CN101487168B - 一种高速经编机梳栉横移的控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种高速经编机梳栉横移的控制系统，其结构包括上位花型计算机1、传输花型数据的高速总线2、控制各梳栉横移的主伺服驱动单元3及从伺服驱动单元4、内嵌于主伺服驱动单元3内的I/O卡和通讯卡6及实时数据处理单元5、联结各伺服驱动单元的超高速现场实时数据总线7、主轴位置绝对编码器8和主轴速度增量编码器9。所述控制系统中主伺服驱动单元3利用接收到的花型数据，设置各伺服驱动单元的电子凸轮曲线，并结合编码器8和编码器9的实时值，实现电子凸轮的高速旋转和凸轮曲线上各点之间的光滑过渡。本发明结构简洁，实时数据处理完全在伺服驱动单元内完成，利用电子凸轮模拟机械花盘，机械冲击小，性能稳定，可实现高转速大花高编织。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速经编机梳栉横移的控制系统，特别是一种借助超高速现场总线技术将实时数据处理单元内嵌于现场驱动单元，并将花型数据转换成电子凸轮以替代机械花盘的高速经编机横移控制系统。它适用于经编机的电子横移控制，尤其是高速经编机的大花高电子横移控制。
背景技术
随着经编机电子化进程的不断深入，采用计算机和伺服驱动系统来实现经编机梳栉横移系统的技术提升已经很普遍，目前经编机电子横移控制系统有集中式控制和分散式控制两种，都是将主轴的位置信号作为唯一的信号源，利用主轴位置信号的周期性变化来驱动各梳栉横移执行机构按照花型数据完成工艺要求的位移，但目前现有技术的梳栉横移控制系统结构都是将核心控制器，即实时数据处理单元与位于工作现场的伺服驱动系统分开，这样作虽然便于工程实现，但实际却增加了主轴位置信号源到实时数据处理单元的传输延迟，这种细微的差别从源头上消耗了本来就极短的横移时间，从根本上限制了经编机主轴速度的提高，因此采用现有技术的梳栉横移控制系统难以适应高速经编机的运行需求；而对于使用目前机械花盘的高速经编机来说，虽然凸轮式机械花盘良好的光滑外周曲线可以保证很高的机器主轴转速，但机械花盘的外形尺寸大大限制了花型数据的长度，不可能实现高速下大花高工艺的编织。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是利用内嵌技术，改变现有经编机梳栉横移控制系统中实时数据处理单元的功能位置，并借助高速实时的现场总线技术实现数据共享，最大程度减少信号传输延迟，同时采用电子凸轮模拟机械花盘技术，以实现高转速下大花高的编织。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：首先，利用总线的分时复用技术，即当传输花型数据的高速总线(2)上进行花型数据传输时，在联结各伺服驱动单元的超高速现场实时数据总线(7)上不进行实时数据共享，当大批量的花型数据下载完毕后，超高速现场实时数据总线(7)的数据共享功能才正式启动，这样即使当传输花型数据的高速总线(2)和超高速现场实时数据总线(7)采用相同的总线类型且在物理上直接相连，也不会在大批量花型下载和实时数据共享时因带宽问题而影响总线速度。其次，将上位花型计算机(1)只作为花型计算机和监控界面，不参与实时控制，而将完成本系统内所有实时运算和控制的核心控制器，即实时数据处理单元(5)内嵌于主伺服驱动单元(3)内部，并借助现场总线的高速实时性，将直接送至主伺服驱动单元(5)的主轴位置和速度信号在从伺服驱动单元(4)内共享，从而降低因系统结构造成的信号传输延迟和运算滞后，取消了提高主轴转速的瓶颈；同时，利用伺服驱动系统特有的电子凸轮功能，将在经编机机器主轴开机前就下载完毕的工艺花型数据在实时数据处理单元(5)内转换成各伺服驱动单元的电子凸轮曲线，利用理论上无限大的数据存储空间替代了外形尺寸受限制的机械花盘外轮廓长度，从而突破了机械花盘工艺花高受限制的约束；利用以上两大创新性技术改进，突破了普通经编机和高速经编机上梳栉横移控制系统各自面临的技术约束，实现了高速经编机上高速大花高的梳栉横移控制。
当实时数据处理单元(5)内嵌于主伺服驱动器(3)内部进行高速实时运算时，考虑到所述超高速现场实时数据总线(7)在进行实时数据共享时总线负荷较大，且传输花型数据的高速总线(2)上此时会有部分无实时性要求的监控数据传输，为了确保实时数据的传输带宽和数据共享的可靠，从伺服驱动单元(4)的数量限定为3套，即由a、b、c三套伺服驱动器和伺服电机组成所述伺服驱动单元(4)。
作为本发明的另一种改进，所述传输花型数据的高速总线(2)和超高速现场实时数据总线(7)分别采用不同的总线类型，即将二者的物理联结完全分开，这样可从物理介质上保证传输花型数据的高速总线(2)和超高速现场实时数据总线(7)各自的最高带宽和数据速率，在这种情况下，所述从伺服驱动单元(4)的数量最多可扩展为7套伺服驱动器和伺服电机。
本发明实现上述技术方案的控制系统包括：存储花型数据并完成监控的上位花型计算机(1)，传输花型数据的高速总线(2)，控制各梳栉横向移动的主伺服驱动单元(3)和从伺服驱动单元(4)、内嵌于主伺服驱动单元(3)内的实时数据处理单元(5)及各I/O卡和通讯卡(6)，各伺服驱动单元之间采用超高速现场实时数据总线(7)联结，主轴位置绝对编码器(8)和主轴速度增量编码器(9)分别直接与主伺服驱动单元(3)相连，并为实时数据处理单元(5)的运算提供实时的位置和速度信号。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及效果：1、核心数据处理单元内嵌于位于现场层的伺服驱动系统，整个控制系统结构简洁高效，性能先进稳定；2、用电子凸轮模拟机械花盘，既实现了花型工艺的高速连续运行，又突破了机械花盘安装尺寸限制工艺花高的约束；
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的控制结构和控制原理进行详细说明。
本发明控制结构如图1所示，(1)为存储花型数据并完成监控的上位花型计算机，(2)为传输花型数据的高速总线，(3)为控制梳栉横向移动并内嵌各种控制卡的主伺服驱动单元，(4)为控制余下各梳栉横向移动的从伺服驱动单元，(5)为内嵌于主伺服驱动单元的实时数据处理单元，(6)为内嵌于主伺服驱动单元的各I/O卡和通讯卡，(7)为各伺服驱动单元之间互联的超高速现场实时数据总线，(8)为主轴位置绝对编码器，(9)为主轴速度增量编码器。
本发明控制原理为：将大批量工艺花型数据的传输时间和大量实时数据信息的共享时间分割成片相互错开，并将工艺花型数据在实时数据处理单元(1)内被预先处理成主伺服驱动单元(3)和从伺服驱动单元(4)可独立使用的电子凸轮曲线，当主轴位置绝对编码器(8)输出信号发生周期性变化时，主伺服驱动单元(3)和从伺服驱动单元(4)内的电子凸轮发生转动，随主轴速度增量编码器(9)的实时值不同，实时修正凸轮曲线上各点之间的过渡加减速，即用电子凸轮模拟高速经编机上机械花盘的运行，同时对电子凸轮上各离散点间的过渡速度实时调整。
本发明实施例一为：上位花型计算机(1)采用研华工控机IPC，花型传输高速总线(2)采用双向100M工业用EtherCat，I/O卡和通讯卡(6)采用EtherCat-Master，主伺服驱动单元(3)采用包米勒4000系列伺服驱动器1台和2.0千瓦超低惯量高速伺服电机1台，从伺服驱动单元(4)采用包米勒3000系列伺服驱动器3台和2.0千瓦超低惯量高速伺服电机3台，各驱动单元间的高速实时现场总线(7)也采用双向100M工业用EtherCat，主轴位置绝对编码器(8)采用SRS50M正余弦编码器，实时数据处理单元(5)采用包米勒Drive-PLC嵌入卡，整个经编机梳栉横移控制系统共控制4把梳栉的高速大花高电子横移。
本发明实施例二为：上位花型计算机(1)采用研华工控机IPC，花型传输高速总线(2)采用全双工CAN通讯，I/O卡和通讯卡(6)采用CANopen_Slave及EtherCat-Master，主伺服驱动单元(3)采用包米勒4000系列伺服驱动器1台和1.6千瓦超低惯量高速伺服电机1台，从伺服驱动单元(4)采用包米勒3000系列伺服驱动器7台和1.6千瓦超低惯量高速伺服电机7台，各驱动单元间的高速实时现场总线(7)采用双向100M工业用EtherCat，主轴位置绝对编码器(8)采用SRS50M正余弦编码器，实时数据处理单元(5)采用包米勒Drive-PLC嵌入卡，整个经编机梳栉横移控制系统共控制8把梳栉的高速大花高电子横移。
Claims (7)
1.一种高速经编机梳栉横移的控制系统，包括上位花型计算机(1)、传输花型数据的高速总线(2)、控制各梳栉横向移动的主伺服驱动单元(3)及从伺服驱动单元(4)、实时数据处理单元(5)、各I/O卡及通讯卡(6)、超高速现场实时数据总线(7)、主轴位置绝对编码器(8)和主轴速度增量编码器(9)，其特征在于：所述实时数据处理单元(5)是系统的核心控制器，完成系统中所有伺服的电子凸轮曲线计算和实时的电子凸轮运动控制，内嵌于主伺服单元(3)内，与从伺服驱动单元(4)构成集中式控制结构，所述主伺服驱动单元(3)和从伺服单元(4)所使用伺服电机均为旋转式伺服电机。
2.根据权利要求1所述的高速经编机梳栉横移的控制系统，其特征在于：上位花型计算机(1)由传输花型数据的高速总线(2)与主伺服驱动单元(3)相联，主伺服驱动单元(3)与从伺服驱动单元(4)通过超高速现场实时数据总线(7)互联，各I/O卡及通讯卡(6)内嵌于主伺服驱动单元(3)内，主轴位置绝对编码器(8)和主轴速度增量编码器(9)通过各I/O卡及通讯卡(6)与主伺服驱动单元(3)联结。
3.根据权利要求1所述的高速经编机梳栉横移的控制系统，其特征在于：所述传输花型数据的高速总线(2)与超高速现场实时数据总线(7)采用分时复用控制，故可选用同种总线类型，也可选用不同总线类型。
4.根据权利要求1所述的高速经编机梳栉横移的控制系统，其特征是：当所述传输花型数据的高速总线(2)与超高速现场实时数据总线(7)使用相同总线类型时，所述主伺服驱动单元(3)只含一台伺服驱动器和一台伺服电机，所述从伺服驱动单元(4)最多可包含三台伺服驱动器和三台伺服电机；而当所述传输花型数据的高速总线(2)与超高速现场实时数据总线(7)使用不同总线标准，所述主伺服驱动单元(3)只含一台伺服驱动器和一台伺服电机，所述从伺服驱动单元(4)最多可扩展至七台伺服驱动器和七台伺服电机。
5.根据权利要求1所述的高速经编机梳栉横移的控制系统，其特征是：所述超高速现场实时数据总线(7)联结主伺服驱动单元(3)和从伺服驱动单元(4)，完成系统内所有实时信息的共享传递。
6.根据权利要求1所述的高速经编机梳栉横移的控制系统，其特征是：所述主伺服驱动单元(3)内部的实时数据处理单元(5)利用主轴位置绝对编码器(8)输出信号的周期性变化实现各伺服驱动单元所用电子凸轮的高速旋转。
7.根据权利要求1所述的高速经编机梳栉横移的控制系统，其特征是：所述主伺服驱动单元(3)内部的实时数据处理单元(5)利用主轴速度增量编码器(9)的实时值修正各伺服驱动单元所用电子凸轮曲线上各点间的过渡加减速，实现电子凸轮的光滑连续运行。
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