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1、基于伺服控制经编机电子横移系统的研究醴鳎基于何服控制经编机电子横移系统的研究郭俊华,蒋高明,夏风林(江南大学,江苏无锡214122)摘要:提出一种基于伺服控制的经编机电子横移系统.该系统以单片机作为系统控制核心,工控机为系统支撑,三菱伺服为执行机构,实现了高效花型传输,存储,参数设定以及生产监控等功能,具有传统的机械式经编机横移机构不可比拟的优势,对今后国内经编机的改造具有重要参考价值.关键词:伺服控制;经编机;电子横移系统;单片机;工控机;三菱伺服系统中图分类号:TS183.7+3文献标志码:A文章编号:1000-4033(2007)05001403梳栉横移机构是经编机中最重要的装置之一,其
2、横移运动决定着各把梳栉的经纱所形成的线圈在织物中的分布规律,从而形成不上,梳栉的横移由链块或花盘凸轮控制,在实际生产中存在很多难以克服的缺点,如翻改花型周期长,高效,高质的生产,其最大的特点是花型循环不受限制,且花型变化十分方便,只要插入带有工艺参数的软盘就可以实现花型变换,从而满足消费者的需求,然而国外带有电子横移装置的经编机大都价格昂贵,因此利用电子数控技术对经编机梳栉横移装置进行研究很有必要.1横移运动在经编机的成圈过程中,主轴每转一转编织一个横列,梳栉沿针床方向进行一次针前,针背横移和其摆动密切配合,针间摆动期间不能进行横移.根据花型组织不同,针前垫纱不超过两个针距,针背垫移动时间极为
3、短促,所以应保证梳栉的横移运动平稳,速度无急剧变整数倍,且移动后导纱针应处于针间隙的适当位置,以免在针间摆动时导纱针和针上的纱线碰撞或摩擦【Il.'如图1所示,设定C.,C分别代表后梳导纱针后边缘在向针钩及针背摆动时进入及摆离针背的工作点,而G2,C分别表示前梳导纱针前边缘摆离及进入针钩前端的时,找准某一特定机型的cl,G2,G3,尤为重要.从图1中可以看出,当主轴转Cl:9so9oo,图1作者简介:郭俊华(198O一),男,硕士研究生.主要从事经编机装置及速度的研究.?14?角为98o160o及204266o时梳栉不允许横移.而转角为160204o时可以作针前横移,即针前允许横移的角
4、度区间大小为44o,而在实际生产中为了确保横移的安全和可靠,一般梳栉针前允许横移的角度区间应小于44o(图1中阴影部分为主轴一转过程中不允许横移角度,空白部分为允许横移角度).经编机一个成圈过程中允许针前横移的角度一般为26o51o,时间只为nr/min,以针前横移44o为例,其针前横移允许时间T为:嚣×i1×60=22s当经编主轴转速为600r/min由以上分析可知,经编机梳栉横移运动要求很高的频率和精度.2伺服电机选择拉动梳栉横移伺服电机快速地做运动停止运动的反复动进行,必须使电子横移机构定位精度高,快速响应性强且系统稳定性好.通过对横移运动的分析可知,控制梳栉横移的伺
5、服系统必须具备可控性好,稳定性高和快速响应号消失以后,能立即自动停转;稳定性高是指转速随转距的增加而均匀下降;快速响应性强是指反应快,灵敏,即要求跟踪指令信号的响应要快.交流伺服电机在精度,响应速度和力矩方面的优越性能满足了梳栉横移运动的工艺要求21,与步进电机相比,它有很多优势.交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证;而步进电机受步距角的影响,轴变位只增加确定的量.另外,步进电机低速运转时易出现低频振动现象,启动频率过高或负载过大时易出现丢步或堵转现象,停止时转速过高则易出现过冲现象,为保证其控制精度,还须处理好升,降速问题;交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器的
6、反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现上述现象,控制性能更为可靠21,为梳栉横移的高精度提供了保障.步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200400ms,而交流伺服系统从静止加速到额定转速3000r/rain仅需几毫秒,非常适用于梳栉横移运动快速启停的控制场合.交流伺服电机为恒力矩输出,即在额定转速(一般为2000r/min或3000r/rain)以内,都能输出额定转矩;而步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降(其最高工作转速一般在300600r/min).驱动地梳横移需要更大的机械力,交流伺服电机在高速下不仅能输出额定转矩,更能满足此要
7、求.因此,我们选用三菱交流伺服系统驱动梳栉设计试验,该驱动系统快速响应性强,定位时间短,振动抑制能力强.3控制系统硬件组成本控制系统硬件采用主从层次结构,主要分为三级:工控机(触摸屏),伺服控制板(核心控制单元制思想是主从式结构,统一管理,单元统一管理,而各梳栉分别由各台工控机(IPC)作为上位监控机,下位机采用以WIN78E58B芯片为核心的运动控制板和伺服驱动系统,上,下位机的通信采用CAN总线通讯.工控机接收来自运动控制板单片机和CAN总线上各伺服控制器的数据信息,并进行分析,处理,按照预定的数学模型和横移运动运行规则,向单片机和各伺服控制器发送控制指令,完成参数设定,生产监控,数据统计
8、等工作,使整个系统正常协调地运转.单片机作为伺服控制板的核心控制单元,将花型信息和主轴角度编码器的反馈信息转换为指令脉冲和启停命令,并发送给伺服放制平台,所有现场数据的采集和实时控制均由运动控制板完成.伺服驱动器是接受和执行控的角度传输装置旋转变压器建立速度和位置反馈,使电机本身构成自运动控制卡的脉冲和启停命令,将这一目标值向电机输出一定的电压和频率,使伺服电机按目标转执行横移运动.采用钢丝拉动梳栉,通过弹簧装置进行反方向回复.安装在经编机主轴上,采集主轴转速和主轴转角信息作为同步信号传送至运动控制板.4控制系统软件组成本控制系统软件由人机界面计着重考虑实时陛和控制精度.人机界面软件从功能模块
9、上分为主界面模块,横移模块,产品设置模块,厂家参数设置模块.图2经编电子横移系统硬件组成原理框图?15?横移参数设置界面:电子齿轮比,横移卷轮周长,每针距对应的脉冲数.横移显示(监控)界面:工作花型,机型,机号,花宽,梳栉数,使用梳栉,当前梳栉.花型编辑界面:花型设置一花型文件一(新建,软盘读取,编辑,复制,删除,输出,加载).产品设置界面:总米长,当前米长.通过手动点击触摸屏进行参数修改和界面切换,这样为调机和设备维护带来方便,当系统正常运行时,切换到自动状态.上位机软件的主要功能有:提供人机对话框;对输入参数的校验,花型的编辑,修改以及存储;与下位机的通讯等.下位机程序由单片机主程序,计算
10、采样,数字通讯部分组成.根据主轴的工作状态来决定横移伺服驱动器的工作状态及故障处理功能.进行经轴工作参数的采集,计算和显示.CAN总线与上位机通讯,一方面读取伺服驱动器的数据,进行显示和计算;另一方面将设置的数据和控制参数发送给伺服驱动器.5横移运动伺服控制三菱交流伺服系统以速度控制,位置控制和转矩为主,通过用梳栉运动的主要任务是准时精确地横移,因此选用位置控制模式来?l6?自适应控制估算出理想模型后执行稳定控制.伺服驱动器与伺服电机之间采用光电编码器建立反馈,形成高精度的伺服控制系统,实时地将其运行状态与运行信息传输至运动门的CAN总线接口,可以像其他的CAN节点一样,用普通双绞线作为通信介
11、质,方便地连接到基于CAN总线的工业控制系统上,作为CAN总线上的节点,伺服驱动器不仅可以与上位主机进行通信,通过CAN总线接收上位机的各种操作,控制和参数设定命令;同时伺服驱动器之间亦可以进行快速的数据交换,相互间建立一定的协调或控制关系.传统机械式经编机梳栉的横移由花板链块或花盘凸轮驱动,使用伺服电机拉动钢丝带动梳栉横移,对于少梳栉经编机驱动地梳需要更大的机械力,为此使用减速机数计算如下:每针距控制卡发出脉冲数=P/Cx/_/'rr(D+d/2)xm=P/Cx(25.4/E)/'rr(D+d/2)xm式中:助电机每一转控制卡发出的指令脉冲数;C为电子齿轮比;L为针距,mm;D为伺服电机轴套轮直径,mm;d为钢丝直径,mm;脚为减速比;E为经编机机号.6结束语该系统将基于单片机的现场总线伺服控制技术用于经编电子横移装置,使更改花型迅速,其中可以编织大花型循环的能力是传统的机械式横移机构经编机不能平,且改造成本低,对提高我国经编机市场竞争力以及国内经编机的改造有重要参考价值.参考文献【1】天津纺织工学院.针织学:第三分册经M】.北京:纺织工业出版社,1980.比分析lJ1.农机化研究,2004(3):98.收稿日期2007年1月8日