CN103353744B - 碳纤维经编机多轴分区联动控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳纤维经编机多轴分区联动控制系统及方法，包括实时高速Power？Link总线、X2X通信总线，通过信号转换器连接实时高速Power？Link总线、X2X通信总线的人机操作设备；以及安装于碳纤维经编机主轴上的编码器，以及连接于X2X通信总线上产生基准时钟的数字量输入模块，编码器与数字量输入模块连接进行信号传输；在实时高速Power？Link总线上并接有主时区模块、第一铺纬时区模块、第二铺纬时区模块、第三铺纬时区模块；实时高速Power？Link总线连接并控制28个独立控制的运动轴，在基准时钟的驱动下28个轴各自按自己的运动轨迹及数学模型协调工作，构成一个有机整体，完成铺纬和编织等十分复杂的工作，保证经编的精准度，提升设备运行的灵活度。
Description
技术领域
本发明涉及纺织经编控制技术领域，具体涉及一种碳纤维经编机多轴分区联动控制系统及方法。
背景技术
碳纤维多轴向经编机是由29个独立控制的运动轴、300多个控制点组成的十分复杂的联动系统，这些独立控制轴的运动和控制点既有内在的联系，相互依赖又有相对的独立性，它们的运动轴各自按自己的运动轨迹及数学模型协调工作，完成碳纤维的铺纬和编织等工作。碳纤维多轴向经编机的一个重要特点是三个铺纬系统的铺纬宽度及铺纬角度可以不同。这样在同一个铺纬系统内7根控制轴按一定的规则运动，但由于铺纬宽度及铺纬角度不同，三个铺纬系统间各自独立，各自运动，甚至难以观察出它们间有什么联系。这样大型的复杂控制系统采用传统的统一时钟控制难以实现，而国外对碳纤维多轴向经编机的控制技术又进行封锁，因此需发明新的控制方法，适应碳纤维多轴向经编机大型且复杂多变的联动系统。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种碳纤维经编机多轴分区联动控制系统及方法，其能够对碳纤维经编机中多轴进行协调联动控制，保证经编的精准度，提升设备运行的灵活度。
实现本发明的技术方案如下：
碳纤维经编机多轴分区联动控制系统，包括实时高速PowerLink总线、X2X通信总线，通过信号转换器连接实时高速PowerLink总线、X2X通信总线的人机操作设备；以及安装于碳纤维经编机主轴上能够根据主轴的不同转速产生不同脉冲信号的编码器，以及连接于X2X通信总线上产生基准时钟的数字量输入模块，所述编码器与数字量输入模块连接进行信号传输；
在实时高速PowerLink总线上并接有主时区模块、第一铺纬时区模块、第二铺纬时区模块、第三铺纬时区模块，主时区模块连接有由其驱动的主伺服控制器，第一铺纬时区模块连接有由其驱动的第一铺纬伺服控制器，第二铺纬时区模块连接有由其驱动的第二铺纬伺服控制器，第三铺纬时区模块连接有由其驱动的第三铺纬伺服控制器。
所述信号转换器为传输数据的路由器。
碳纤维经编机多轴分区联动控制方法，包括如下步骤，
第一步，获取主轴基准时钟：安装于碳纤维经编机主轴上的编码器，在主轴旋转一周后编码器获得脉冲信号；
第二步，编码器将获得的脉冲信号传输给数字量输入模块，由数字量输入模块将脉冲信号进行数字处理；经过数字量输入模块处理后的脉冲信号转变成数字信号；
第三步，数字量输入模块输出的数字信号经过X2X通信总线，及与X2X通信总线连接的路由器传输给人机操作设备；通过人机操作设备可以对编码器进行设置；
第四步，人机操作设备根据获得的编码器基准时钟信号，并通过实时高速PowerLink总线来协调主时区模块、第一铺纬时区模块、第二铺纬时区模块、第三铺纬时区模块的工作节奏，进而协调主时区模块、第一铺纬时区模块、第二铺纬时区模块、第三铺纬时区模块对应驱动的伺服控制器，实现联动控制。
本发明的分区联动控制系统就是在系统中设置一个基准时钟和几个时区，将运动关系相对紧密的运动控制轴设置在同一个时区内，每个时区设一个时区时钟，跟据铺纬宽度及铺纬角度不同，每一个时区时钟与基准时钟间有一个确定的数学模型。整个系统按基准时钟运行，在一个时区内按时区时钟运行，它们内在的联系就是一个确定的数学关系。实时高速PowerLink总线连接并控制28个独立控制的运动轴，在基准时钟的驱动下28个轴各自按自己的运动轨迹及数学模型协调工作，构成一个有机整体，完成铺纬和编织等十分复杂的工作，保证经编的精准度，提升设备运行的灵活度。
附图说明
图1为本发明控制系统的示意图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
图1方框中出现的数字意义为：1011、主轴伺服控制器，1012、主轴伺服电机，1013、主轴，1014、主轴编码器，1021-1291：某轴伺服控制器，1022-1292：某轴伺服电机，1023-1293：某驱动轴，2011、数字量输入模块产生基准时钟。这些数字并不作为附图标记，仅是为更好的对图划分进行说明，与下面出现的附图标记不产生冲突。
参见图1，碳纤维经编机多轴分区联动控制系统，包括实时高速PowerLink总线1、X2X通信总线2，通过路由器3连接实时高速PowerLink总线、X2X通信总线的人机操作设备4，人机操作设备包含对整个系统进行处理运行的控制计算机、可输入编辑的人机界面计算机；以及安装于碳纤维经编机主轴上能够根据主轴的不同转速产生不同脉冲信号的编码器5，以及连接于X2X通信总线上产生基准时钟的数字量输入模块6，编码器与数字量输入模块连接进行信号传输；路由器是异构网络数据链路层的互连设备，当一个总线向另一个总线发送信息时，路由器首先要进行路由选择；其次要进行数据格式的转换，使它的数据格式符合接受网络数据格式的要求。
在实时高速PowerLink总线1上并接有主时区模块7、第一铺纬时区模块8、第二铺纬时区模块9、第三铺纬时区模块10，主时区模块连接有由其驱动的主伺服控制器11，第一铺纬时区模块连接有由其驱动的第一铺纬伺服控制器12，第二铺纬时区模块连接有由其驱动的第二铺纬伺服控制器13，第三铺纬时区模块连接有由其驱动的第三铺纬伺服控制器14。
编码器安装于碳纤维多轴向经编机的主轴1013上是为了产生基准时钟，主轴旋转一圈(360度)，编码器产生一串定时脉冲，如3600个定时脉冲，相当于将主轴旋转一圈分成3600个时间片，每个时间片的大小可能是不同的，它取决于主轴转速的变化和快慢，因此定时脉冲实时反应了主轴的转动状态。编码器产生的3600个脉冲转送到X2X通信总线的数字量输入模块，X2X通信总线将输入脉冲经路由器送到对整个系统进行处理运行的控制计算机，产生基准时钟并在实时高速PowerLink总线中进行传输，因此基准时钟完全跟随主轴转速R变化。实时高速PowerLink总线连接并控制28个独立控制的运动轴，在基准时钟的驱动下28个轴各自按自己的运动轨迹及数学模型协调工作，构成一个有机整体，完成铺纬和编织等十分复杂的工作。
时区的划分：
碳纤维多轴向经编机有一根主轴、二根经轴、一根牵拉轴、一根拖链轴、一根托布轴、一根辅助托布轴、一根收卷轴、三套铺纬及展纤子系统(每套由7个运动轴组成)、共计由29个运动轴组成，这29个轴通过实时高/低速通信控制方法的通信技术，实现实时同步运转，完成碳纤维多轴向展纤、铺纬、编织、收卷等工作。这29个轴的控制是一个十分复杂的过程，为控制方便，根据运动轴的关联性将29个轴分为四个功能块，即主机功能块18含一根主轴、二根经轴、一根牵拉轴、一根拖链轴、一根托布轴、一根辅助托布轴、一根收卷轴，共计8个运动控制轴。三套铺纬及展纤功能块，每套含X、Y、Z、剪切轴、二个储纱轴、一个展纤牵拉轴。每套铺纬及展纤子系统有7个运动控制轴，简称铺纬功能块15、铺纬功能块16、铺纬功能块17。上述4个功能块联动完成碳纤维的编织工作，在编织过程中这29轴的运动轨迹和数学模型各不相同。经对运动轨迹相互依赖性分析，上述4功能块内部运动有一定的规律，4功能块间的运动也有关联。研究功能块内部运动规律和探索功能块间的关联度，4功能块内部各有一个功能块时钟，在它的驱动下功能块内部协调一致地工作；4功能块间有一个基准时钟，协调4功能块运动。为此从定时的角度将主机功能块称为主时区模块7；每个铺纬功能块划为一个时区，即第一铺纬时区模块8、第二铺纬时区模块9、第三铺纬时区模块10。
碳纤维经编机多轴分区联动控制方法，包括如下步骤，
第一步，获取主轴基准时钟：安装于碳纤维经编机主轴上的编码器，在主轴旋转一周后编码器获得脉冲信号；
第二步，编码器将获得的脉冲信号传输给数字量输入模块，由数字量输入模块将脉冲信号进行数字处理；经过数字量输入模块处理后的脉冲信号转变成数字信号；
第三步，数字量输入模块输出的数字信号经过X2X通信总线，及与X2X通信总线连接的路由器传输给人机操作设备；通过人机操作设备可以对编码器进行设置；
第四步，人机操作设备根据获得的编码器基准时钟信号，并通过实时高速PowerLink总线来协调主时区模块、第一铺纬时区模块、第二铺纬时区模块、第三铺纬时区模块的工作节奏，进而协调主时区模块、第一铺纬时区模块、第二铺纬时区模块、第三铺纬时区模块对应驱动的伺服控制器，实现联动控制。
Claims (3)
1.碳纤维经编机多轴分区联动控制系统，其特征在于，包括实时高速PowerLink总线，X2X通信总线，通过信号转换器连接实时高速PowerLink总线、X2X通信总线的人机操作设备，以及安装于碳纤维经编机主轴上能够根据主轴的不同转速产生不同脉冲信号的编码器，以及连接于X2X通信总线上产生基准时钟的数字量输入模块，所述编码器与数字量输入模块连接进行信号传输；
在实时高速PowerLink总线上并接有主时区模块、第一铺纬时区模块、第二铺纬时区模块、第三铺纬时区模块，主时区模块连接有由其驱动的主伺服控制器，第一铺纬时区模块连接有由其驱动的第一铺纬伺服控制器，第二铺纬时区模块连接有由其驱动的第二铺纬伺服控制器，第三铺纬时区模块连接有由其驱动的第三铺纬伺服控制器。
2.根据权利要求1所述的碳纤维经编机多轴分区联动控制系统，其特征在于，所述信号转换器为传输数据的路由器。
3.碳纤维经编机多轴分区联动控制方法，其特征在于，包括如下步骤，
第一步，获取主轴基准时钟：安装于碳纤维经编机主轴上的编码器，在主轴旋转一周后编码器获得脉冲信号；
第二步，编码器将获得的脉冲信号传输给数字量输入模块，由数字量输入模块将脉冲信号进行数字处理；经过数字量输入模块处理后的脉冲信号转变成数字信号；
第三步，数字量输入模块输出的数字信号经过X2X通信总线，及与X2X通信总线连接的路由器传输给人机操作设备；通过人机操作设备对编码器进行设置；
第四步，人机操作设备根据获得的主轴基准时钟信号，并通过实时高速PowerLink总线来协调主时区模块、第一铺纬时区模块、第二铺纬时区模块、第三铺纬时区模块的工作节奏，进而协调主时区模块、第一铺纬时区模块、第二铺纬时区模块、第三铺纬时区模块对应驱动的伺服控制器，实现联动控制。
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