智能驗卷機機電控制系統設計探討

趙艷珍

（衡水學院，河北 衡水 053000）

0 引言

智能驗卷機在紡織行業中屬于一項比較先進的機械設備，隨著該機械設備在紡織行業中的應用，紡織產品質量也得以提升。為了讓智能驗卷機在紡織行業中充分發揮出優勢，技術人員應對其機電控制系統加以深入研究，通過科學合理的系統設計來保障此類機械設備的應用效果。

1 智能驗卷機機電控制系統設計的主要需求概述

就目前的智能驗卷機實際應用來看，其機電控制系統的主要需求包括以下幾個方面：第一是自動控制需求，智能驗卷機不僅應具備傳統驗卷機臺所具有的操作，同時也應該采用工控機控制方式來替代傳統的手動操作控制方式，實現控制的自動化；第二是人機界面需求，智能驗卷機需要具備所有的系統動作按鈕和相應的調速按鈕等，界面上的功能應足夠完善，且界面應簡潔大方、操作方便，這樣才能滿足一線工作人員對于人機界面的操作需求；第三是同步控制需求，為有效保障布匹的張力恒定，智能驗卷機應該達到雙電機同步控制的效果，主輥和退卷輥的轉動速度應保持一致[1]；第四是經濟指標需求，在滿足紡織品質量檢驗需求的基礎上，應盡可能實現其購買和應用成本的進一步降低，提升其性價比。

2 智能驗卷機機電控制系統的具體設計分析

2.1 系統設計構架分析

在對智能驗卷機機電控制系統進行設計的過程中，其系統構架主要可以按照以下的方式進行設計。

首先，借助于工控機將相應的控制指令發送到1#變頻器，這個指令可以給定主輥一個速度值，使其按照工藝要求中的初始速度開始運行；然后，工控機會將另一個指令發送給2#變頻器，這個變頻器中進行了PID 功能的設置，借助于該功能，可以對主輥和退卷輥雙電機進行同步控制，讓布匹張力始終保持恒定；最后，借助于張力傳感器，可以對主輥和退卷輥這兩者之間的布匹張力進行實時測量，并及時將張力的變化情況傳遞到工控機，在接收到來自于張力傳感器的信息之后，工控機會將實際的張力變化情況作為依據，對發送給2#變頻器的速度指令進行合理調整，這樣就可以讓退卷輥的轉動速度得到合理調節，以此來保障布匹張力的恒定。

通過如上的方式，就實現了一套閉環控制系統的設計。圖1 是智能驗卷機機電控制系統的整體結構示意圖。

2.2 PID 控制方案的具體設計分析

PID 控制方案主要是對智能驗卷機中的退卷輥進行控制，使其與主輥運行保持一致，以此來保障智能驗卷機的工作效果。在智能驗卷機機電控制系統的具體運行過程中，其主輥速度主要應根據實際的工藝要求來加以確定，要想讓退卷輥和主輥之間保持一致的運行步伐，進而讓布匹張力始終保持在恒定狀態，就需要對退卷輥的轉動速度進行不斷調整，以此來滿足預期的運行目標。

在具體應用中，如果退卷輥的運轉速度比主輥的運轉速度快，就會出現布匹松弛現象，此時，系統就需要對其設定一定的速度減量，從而減慢退卷輥的運轉速度，使其和主輥之間保持一致的運行步調，讓布匹張力保持恒定；如果退卷輥的運轉速度比主輥的運轉速度慢，布匹就會呈現出過于緊繃的狀態，這樣的情況將很容易破壞掉布匹原有的紋理，嚴重的情況下甚至會導致布匹開裂現象發生。為有效避免此類情況對布匹質量的不利影響，系統需要對退卷輥給出一個增量，使其得到一定的加速處理，使其和主輥之間保持同步運行。在此過程中，如果速度的設定值有變化，其偏差也會變化，而將PID功能設置在變頻器中，則可以讓退卷輥的轉速得到合理控制，使其始終與主輥之間保持同步運行。圖2 是智能驗卷機機電控制系統中的PID 體系設計圖。

借助于設置在變頻器中的PID，便可以讓雙電機得到同步控制，而在具體的控制過程中，需要對其相應的參數進行合理設置，表1 是智能驗卷機機電控制系統中的PID 參數設置情況。

表1 智能驗卷機機電控制系統中的PID 參數設置情況

2.3 通信體系具體設計分析

在工控機將指令發送給變頻器之后，借助于變頻器，可以將指定的任務完成。在這一過程中，主要借助于RS485 來進行指令傳輸。因為工控機自身并不具備RS485 串口，因此IPC 要對其串口進行轉換，也就是進行RS232-RS485 型轉換器的添加，以此來順利完成指令的傳輸。圖3 是工控機與變頻器之間的通信連接示意圖。

在機電控制系統中，借助于RS485 總線對工控機以及變頻器進行通信連接，在變頻器將相應的指令發送給工控機時，首先應及時給工控機一個應答，這個應答信息中包含著一些系統正常運行所必須的保障信息。如果工控機不能在一定時間之內接收到這個應答，便會記錄一次通信失敗，然后將相應的警報及時發送給操作人員。在接收到預警信息之后，操作人員可停車進行相關故障的緊急處理。

2.4 人機界面的具體設計分析

在智能驗卷機的具體應用中，人機界面可以說是人和工控機之間實現交互的一個橋梁。在機電控制系統中，人機界面處在用戶和硬件這兩者之間，是專門為用戶和系統之間相互溝通而設計的一種軟件，其主要的功能是為用戶提供便捷有效的操作界面，以此來實現信息的科學轉換，讓智能驗卷機的紡織品質量檢驗任務得以良好完成[2]。

在具體的人機界面設計過程中，一項主要內容就是為操作者提供一個與工控機進行交互的界面，進而讓工控機得到更好的操作，使其預期目標得以有效達成。通過這一人機界面，操作者可以對設備參數進行設定，讓設備的操作更加方便靈活，更加人性化。同時，借助于這一人機界面，操作者也可以對相應的參數變化加以實時觀察，以此來實現對系統實際運行情況的及時全面了解，進而及時發現系統運行存在的異常，最大限度避免系統故障對智能驗卷機設備應用效果的不利影響。圖4 為智能驗卷機機電控制系統人機界面的工作流程示意圖。

3 結語

在當今紡織行業的不斷發展中，越來越多的先進技術與機械設備開始在紡織工程領域中得以廣泛應用。智能驗卷機可以對紡織品的彈性等各項質量指標進行科學檢測與控制，以此來保障紡織品的生產質量，滿足社會實際需求。因此，紡織企業以及技術人員應加強對智能驗卷機機電控制系統的研究，通過先進的技術措施來進行機電控制系統的設計。這樣才可以有效提升其機電控制系統的運行效果，讓智能驗卷機的技術優勢在紡織行業中得以充分發揮，以此來促進紡織行業的良好發展。