dāng)前采樣值，yH為上限值，yL為下限值    （3）死區(qū)非線性法    當(dāng)采樣變化在一定范圍時，仍保持原來的采樣值，可減少運算以提高實時性和避免振蕩。即：    當(dāng) y（n）- y（n-1） < k 時，則取y（n） = y（n-1） 

12、.    （4）滑動濾波法    為了防止系統(tǒng)過于靈敏而產(chǎn)生超調(diào)，把本次和前四次的采樣值加權(quán)平均后作為本次的張力值，參與PID控制，處理公式為    y（n+1）=  y（n） + y（n-1）/2 + y（n-2）/4 + y（n-3）/8 + y（n-4）/16  / 1.9375 （1）    

13、;（5）增量式PID控制    采取增量式PID算法來控制經(jīng)紗張力，經(jīng)紗張力的大小由計算機給送經(jīng)電機伺服驅(qū)動器發(fā)的脈沖數(shù)定義。這里我們稱之為送經(jīng)量（cont），送經(jīng)量的計算在織機主軸角度0 o時進行。采取的增量式PID 控制的計算式為    cont（n+1）=cont（n）+A  y（n）- req  - B y（n-1）- y（n）+C y（n-2）- y（n-1） （2） 

14、;    式中 req 為經(jīng)紗張力設(shè)定值，A、 B、 C為PID控制參數(shù)。此外 cont 不小于零，當(dāng)cont < 0 時，令 cont = 0 。    （6）滯后控制    當(dāng)織機在短時間停車后又開車時，張力傳感器會產(chǎn)生一個瞬時的擾動。若此時計算機采樣，則采到的是錯誤的信號，這個信號會使計算機輸出較大的送經(jīng)量，相應(yīng)地送經(jīng)電機錯誤的送出較多

15、經(jīng)紗，使經(jīng)紗張力下降，布面產(chǎn)生開車痕。    實踐證明，織機在數(shù)秒鐘內(nèi)停車又開車，張力并沒有發(fā)生多大的變化，所以，在織機運轉(zhuǎn)的前幾緯內(nèi)仍按照原來的送經(jīng)量送經(jīng)，計算機不必進行數(shù)據(jù)計算，織造完前幾緯后，張力恢復(fù)正常，經(jīng)紗張力的控制仍按原來的綜合控制算法進行。3.2 軟件總體方案    由于DOS的實時性和穩(wěn)定性較好，HEJ-2000型劍桿織機控制軟件的操作系統(tǒng)選用了DOS平臺，用Borland C+ 3.1 for DOS 語言編制了控制程序。    為了以后便于調(diào)試和維護，采用模塊化編程思想。軟件從功能上分為六大模塊：界面模塊、主控模塊、多臂模塊、選緯模塊、送經(jīng)卷取模塊、安全模塊。    織機上電初始化后，織機主軸每轉(zhuǎn)1°，主軸上的編碼器有一次中斷申請，進入中斷服務(wù)程序，依次運行各個模塊，當(dāng)主軸停轉(zhuǎn)時由軟件實現(xiàn)中斷申請。4 結(jié)論    由于織機處于高溫、高濕、粉塵、靜電的工作環(huán)境中，加上織機本身的劇烈震動，所以劍桿織機的工作環(huán)境十分惡劣。選用一種具有高可靠性的控制機是劍桿織機控制