CN101565866A - 转杯纺纱机全自动接头控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种转杯纺纱机全自动接头控制方法,依次包括参数设定、取得锭位号信息、行走定位、机械手伸缩、控制转杯转速、接头控制与机械手复位七个步骤;实现上述控制方法的装置由分别通过传输介质与DSP控制器相连接的人机交互界面、伺服接头装置、转杯转速控制装置、行走定位装置及机械手控制装置构成,人机交互界面还与伺服接头装置相连接,该传输介质包括RS485模块、CAN模块、IO信号与高速I/O信号。本发明控制方法简单,可实现纱线接头操作的全程自动化控制,克服现有半自动接头纺纱机控制精度低,接头质量差、效率低的不足;补偿了现有全自动接头控制系统功耗大,抗干扰性与稳定性不高等缺点。
Description
技术领域
本发明属于纺织领域,特别是一种转杯纺纱机,尤其是一种转杯纺纱机全自动接头控制方法及装置。
背景技术
目前,转杯纺纱机接头控制系统有半自动和全自动两种方式,国内以半自动接头纺纱机为主,现有半自动接头纺纱机的电控系统主要为电磁阀控制,具有控制精度不高,纱线接头质量差等缺点;而国外现有的全自动接头控制系统具有控制精度高,接头质量好等特点,其接头控制系统在设计原理上较多都是采用软、硬件模块化结构,然后通过CAN通讯介质进行连接,其不足是由于控制系统为模块化结构设计,导致其系统整体结构复杂、功耗大、过度依赖通讯控制,抗电磁干扰性能与稳定性能不高。
发明内容
本发明提供一种控制方法简单,可实现纱线接头操作的全程自动化控制的一种纺纱机全自动接头控制方法。
本发明的另一目的是提供一种可大幅度提高纱线接头成功率,控制精度高,性能稳定,功耗低,并且抗干扰能力强的一种纺纱机全自动接头控制装置。
为实现上述目的,本发明提供一种转杯纺纱机全自动接头控制方法,包括以下步骤:
步骤101、参数设定:通过人机交互界面对控制参数进行设定,并分别将控制参数传输到DSP控制器与伺服接头装置;
步骤201、取得锭位号信息:DSP控制器通过传输介质与主控计算机连接,并取得接头纺纱锭位号信息;
步骤301、行走定位:DSP控制器通过传输信号控制行走定位装置到达纺纱锭;
步骤401、机械手伸缩:DSP控制器通过检测传感器位置由传输信号控制机械手伸缩;
步骤501、控制转杯转速:DSP控制器采集转杯的转速,并控制转杯转速达到设定的工艺接头转速;
步骤601、接头控制:DSP控制器根据转速信息控制伺服接头装置匹配运行并完成接头操作;
步骤701、机械手复位:DSP控制器控制机械手将纱线移交至主机后控制机械手恢复初始位置。
在步骤101中,所述人机交互界面通过CAN模块依次与所述DSP控制器及所述伺服接头装置相连接,所述CAN模块由CAN通讯模块或CAN总线模块构成。
在步骤201中,所述传输介质为RS485模块,所述RS485模块由RS485通讯模块或RS485接口模块构成。
在步骤301与步骤401中,所述传输信号为I/O信号,所述DSP控制器与所述行走定位装置及所述机械手控制装置之间通过所述I/O信号进行数据传输。
在步骤501中,将采集到的转杯转速经过PID算法输出PWM控制转杯转速。
在步骤501与步骤601中,所述DSP控制器与所述转杯转速控制装置及所述伺服接头装置之间通过高速I/O信号进行数据传输。
本发明还提供一种转杯纺纱机全自动接头控制装置,包括主控计算机与DSP控制器,所述DSP控制器通过传输介质与所述主控计算机相连接,所述DSP控制器通过所述传输介质分别与人机交互界面、伺服接头装置、转杯转速控制装置、行走定位装置及机械手控制装置相连接,所述人机交互界面还与所述伺服接头装置相连接。
所述传输介质包括RS485模块、CAN模块、I/O信号与高速I/O信号,所述RS485模块由RS485通讯模块或RS485接口模块构成,所述CAN模块由CAN通讯模块或CAN总线模块构成。
所述人机交互界面通过所述CAN模块与所述DSP控制器及所述伺服接头装置连接。
所述DSP控制器由分别与电源模块相连接的DSP微处理芯片、RS485模块、CAN模块、至少一个CPLD模块、I/O模块及高速I/O模块构成。
所述伺服接头装置由与至少三个微型伺服电机相连接的伺服驱动器构成,所述三个微型伺服电机包括喂棉伺服电机、引纱伺服电机与卷绕伺服电机。
所述转杯转速控制装置由信号采集板、传感器、电磁螺旋管、功率驱动模块、气缸杠杆与弹簧调节机构组成,所述信号采集板与所述传感器相连接,所述电磁螺旋管设置于所述气缸杠杆的上侧并与所述功率驱动模块相连接,所述弹簧调节机构设置于所述电磁螺旋管的上端。
所述行走定位装置由变频器与交流异步电机构成,所述变频器通过线路与所述交流异步电机相连接,所述交流异步电机上还安装有抱闸装置。
所述机械手控制装置由气缸、电磁阀岛与传感器构成。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明提供一种转杯纺纱机全自动接头控制方法,依次包括参数设定、取得锭位号信息、行走定位、机械手伸缩、控制转杯转速、接头控制与机械手复位七个步骤;实现上述控制方法的装置由分别通过传输介质与DSP控制器相连接的人机交互界面、伺服接头装置、转杯转速控制装置、行走定位装置及机械手控制装置构成,人机交互界面还与伺服接头装置相连接,该传输介质包括RS485模块、CAN模块、I/O信号与高速I/O信号。本发明控制方法简单,可实现纱线接头操作的全程自动化控制,克服现有半自动接头纺纱机控制精度低,接头质量差的不足;补偿了现有全自动接头控制系统功耗大,抗干扰性能与稳定性能不高等缺点。另外,本发明还将硬件系统与软件系统分别进行一体化设计与模块化设计,既简化了控制系统结构,又提高了稳定性,同时软件还将算法设计进行模块化处理,提高了系统维护性和系统升级的方便性。
附图说明
图1为本发明提供的转杯纺纱机全自动接头控制方法的流程图;
图2为本发明提供的转杯纺纱机全自动接头控制装置的结构框图;
图3为本发明DSP控制器结构框图;
图4为本发明伺服接头装置结构框图;
图5为本发明转杯转速控制装置结构框图。
主要元件符号说明如下:
1人机交互界面 2 DSP控制器
3伺服接头装置 4转杯转速控制装置
5行走定位装置 6机械手控制装置
7主控计算机 8伺服驱动器
9喂棉伺服电机 10引纱伺服电机
11卷绕伺服电机 12信号采集板
13传感器 14电磁螺旋管
15功率驱动模块 16气缸杠杆
17弹簧调节机构
具体实施方式
本发明提供一种转杯纺纱机全自动接头控制方法,包括以下步骤:
步骤101、参数设定:通过人机交互界面对控制参数进行设定,并分别将控制参数传输到DSP控制器与伺服接头装置;
步骤201、取得锭位号信息:DSP控制器通过传输介质与主控计算机连接,并取得接头纺纱锭位号信息;
步骤301、行走定位:DSP控制器通过传输信号控制行走定位装置到达纺纱锭;
步骤401、机械手伸缩:DSP控制器通过检测传感器位置由传输信号控制机械手伸缩;
步骤501、控制转杯转速:DSP控制器采集转杯的转速,并控制转杯转速达到设定的工艺接头转速;
步骤601、接头控制:DSP控制器根据转速信息控制伺服接头装置匹配运行并完成接头操作;
步骤701、机械手复位:DSP控制器控制机械手将纱线移交至主机后控制机械手恢复初始位置。
在步骤101中,人机交互界面通过CAN模块依次与DSP控制器及伺服接头装置相连接,CAN模块由CAN通讯模块或CAN总线模块构成。
在步骤201中,传输介质为RS485模块,RS485模块由RS485通讯模块或RS485接口模块构成。
在步骤301与步骤401中,传输信号为I/O信号,DSP控制器与行走定位装置及机械手控制装置之间通过I/O信号进行数据传输。
在步骤501中,将采集到的转杯转速经过PID算法输出PWM控制转杯转速。
在步骤501与步骤601中,DSP控制器与转杯转速控制装置及伺服接头装置之间通过高速I/O信号进行数据传输。
实施例
图1为本发明控制方法流程图。在步骤101中,在人机交互界面上设置设定工艺的参数,然后通过CAN通讯模块或CAN总线模块分别传送到DSP控制器与伺服接头装置,从而实现工艺参数设置与保存。
在步骤201中,DSP控制器通过RS485通讯模块或RS485接口模块与主控计算机相连接,并向主控计算机发送请求得到纺纱接头锭位号的信息,主控计算机在收到请求后将接头纺纱锭位号信息发送至DSP控制器,使DSP控制器获得所需要的接头纺纱锭位号信息。其中,锭位号信息主要由定位纺纱锭号、纺纱锭接头动作、接头动作为断头引纱、空管生头、满桶落纱等信息构成。
在步骤301中,DSP控制器在接收到接头纺纱锭位号后,通过I/O信号控制行走定位装置内部的变频器与电机抱闸机构,通过排序算法准确到达纺纱锭,实现准确高效的定位。
在步骤401中,行走装置定位完成后,DSP控制器通过I/O信号控制机械手装置中的气缸阀道从而实现机械手的动作。DSP控制器首先对气缸上传感器的位置进行检测,然后再通过I/O信号控制机械手伸缩到位,并为纺纱接头做好准备,实现引导纱线、转杯清洁与纱线放置到位的功能。
在步骤501中,当机械手伸出到位后,DSP控制器通过高速I/O信号对转杯转速控制装置的转速进行采集,然后经阈值PID算法运算并与纺纱工艺相结合,通过PWM脉冲信号进行输出从而控制转杯转速,使转杯的转速能够达到预先设定的接头转速。
在步骤601中,DSP控制器通过高速I/O信号根据工艺时序控制伺服接头装置中的三个伺服电机运行,从而完成自动接头操作,实现纱线的接头成功。
在步骤701中,纱线接头成功后,DSP控制器通过I/O信号控制机械手将纱线移交至主机后,又通过I/O信号控制机械手恢复初始位置。
重复步骤101至步骤601中的操作,从而实现转杯纺纱机的全自动接头控制。
图2为本发明提供的转杯纺纱机全自动接头控制装置的结构框图。本发明提供一种转杯纺纱机全自动接头控制装置,包括主控计算机7、DSP控制器2、人机交互界面1、伺服接头装置3、转杯转速控制装置4、行走定位装置5及机械手控制装置6。其中,DSP控制器2通过RS485模块与主控计算机7相连接,该RS485模块可由RS485通讯模块或RS485接口模块构成;DSP控制器2通过I/O信号分别与行走定位装置5及机械手控制装置6相连接,DSP控制器2通过高速I/O信号分别与伺服接头装置3及转杯转速控制装置4相连接,人机交互界面1通过CAN总线模块或CAN通讯模块与DSP控制器2及伺服接头装置3连接。行走定位装置5由变频器与交流异步电机构成,变频器通过线路与交流异步电机相连接,交流异步电机上还安装有抱闸装置。机械手控制装置6由气缸、电磁阀岛与传感器构成,该传感器较佳的实施例为磁性传感器。
图3为本发明DSP控制器结构框图。DSP控制器由分别与电源模块2-7相连接的DSP微处理芯片2-1、RS485模块2-2与CAN模块2-3、CPLD模块2-4、I/O模块2-5及高速I/O模块2-6构成。该RS485模块2-2可由RS485通讯模块或RS485接口模块构成。该CAN模块由CAN通讯模块或CAN总线模块构成。该CPLD模块2-4较佳的数量为两个。DSP微处理芯片分别与高速I/O模块、RS485模块、CAN模块与CPLD模块相连接,高速I/O模块、RS485模块、CAN模块与CPLD模块分别与DSP微处理芯片实现双方向的数据传输。CPLD模块还与I/O模块相连接,并且与I/O模块实现双方向的数据传输。DSP微处理芯片2-1通过RS485模块2-2与主控计算机7实现通讯及信息传输,从而传输纺纱锭位号与工艺信息;DSP微处理芯片2-1通过CAN总线传输接头工艺参数;DSP微处理芯片2-1通过I/O信号控制行走定位装置5,检测机械手上的传感器控制机械手动作时序;通过高速I/O模块2-6采集转杯速度,经PID算法控制转杯转速,根据转杯转速控制伺服接头装置的同步匹配动作,实现成功纱线接头。
图4为本发明伺服接头装置3结构框图,伺服接头装置3由三个分别与伺服驱动器8相连接的微型伺服电机构成,三个微型伺服电机包括喂棉伺服电机9、引纱伺服电机10与卷绕伺服电机11。该伺服驱动器8分别采集三个伺服电机上的反馈编码信号,从而驱动三个微型伺服电机运转,三个微型伺服电机直接驱动引纱机构,实现引纱的精密控制。通过人机交互界面1设置引纱工艺的参数曲线、引纱转速与电机同步匹配时间参数等工艺参数,通过CAN通讯模块或CAN总线模块传输到伺服接头装置3和DSP控制器2,DSP控制器2采集转杯转速,经过转杯转速调控算法输出转速控制信号,调节转杯转速达到工艺需求速度,DSP控制器2输出电机同步匹配控制信号,伺服驱动器8执行人机交互界面1传递的工艺参数曲线,将调制电流输出给伺服电机,随伺服电机运转的编码器又将脉冲信号反馈给伺服驱动器8;从而实现精确数字化接头。该伺服接头装置3不仅功耗与电磁辐射低,而且伺服马达直接驱动接头装置,减少了传动误差,提高了控制精度和响应速度;引纱工艺在人机交互界面1上进行设置,通过CAN通讯模块或CAN总线模块传输,经过监控软件验证伺服马达执行情况,提供了纺纱工艺开发平台。克服了现有全自动转杯纺数字接头装置功耗大,电磁干扰严重,控制精度和响应速度不高,技术长期被国外垄断等不足。
图5为本发明转杯转速控制装置4的结构框图,转杯转速控制装置4由信号采集板12、传感器13、电磁螺旋管14、功率驱动模块15、气缸杠杆16与弹簧调节机构17组成,信号采集板12与传感器13相连接,电磁螺旋管14设置于气缸杠杆16的上侧并且与功率驱动模块15相连接,弹簧调节机构17设置于电磁螺旋管14的上端。该弹簧调节机构17由弹簧与螺丝构成,螺丝固定于弹簧的上侧。
该转杯转速控制装置4的工作原理为:将杠杆原理与弹簧调节机构相结合,再结合转杯转速控制装置4的系统响应,采用PWM占空比控制方式。
DSP控制器2采集通过信号采集板12转化的转杯转速信号,经过转速控制算法输出PWM控制信号,再经过功率驱动模块15驱动电磁螺旋管14调节纺纱器的刹闸杆以达到对转杯转速的控制。电磁螺旋管14通过线路与功率驱动模块15电气连接,经过PWM功率输出调节控制其升降调和力,通过气缸杠杆16控制纺纱器的刹闸杆升降,PWM控制算法根据采集到的转速,调节PWM脉冲信号的占空比,从而调节电磁螺旋管14内的电流,实现电磁力调节,经过气缸杠杆16抬升实现转速调节功能。弹簧增加了抬升力,还增强了系统的响应时间,升力的调节通过螺丝调节。向下拧紧螺丝,增加系统响应时间;相反,向上放松螺丝,则降低系统响应时间。传感器13感应转速磁信号,通过信号采集板12转化为电信号。DSP控制器2采集转速信号,经过转速控制算法,输出PWM控制信号,经过功率驱动模块15抬升气缸杠杆16从而控制纺纱器的刹闸杆,达到转杯转速控制。由于机构系统响应差异,所以在电磁螺旋管14的上侧添加了弹簧以增加了抬升力增强系统响应速度,抬升力的调节便通过螺丝调节。
综上所述,本发明控制方法简单,功耗低,可实现纱线接头操作的全程自动化控制,克服现有半自动接头纺纱机控制精度低,接头质量差的不足;补偿了现有全自动接头控制系统功耗大,抗干扰性与稳定性不高等缺点。另外,本发明还将硬件系统与软件系统分别进行一体化设计与模块化设计,既简化了控制系统结构,又提高了稳定性,同时软件还将算法设计进行模块化处理,提高了系统维护性和系统升级的方便性。
惟以上者,仅为本发明的较佳实施例而已,举凡熟悉此项技艺的专业人士.在了解本发明的技术手段之后,自然能依据实际的需要,在本发明的教导下加以变化。因此凡依本发明申请专利范围所作的同等变化与修饰,曾应仍属本发明专利涵盖的范围内。
Claims (14)
1、一种转杯纺纱机全自动接头控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤101、参数设定:通过人机交互界面对控制参数进行设定,并分别将控制参数传输到DSP控制器与伺服接头装置;
步骤201、取得锭位号信息:DSP控制器通过传输介质与主控计算机连接,并取得接头纺纱锭位号信息;
步骤301、行走定位:DSP控制器通过传输信号控制行走定位装置到达纺纱锭;
步骤401、机械手伸缩:DSP控制器通过检测传感器位置由传输信号控制机械手伸缩;
步骤501、控制转杯转速:DSP控制器采集转杯的转速,并控制转杯转速达到设定的工艺接头转速;
步骤601、接头控制:DSP控制器根据转速信息控制伺服接头装置匹配运行并完成接头操作;
步骤701、机械手复位:DSP控制器控制机械手将纱线移交至主机后控制机械手恢复初始位置。
2、如权利要求1所述的一种转杯纺纱机全自动接头控制方法,其特征在于,在步骤101中,所述人机交互界面通过CAN模块依次与所述DSP控制器及所述伺服接头装置相连接,所述CAN模块由CAN通讯模块或CAN总线模块构成。
3、如权利要求1所述的一种转杯纺纱机全自动接头控制方法,其特征在于,在步骤201中,所述传输介质为RS485模块,所述RS485模块由RS485通讯模块或RS485接口模块构成。
4、如权利要求1所述的一种转杯纺纱机全自动接头控制方法,其特征在于,在步骤301与步骤401中,所述传输信号为I/O信号,所述DSP控制器与所述行走定位装置及所述机械手控制装置之间通过所述I/O信号进行数据传输。
5、如权利要求1所述的一种转杯纺纱机全自动接头控制方法,其特征在于,在步骤501中,将采集到的转杯转速经过PID算法输出PWM控制转杯转速。
6、如权利要求1所述的一种转杯纺纱机全自动接头控制方法,其特征在于,在步骤501与步骤601中,所述DSP控制器与所述转杯转速控制装置及所述伺服接头装置之间通过高速I/O信号进行数据传输。
7、一种转杯纺纱机全自动接头控制装置,包括主控计算机与DSP控制器,所述DSP控制器通过传输介质与所述主控计算机相连接,其特征在于,所述DSP控制器通过所述传输介质分别与人机交互界面、伺服接头装置、转杯转速控制装置、行走定位装置及机械手控制装置相连接,所述人机交互界面还与所述伺服接头装置相连接。
8、如权利要求7所述的一种转杯纺纱机全自动接头控制装置,其特征在于,所述传输介质包括RS485模块、CAN模块、I/O信号与高速I/O信号,所述RS485模块由RS485通讯模块或RS485接口模块构成,所述CAN模块由CAN通讯模块或CAN总线模块构成。
9、如权利要求7所述的一种转杯纺纱机全自动接头控制装置,其特征在于,所述人机交互界面通过所述CAN模块与所述DSP控制器及所述伺服接头装置连接。
10、如权利要求7所述的一种转杯纺纱机全自动接头控制装置,其特征在于,所述DSP控制器由分别与电源模块相连接的DSP微处理芯片、RS485模块、CAN模块、至少一个CPLD模块、I/O模块及高速I/O模块构成。
11、如权利要求7所述的一种转杯纺纱机全自动接头控制装置,其特征在于,所述伺服接头装置由与至少三个微型伺服电机相连接的伺服驱动器构成,所述三个微型伺服电机包括喂棉伺服电机、引纱伺服电机与卷绕伺服电机。
12、如权利要求7所述的一种转杯纺纱机全自动接头控制装置,其特征在于,所述转杯转速控制装置由信号采集板、传感器、电磁螺旋管、功率驱动模块、气缸杠杆与弹簧调节机构组成,所述信号采集板与所述传感器相连接,所述电磁螺旋管设置于所述气缸杠杆的上侧并与所述功率驱动模块相连接,所述弹簧调节机构设置于所述电磁螺旋管的上端。
13、如权利要求7所述的一种转杯纺纱机全自动接头控制装置,其特征在于,所述行走定位装置由变频器与交流异步电机构成,所述变频器通过线路与所述交流异步电机相连接,所述交流异步电机上还安装有抱闸装置。
14、如权利要求7所述的一种转杯纺纱机全自动接头控制装置,其特征在于,所述机械手控制装置由气缸、电磁阀岛与传感器构成。
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