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传感器在电脑横机控制系统中的应用_郑敏博

传感器在电脑横机控制系统中的应用

郑敏博段磊

(西安工程大学710048)

摘要本文介绍了霍尔传感器、振动传感器、光电传感器、微动开关和编码器等在电脑横机控制系统中的应用,以及在横机编织过程中对机械故障和织疵的检测和反馈作用。

关键词电脑横机传感器应用

1前言

针织行业是我国国民经济的重要行业之一,对我国的现代化进程起着至关重要的作用。电脑横机是机电一体化、智能化程度较高的一种新型纺织机械,其除了具有自动化程度高,花型变换方便,产品质量易于控制的优点外,可编织产品的多样性受到国内外生产厂家的青睐,因此其应用越来越广泛。而在应用过程中,越来越多的机械故障和织物质量问题也突显出来。而在控制产品质量和保证安全、快速、精确生产过程中,传感器起到了关键性作用。

在全自动电脑横机的精确控制要求下,传感器对其电脑横机动作进行时刻的监视,并且对全自动电脑横机在运行过程中出现的故障及时反馈并报警。其中使用到的传感器有五大类:霍尔传感器、振动传感器、光电传感器、微动开关及编码器等。

2传感器的工作原理及在电脑横机上的应用

2.1微动开关

2.1.1微动开关原理

微动开关是一种施压促动的快速开关,又叫灵敏开关。外机械力通过传动元件(按销、按钮、杠杆、滚轮等)将力作用于动作簧片上,并将能量积聚到临界点后,产生瞬时动作,使动作簧片末端的动触点与定触点快速接通或断开。微动开关结构见图1。2.1.2微动开关的应用

2.1.2.1纱线粗结报警器,见图2所示。

当较大纱结通过粗结报警器摆动杆,触动并带动摆动杆偏离原来位置,使得微动开关触动头被弹簧弹开,使电路断开,机头瞬时停止,并产生报警。

纱线粗结报警器的作用:主要是检测纱线条干

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的均匀度,清除有害的纱疵,提高织物的外观质量。

图1微动开关结构

1-张力弹簧2-大结头探测器3-小结头探测器

4-纱线张力盘5-导纱眼6-管状灯

图2纱线粗结报警器

缺少粗结报警器的危害:1纱线打结影响针织物布面外观美观性,在细针机上特明显;o影响横机正常编织;?纱结过大,无法进入针钩,使得布面出现漏针现象;?纱结过大,使得织针在回针三角推动下,不能回落,产生撞针。

2.1.2.2 天线台的断纱报警

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当断纱时,天线在弹簧的带动下弹离,天线压迫触动头使电路断开,机头瞬时停止,并产生报警。天线台断纱报警的作用:主要起到断纱时报警使机头停止运动,保障纱线连续供给编织区。

缺少天线台报警器的危害:如果在连续编织过程中,出现断纱,而机器没有提示报警,机头在不带纱的情况下继续编织,就会产生脱圈、落片。2.1.2.3 探针(见图3所示

)

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图3 机头探针

采用微动开关,机头左右两边两个探针可以左右上下摆动,正常情况下,探针压迫微动开关触动头,使电路处于导通的状态,当出现浮纱时织针无法正常脱圈,当线圈堆积在编织区出现大结时,或者针床上有未回落的织针和异物时,探针触到将会偏离正常位置,微动开关触动头致使电路断开,机头停止,显示器显示/探针报警0。

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探针的作用:监视织针编织情况;监视织针在上三角与回针三角作用下,是否回到初始位置;监视编织时织物表面是否有异物,编织纱线线圈是否有脱圈不良或大量堆积现象等。

缺少探针的危害:浮纱过多,影响织物外观效果;出现撞针现象。

2.1.2.4 左右撞击开关(见图4所示)

左右撞击开关是接在110V 控制电路常态中的微动开动开关,常态处于闭合状态,左右撞击开关,使得110V 控制电路短路,机头停止运动,电脑横机就会自动关机。

左右撞击开关的作用:防止机头运行到针床以外,撞损机头。

缺少左右撞击开关的危害:如果编织时起始针位置不合适,使得花型文件的列数大于机头可运行的针床针数,机头将会在针床以外区域运动,就会撞

损机头,还有可能从滑轨飞出,造成严重的事故。

图4 左右撞击开关

2.2 霍尔传感器

2.2.1 霍尔传感器的原理

霍尔位置传感器是一种检测物体位置的磁场传感器。用它们可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔位置传感器以霍尔效应原理为其工作基础。

在导体上外加与电流方向垂直的磁场,会使得

导线中的电子与电洞受到不同方向的洛伦兹力而往不同方向上聚集,在聚集起来的电子与电洞之间会产生电场,此一电场将会使后来的电子电洞受到电力作用而平衡掉磁场造成的洛伦兹力,使得后来的电子电洞能顺利通过不会偏移,此称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。2.2.2 霍尔传感器的应用

2.2.2.1 边线架断纱报警器(见图5所示)

图5 边线架断纱报警器

边线架断纱报警,是采用开关式霍尔传感器原理。正常情况下,在纱线张力弹簧的作用下,霍尔传感器与磁钢存在一个角度,当断纱时,在弹簧拉力的作用下,磁钢运动,与霍尔传感器垂直,产生脉冲信号,此时机头瞬时停止,并产生报警。

边线架断纱报警器的作用:主要是断纱制停,防止无线空编织。由于边线架在编织过程中对纱线张力的调节起到至关重要的作用,此处也是纱线最容

易断的地方,所以边线架断纱报警相当重要。

2.2.2.2前后门安全报警器

采用开关式霍尔传感器,常态是磁钢与开关式霍尔传感器处于垂直形态。当打开安全门时,磁钢与霍尔传感器分开,机头控制板检测不到信号,就会使机头瞬时停止运动。

前后门安全报警器的作用:防止杂物、尘埃落入针床和编织区域;防止机头来回运动,对操作工产生伤害。

缺少前后门安全报警器的危害:1在编织时,纱筒或废织片不慎掉入编织区域,将会被机头撞上,有可能会卡住机头。o过多的尘埃落入针床,会阻碍针床顺滑,出现卡针、撞针现象。?在编织中,操作工不慎将身体部位伸入针床,会产生意外事故等。

2.2.2.3左右限位传感器

采用开关式霍尔传感器,机头尾座上安装有磁钢,机头运动到磁钢与左右限位传感器垂直位置时,产生脉冲信号,机头到达/零0位置。

左右限位传感器的作用:机头复位的基准为/零0位;控制机头在滑轨上运行安全。

缺少左右限位传感器的危害:机头在复位过程中,不能在准确位置停止或转向,而出现撞击事故,对机头内部结构和整个机械造成严重损坏。

2.2.2.4读针器

采用开关式霍尔传感器,机头尾座上安装有磁钢,当机头运行到磁钢与左右限位传感器垂直时,产生脉冲信号,此位置就会被机头记忆为/读针0基准位。

2.2.2.5罗拉开合感应器

采用开关式霍尔传感器,装在起底板电脑横机或罗拉\起底板复合型电脑横机的针床燕尾槽右边后床,磁钢安装在后罗拉右边控制板上,当接到罗拉打开的信号时,罗拉在控制板齿推动下分开,当控制板转动到上面的磁钢与罗拉开合感应器平行时,产生脉冲信号,罗拉停止打开。

罗拉开合感应器的作用:监视并控制罗拉打开的状态。

缺少罗拉开合感应器的危害:无法监视控制罗拉打开的程度,如果罗拉打开程度过大,将会阻碍起底板的上升,起底板上的复合针将会拨破罗拉片,使复合针损坏。

2.2.2.6探测板感应器

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采用开关式霍尔传感器,安装在罗拉右下方,探测板内沿与罗拉底板紧贴。当罗拉上卷布时,压迫探测板开口打开,当探测板上装磁钢与探测板感应器垂直,产生脉冲信号,在电脑横机显示器上显示/罗拉卷布报警0。

探测板感应器的作用:监视罗拉牵引织物的工作状态。

缺少探测板感应器的危害:罗拉卷布,没有及时监视报警处理,卷布严重,会使针床局部凸起,产生机头运行卡住,造成机头内三角、织针严重损伤。2.3振动传感器

2.3.1振动传感器的原理

振动传感器是将机械量接收下来,并转换为与之成比例的电量。由于它也是一种机电转换装置。所以我们也称它为换能器、拾振器等。振动传感器结构见图6所示。

图6振动传感器基本结构

2.3.2振动传感器的应用

撞针感应器采用振动传感器中的压电式传感器(45针床有3个压电式传感器,52针床有4个压电式传感器),电脑横机在运动过程中偶尔会发生撞针事故,此时针板会产生比较强烈的振动,利用此特性,通过一套振动保护系统实现了电脑横机的撞针保护功能。当机头中三角与织针发生碰撞时,压电式传感器对针床动态激振频率测试,当频率大于系统规定的频率,系统就会产生/撞针报警0。

2.4光电传感器

2.4.1光电传感器的原理

光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电传感器的基本结构见图7所示。

图7光电传感器的基本结构

2.4.2 光电传感器的应用2.4.2.1 摇床传感器

摇床传感器采用槽式光电传感器。用来监测针床总针位,为摇床针数提供基准位。

摇床传感器的作用:保证针床正常编织,防止针床出现撞针的现象;在翻针过程中,避免漏针,成功完成翻针动作;确定翻针针数准确。2.4.2.2 落布传感器

落布传感器是采用漫反射式光电开关,用来检测落布时,罗拉牵引织物落布的情况。当织物在全自动电脑横机上编织完成后,自动落布时,落布传感器检测落布,如果在系统规定的时间没有将织物落完,控制系统没有收到落布传感器发出的信号就会发出落布不良的报警。2.5 光电编码器2.5.1 光电编码器原理

光电编码器,是通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器,光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴,电动机旋转时,光栅盘与电动机同速旋转,经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号,通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外,为判断旋转方向,码盘还可提供相位相差90b 的两路脉冲信号。光电编码器结构见图8

所示。

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图8 光电编码器结构

2.5.2 光电编码器应用

2.5.2.1 机头控制

机头采用位置闭环控制,由伺服单元利用伺服电机编码器输出信号构成速度环和电流环,再利用与机头运动导轨平行时的皮带轮及固连于机头的读针零位传感器检测机头位置,构成位置环。2.5.2.2 起底板控制

起底板的升降、复合针的开闭分别由各自的力

矩电机驱动,其工作位置采用霍尔传感器检测。在控制过程中起底板系统的DSP 改变可控硅的导通角实现力矩电机驱动电压的控制,实现程序预设的的牵拉力。

起底板升降电动机尾部的轴上安装了一个铝制圆盘,铝圆盘周边沿等分安装了8个磁钢,与电动机后罩壳上的两个霍尔开关构成了一套简易的增量式编码器。升降电动机每转一圈,霍尔开关产生两路8个互差90b 的脉冲,称为升降电动机A 信号和B 信号。A 、B 两路信号经高速光耦隔离后送入DSP 中,TM S320F2812中具备的正交编码脉冲(QEP)电路处理此信号,使DSP 感知起底板的速度、位置、方向等量,对升降电动机实施闭环控制。

3 结束语

传感器在电脑横机整个运作过程中起到至关重要的作用,是构成电脑横机检测报警的关键部件。它的灵敏度以及精确度关系到整个机器是否正常工作,织物是否有织疵等,最终影响到生产效率,增加了企业生产成本的投入。因此对于电脑横机的生产厂家来说,一台合格的电脑横机,必须配备灵敏、精确、耐用的传感器。而对于电脑横机的使用者来说,了解各种传感器的原理及作用,有助于维修人员快速的确定机械故障的问题所在,及时找出织疵的原因,缩短了维修时间,给企业带来一定的利润。

参考文献

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