CN101086104A - 一种经编机的直线伺服控制梳栉横移系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种纺织机械，具体地说是一种经编机的直线伺服控制梳栉横移系统。本发明的经编机的直线伺服控制横移系统采用现场总线技术，系统架构为基于CAN总线的三级网络分布式控制系统，其中：第一级为管理层，中央控制器为工控机，用于花型输入、生产控制、花型数据的校检和网络通讯；第二级为控制层，由嵌入式微控制器构成分离式独立控制单元，负责完成接收存储IPC发送的与横移相关的花型参数，并协同工控机完成参数校验；第三级为现场层，包括伺服驱动器、圆筒形直线伺服电机、连接机构和机架，在控制层发出的指令信号下完成对梳栉的驱动。本发明具有控制精确、花型更换方便快捷、速度高的特点，能生产出花型多样的产品，并且极大提高了经编生产效率。

Description

一种经编机的直线伺服控制梳栉横移系统

技术领域

本发明涉及到一种纺织机械，具体地说是一种经编机的直线伺服控制梳栉横移系统。

背景技术

目前，机械产品发展的潮流是机电一体化技术，同时机电一体化也已经成为经编设备发展的趋势。传统的高速经编机多以链块、花盘控制为主，它对花型循环、花型结构有限制，同时更换花型不便。这显然远远不能满足多品种、小批量、流行节奏快的现代社会生活的需求。

国内现有的同类产品均是二级控制，并且采用旋转型的伺服电机作为驱动元件。即是由PLC或专门控制卡来控制普通的旋转型交流伺服电机，再通过一定的装置将交流伺服电机的转动动作转换为梳栉的横向移动，最终达到驱动梳栉横移的目的。这些系统共同的问题是：(1)由于采用PLC控制，现场控制较好，但总体上人机对话不够友好、花型数据的大小受到限制、生产管理数据和故障诊断的网络化缺乏等等；(2)由于采用旋转型交流伺服电机作为驱动元件，成本上有所降低，但是：一方面由于其启起频率较低，经编机生产速度受到限制；另一方面由于需要一定的机构将旋转运动转化为直线运动，既降低了运动精度，又降低了传动效率。

发明内容

本发明的目的在于设计一种经编机的直线伺服控制梳栉横移系统，采用现场总线技术、将系统架构成基于CAN总线的三级网络分布式控制系统，具有控制精确、花型更换方便快捷、速度高的特点，能生产出花型多样的产品，并且极大提高了经编生产效率。

本发明的经编机的直线伺服控制横移系统采用现场总线技术，系统架构为基于CAN总线的三级网络分布式控制系统，其中：

第一级为管理层，中央控制器为工控机，用于花型输入、生产控制、花型数据的校检和网络通讯；

第二级为控制层，由嵌入式微控制器构成分离式独立控制单元，负责完成接收存储IPC发送的与横移相关的花型参数，并协同工控机完成参数校验；开车后能根据主轴脉冲信号、横移运动使能信号来控制圆筒形直线伺服的横移运动，完成指定距离的横移，并利用光栅反馈的相关输出信号来判断横移是否及时结束，以进行相应的电器保护；

第三级为现场层，包括伺服驱动器、圆筒形直线伺服电机、连接机构和机架，在控制层发出的指令信号下完成对梳栉的驱动；

第一级与第二级之间的信息交换通过高速总线CAN完成，第二级与第三级驱动器间的信息交换通过全双工通讯实现。

在经编机机架的一侧(一般为右侧)安装一个或多个圆筒形直线伺服电机，每个圆筒形直线伺服电机的一端(一般为左端)为其输出端电机轴，在每个电机轴的一端(一般为左端)分别连接一个运动连接杆；每个运动连接杆再分别连接一个撑杆；一个或多个经编机梳栉安装在经编机机架上，可以左右移动；撑杆的一端(一般为左端)与一个梳栉连接，另一端(一般为右端)与一个运动连接杆连接。在接受到控制层发出的指令信号后，圆筒形直线伺服电机产生横向运动力，电机轴通过运动连接杆进行横移运动，通过撑杆传递给梳栉进行横移。为了保证横移的准确性和可靠性，光栅将圆筒形直线伺服电机动子的位置精确反馈给电子控制系统，限位接近开关可保证梳栉在其有效区域内移动。

在电机轴与撑杆之间设置运动连接杆，在运动连接杆上安装平行于圆筒形直线伺服电机的移动方向的横移导杆，该横移导杆位于设置于经编机机架上的导向孔内。在运动连接杆上连接弹簧，弹簧的另一端与连接于梳栉上的张紧钢丝连接。在经编机机架上安装用于检测电机轴的位移量的光栅。在经编机机架上设置用于限制电机轴的移动距离的限位接近开关。在梳栉上设置用于对梳栉进行导向的导向机构。

传统的经编机采用机械式横移机构，由链块或凸轮作为花型载体，通过链块或凸轮外缘形成的曲线驱动梳栉进行横向移动，与普通的链块或凸轮横移机构相比，电子横移系统具有下列特点：(1)花型横移范围大，可以产生较大的横移运动；(2)省去链块存储和维护，减少出错的可能性；(3)花型更换快，直接进行电脑输入即可迅速更换花型，从而大大提高经编机的生产率；(4)设备初期的投入成本相对较高。

现有的几种电子横移系统均是由PLC或专门控制卡来控制普通的旋转型交流伺服电机，再通过一定的装置将交流伺服电机的转动动作转换为梳栉的横向移动，最终达到驱动梳栉横移的目的。本发明与现有这些电子横移系统相比，其功能、作用、优点及效果是：(1)由于采用IPC工控机作为管理控制核心，其功能更强大，不但能有效地对经编机的生产进行全方位实时监控与管理，而且具有强大的自我检测能力，再者能实现生产管理、故障诊断的远程网络通讯；(2)能快速进行花纹设计，花纹变换快速；(3)采用圆筒形直线伺服电机直接驱动，不需要进行旋转运动到直线运动的转换，机构传动简洁、传动精度高；(4)采用圆筒形直线伺服电机直接驱动，比旋转型电机具有更高的动作频率，使得经编机速度比采用转动型伺服控制的电子横移系统显著提高，速度最高可达1200转/分以上；(5)由于采用了精密的光栅信号作为位置的控制反馈，使得横移运动控制定位精确。

附图说明

图1为经编机电子控制系统的总体构成图。

图2为电子横移控制系统的执行机构示意图。

图3为本发明的工作原理图。

具体实施方式

图2中，1为经编机梳栉，2为撑杆，3为张紧钢丝及弹簧，4为限位接近开关，5为圆筒形直线伺服电机轴(动子)，6为运动连接杆，7为梳栉横移导杆，8为光栅，9为圆筒形直线伺服电机，10为经编机机架(即横移机构安装底座)。

本发明采用现场总线技术，系统架构为基于CAN总线的三级网络分布式控制系统，其中：

第一级为管理层，中央控制器为工控机(即工业用控制计算机)，用于花型输入、生产控制、花型数据的校检和网络通讯；

第二级为控制层，由嵌入式微控制器构成分离式独立控制单元，负责完成接收存储IPC发送的与横移相关的花型参数，并协同工控机完成参数校验；开车后能根据主轴脉冲信号、横移运动使能信号来控制圆筒形直线伺服的横移运动，完成指定距离的横移，并利用光栅反馈的相关输出信号来判断横移是否及时结束，以进行相应的电器保护；

第三级为现场层，包括伺服驱动器、圆筒形直线伺服电机、连接机构和机架，在控制层发出的指令信号下完成对梳栉的驱动；

第一级与第二级之间的信息交换通过高速总线CAN完成，第二级与第三级驱动器间的信息交换通过全双工通讯实现。

如图2所示：在经编机机架10的一侧(一般为右侧)安装一个或多个圆筒形直线伺服直线电机9，每个圆筒形直线伺服直线电机9的一端(一般为左端)为其输出端电机轴5，在每个电机轴5的一端(一般为左端)分别连接一个运动连接杆6；每个运动连接杆6再分别连接一个撑杆2；一个或多个经编机梳栉1安装在经编机机架10上，各自可以独立左右移动，每个撑杆2的一端(一般为左端)分别与一个梳栉1连接；在运动连接杆6上安装有平行于圆筒形直线伺服电机9的移动方向的横移导杆7，该横移导杆7位于设置于经编机机架10上的导向孔内，横移导杆7用于对运动连接杆7进行导向。在经编机机架10上安装用于检测电机轴5的位移量的光栅8，该光栅8可以精确测量出电机轴5的位移量，并及时反馈给电子控制系统。在经编机机架10上设置用于限制电机轴5的移动距离的限位接近开关4，该接近开关4在电机轴5的端部靠近时，即可发出信号，通过电子控制系统使圆筒形直线伺服电机9停止工作。在接受到控制层发出的指令信号后，圆筒形直线伺服电机9产生横向运动力，其电机轴5带动运动连接杆6进行横移运动，通过撑杆2传递给梳栉1进行横移。为了保证横移的准确性和可靠性，光栅8将圆筒形直线伺服直线电机动子5的位置精确反馈给控制层，限位接近开关4可保证梳栉1在其有效区域内移动。

在运动连接架6上连接弹簧3，弹簧3的另一端与连接于梳栉1上的张紧钢丝11连接。该弹簧3与张紧钢丝11用于梳栉1的复位，可在电机轴5向回折返时使梳栉1一起返回。在经编机机架10上安装有用于对梳栉1进行导向的导向机构，以便在梳栉1移动时，能获得良好的导向。

图3是该系统的工作原理图。首先将编织花型信息通过软盘、USB存盘或直接触摸屏键入等输入工控机，然后工控机经过处理后通过CAN总线传到运动控制层；另外，主轴转动速度和位置信息由主轴编码器和接近开关等测得，也传给运动控制层。运动控制层根据主轴信息和花型信息，向直线伺服驱动器发出运动指令，由圆筒形直线伺服电机9驱动梳栉1作横移运动，安装在圆筒形直线伺服电机轴5上的光栅8发出位置脉冲信号，送至直线伺服驱动器作为运动反馈信号，这就构成了一个半闭环控制系统；光栅8发出位置脉冲信号送至运动控制层作为梳栉1的位移反馈信号，这就构成了一个全闭环控制系统。

在运行前通过触摸屏把要求的织物花型参数输入到工控机，在机器运转时，运动控制层定时采集主轴编码器和接近开关发出的脉冲信号，工控机根据累计的主轴脉冲数，即可计算出机器的转速、当前横列数，依次即可在存储器中找到编织的花型序列号及该序列的横移量。圆筒形直线伺服电机9的实际位移量通过光栅8反馈给运动控制层，再送到工控机，通过与设定值相比较确定位置差值，再由控制程序把位置偏差值进行补偿，从而确保了梳栉横移位置的精度。

需要说明一点，本文所述圆筒形直线伺服直线电机，在文献[1]中叫圆桶型直线伺服电机；在文献[2]中叫圆筒形直线感应电动机。

文献名称如下：

[1]叶云岳主编，直线电机原理与应用[M]，北京：机械工业出版社，2000；

[2]张日生等，高精度直线电机驱动机构的设计与控制[J]，机械加工与自动化，2003，10：2-4。

Claims (6)

1、一种经编机的直线伺服控制梳栉横移系统，其特征在于，采用现场总线技术，系统架构为基于CAN总线的三级网络分布式控制系统，其中：

第一级为管理层，中央控制器为工控机，用于花型输入、生产控制、花型数据的校检和网络通讯；

第二级为控制层，由嵌入式微控制器构成分离式独立控制单元，负责完成接收存储IPC发送的与横移相关的花型参数，并协同工控机完成参数校验；开车后能根据主轴脉冲信号、横移运动使能信号来控制圆筒形直线伺服的横移运动，完成指定距离的横移，并利用光栅反馈的相关输出信号来判断横移是否及时结束，以进行相应的电器保护；

第三级为现场层，包括伺服驱动器、圆筒形直线伺服电机、连接机构和经编机机架，在控制层发出的指令信号下完成对梳栉的驱动；

第一级与第二级之间的信息交换通过高速总线CAN完成，第二级与第三级驱动器间的信息交换通过全双工通讯实现。

2、如权利要求1所述经编机的直线伺服控制梳栉横移系统，其特征是：在经编机机架(10)的一侧安装一个或多个圆筒形直线伺服直线电机(9)，每个圆筒形直线伺服直线电机(9)的一端为其输出端电机轴(5)，在每个电机轴(5)的一端分别连接一个运动连接杆(6)；在每个运动连接杆(6)的一端再分别连接一个撑杆(2)；一个或多个经编机梳栉(1)安装在经编机机架(10)上，各自可以独立左右移动，每个撑杆(2)的一端分别与一个梳栉(1)连接；在接受到控制层发出的指令信号后，圆筒形直线伺服电机(9)产生横向运动力，电机轴(5)通过运动连接杆(6)进行横移运动，通过撑杆(2)传递给梳栉(1)进行横移。为了保证横移的准确性和可靠性，光栅(8)将电机动子(5)的位置精确反馈给电子控制系统，限位接近开关(4)可保证梳栉在其有效区域内移动。

3、如权利要求2所述经编机的直线伺服控制梳栉横移系统，其特征是：在电机轴(5)与撑杆(2)之间设置运动连接架(6)，在运动连接架(6)上安装平行于圆筒形直线伺服电机(9)的移动方向的横移导杆(7)，该横移导杆(7)位于设置于经编机机架(10)上的导向孔内。

4、如权利要求2所述经编机的直线伺服控制梳栉横移系统，其特征是：在运动连接架(6)上连接弹簧(3)，弹簧(3)的另一端与连接于梳栉(1)上的张紧钢丝(11)连接。

5、如权利要求2所述经编机的直线伺服控制梳栉横移系统，其特征是：在经编机机架(10)上安装用于检测电机轴(5)的位移量的反馈光栅(8)。

6、如权利要求2所述经编机的直线伺服控制梳栉横移系统，其特征是：在经编机机架(10)上设置用于限制电机轴(5)的移动距离的限位接近开关(4)。

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