CN104005190B - 一种双电机的缝纫机远程综合控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种双电机的缝纫机远程控制系统，其包括N(N>2)且（N为整数）缝纫机，设置在每一缝纫机上的一控制器、一电机组、与每一电机组连接的一编码器组和一位置传感器组，所有控制器通过同一数据传输通道将信息传输至一比较单元中，以及与所述比较单元连接的一集中控制单元，所述比较单元，其包括一位置比较器和一速度比较器，所述每一电机组包括一与缝纫机主轴连接的一伺服电机和与缝纫机物料输送轴连接的一步进电机，所述伺服电机设置在所述缝纫机台面下的第一肋板的一侧。本发明对多电机进行两种层次的检测反馈，第一层次对双电机的工序协调性进行检测并实时处理；第二个层次对电机进行统一的控制及反馈，保证缝纫机生产线的持续性和稳定性。

Description

一种双电机的缝纫机远程综合控制系统

技术领域

本发明涉及一种缝纫机的控制系统，特别涉及一种双电机的缝纫机远程综合控制系统。

背景技术

现有技术中的缝纫机控制系统，均包括伺服电机的控制系统，且多采用开环控制系统。

如中国专利《缝纫机》，公开了一种缝纫机，其包括用于驱动使加工布与缝针相对移动的驱动对象部的脉冲电机；上下驱动缝针的缝纫机电机；对脉冲电机及缝纫机电机进行驱动控制的控制装置，其特征在于，具有附设在所述脉冲电机上、对脉冲电机的实际旋转量进行检测的编码器装置，所述控制装置以开环方式对脉冲电机进行控制，同时可根据编码器装置检测到的脉冲电机的旋转量对缝纫机电机进行控制。

上述专利技术中采用单电机、单缝纫机的控制的方式，缝纫机的连续生产能力差。

针对上述缺陷，本发明创作者提供一种更加完善的方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双电机的缝纫机远程综合控制系统，用以克服上述技术缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种双电机的缝纫机远程综合控制系统，其包括N个缝纫机，且N为大于2的整数，设置在每一缝纫机上的一控制器、一电机组、与每一电机组连接的一编码器组和一位置传感器组，所有控制器通过同一数据传输通道将信息传输至一比较单元中，以及与所述比较单元连接的一集中控制单元，其中，

所述每一电机组包括一与缝纫机主轴连接的一伺服电机和与缝纫机物料输送轴连接的一步进电机，所述伺服电机设置在所述缝纫机台面下的第一肋板的一侧，其输出轴与一第一传动轴连接，所述第一传动轴穿过所述第一肋板，以及所述台面下的第二、三、四肋板，一接近开关设置在所述第二肋板上；所述步进电机设置在所述第四肋板的一侧，所述第四肋板的另一侧还设置有一光电开关；

所述编码器组设置在所述步进电机和伺服电机的输出轴上，其每隔一时间间隔T₀，且T₀大于0，将相应电机的输出轴转速传输至相应的所述控制器中；所述位置传感器组设置在所述步进电机和伺服电机内，其每隔一时间间隔T₀，将相应电机转子的位置信息传输至相应的所述控制器中，时间间隔T₀按照下述公式(1)计算，

$T_0=\frac{\mathrm{\α}\·\sin (\mathrm{\ω}+\mathrm{\β})\·T}{n}---\left(1\right)$

式中，T₀表示采样点的时间间隔，α为修正系数，其大小由采样周期决定，ω表示信号的角频率，由传感器的性能决定，β为初始相角，T表示信号周期的时间，n表示电机主轴转速；

所述每一控制器中设置有一速度控制器和一位置控制器，分别将采集的两电机的速度和位置信息进行处理，所述速度控制器内设置有一转速比阈值k₁～k₂，所述步进电机转速n₁与伺服电机转速n₂，满足关系式(2)，

n₂＝k·n₁(2)

式中，k表示所述步进电机和伺服电机的转速比，其大小由缝纫机的加工工序决定；

所述位置控制器将采集的两电机的位置信息进行比较，若在同一时刻，两电机的位置数据信息均在一预设阈值范围内，则将该采集数据信息传输至所述比较单元中；

所述比较单元，其包括一位置比较器和一速度比较器，其中，所述位置比较器包括一第一PLC，其将同一时刻的各步进电机和伺服电机的位置传感器采集的位置信息值两两作差并取绝对值，将所有N(N-1)/2组差值绝对值与一预先存储的差值绝对值阈值m进行比对，其中m大于0，则差值绝对值大于预设阈值的组中包含的电机的转子位置出现偏差，所述比较单元将该比对结果发送至所述集中控制单元内；

所述速度比较器包括一第二PLC处理器，其将同一时刻的各编码器采集的速度信息值两两作差并取绝对值，将所有N(N-1)/2组差值绝对值与一预先存储的差值绝对值阈值进行比对，则差值绝对值大于预设阈值的组中包含的电机的转速出现偏差，所述比较单元将该比对结果发动至所述集中控制单元内。

进一步，所述速度控制器内设置的转速比阈值k₁～k₂，

满足下述公式

$\left\{\begin{array}{c}{k}_1=0.95k\\ k_2=1.05k\end{array}\right.$

式中，k表示所述步进电机和伺服电机的转速比，其大小由缝纫机的加工工序决定。

进一步，所述控制器内还包括一数据转换器，其包括顺次连接的一耦合保护电路、一滤波电路、一放大增益电路和一输出端口，其中，

所述耦合保护电路，其用以抑制电干扰，信号经过所述耦合保护电路后通过滤波电路得到需求数据波形，经所述放大增益电路进行放大后，加载至一预设电压U₀，并经所述输出端口传输至所述位置控制器和速度控制器中。

进一步，所述第一传动轴从第一肋板和第二肋板上的孔穿过，另一端从所述第三肋板穿过，在第一和第二肋板之间的第一传动轴上设置有一第一皮带轮，一皮带绕过该皮带轮并与设置在机头内的主轴连接。

进一步，在所述第二肋板一侧的第一传动轴上设置有与所述接近开关相对应的一接近开关感应块。

进一步，所述步进电机的输出轴穿过所述第四肋板上的通孔，并与一第二皮带轮连接，所述第二皮带轮设置在所述第四肋板的另一侧，所述皮带轮上绕有一皮带，该皮带绕过一物料输送轴。

进一步，在所述第二皮带轮上设置有与所述光电开关相对应的一光电开关感应端。

进一步，所述编码器组包括一步进电机编码器和一伺服电机编码器，其分别设置在所述步进电机和伺服电机的输出轴上，其测量所述两电机的角速度转换成电信号后，传输至所述控制器内。

进一步，所述集中控制单元对各位置传感器和编码器的结果进行分析，选出转子位置出现偏差或者不同步的电机，向与其连接的一继电器电路发出控制命令，控制所述电机停止动作。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明双电机的缝纫机远程综合控制系统对多个伺服电机的转子位置和输出轴速度分别进行采集后，同时取差值绝对值并与一预设的阈值进行比对，根据反馈的比对结果，通过一继电器电路对伺服电机进行随时控制，保证电机不丢步，减少过度发热损毁电机，同时保证传动部分以及执行部分的稳定运行；对多电机进行两种层次的检测反馈，第一层次对双电机的工序协调性进行检测并实时处理；第二个层次对对电机进行统一的控制及反馈，保证缝纫机生产线的持续性和稳定性；本发明中，同时将伺服电机和步进电机应用到同一作业过程，两者的协调作业能力强，操作的准确度高，两者形成联动，避免了检测传感器的使用。

附图说明

图1为本发明双电机的缝纫机远程综合控制系统的功能框图；

图2为本发明双电机的缝纫机远程综合控制系统的数据转换器的功能框图；

图3为本发明双电机的缝纫机远程综合控制系统的缝纫机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的详细技术特征作进一步描述，以便更加清楚的理解本发明。

请参阅图1所示，其为本发明缝纫机的集中控制系统的功能的框图，在本发明中，生产线上的多缝纫机的控制器由同一集中控制单元进行控制，各控制器进行独自控制并对电机运行的位置、速度信息进行反馈。

在本发明中，包括N个缝纫机，且N为大于2的整数，其驱动装置部分采用双电机驱动，每一缝纫机上连接有一伺服电机以及一步进电机。所述远程综合控制系统包括设置在每一缝纫机上的一控制器、一电机组、与每一电机组连接的一编码器组和一位置传感器组，所述编码器组和位置传感器组将采集的电机组的信息传输至所述控制器中，所有控制器通过同一数据传输通道2将信息传输至一比较单元1中，对采集数据进行处理后，将比较结果传输至一集中控制单元10中进行处理。

在本实施例中，第一控制器3与第一电机4连接，其控制所述第一电机4的启停及加减速；所述第一电机4内设置有一第一位置传感器组5，所述第一位置传感器组5包括一步进电机位置传感器和一伺服电机位置传感器，其分别设置在所述步进电机和伺服电机内，其检测所述两电机的主转子在运动过程中的位置，将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号，并传输至所述第一控制器3中。

所述第一控制器3与一第一编码器组6连接，所述第一编码器组6包括一步进电机编码器和一伺服电机编码器，其分别设置在所述步进电机和伺服电机的输出轴上，其测量所述两电机的角速度转换成电信号后，传输至所述第一控制器3内。

在本发明中，若电机主轴或转子每转一周进行一次扫描，将增加控制器和比较单元处理数据的繁杂程度，故为了减轻控制器和比较单元的工作量且保持所测位置与相应速度的同时性，预先设置一时间间隔T₀，且T₀大于0，每隔时间T₀，所述各位置传感器和编码器分别将采集的相应电机的转子位置信息和电机的主轴转速信息传输至所述控制器中。

为了保证信号采集数据的可参考性与准确性，信号采集的时间间隔T₀按照下述公式(1)计算，

$T_0=\frac{\mathrm{\α}\·\sin (\mathrm{\ω}+\mathrm{\β})\·T}{n}---\left(1\right)$

式中，T₀表示采样点的时间间隔，α为修正系数，其大小由采样周期决定，ω表示信号的角频率，由传感器的性能决定，β为初始相角，T表示信号周期的时间，n表示电机主轴转速。

第二控制器31与第二电机组41连接，所述第二电机组41，包括一步进电机和一伺服电机，其内设置有一第二位置传感器组51，所述第二电机组41的输出轴上设置有一第二编码器组61，所述第二位置传感器组51与第二编码器组61将采集的位置和位移信息转换成电信号后传输至所述第二控制器内。本发明中设置有N个控制器，且N为大于2的整数，其组成及工作过程与所述第一控制器3相同。

所述第一控制器3包括一数据转换器和一速度控制器和一位置控制器，所述数据转换器将所述各位置传感器和编码器采集的数据进行转换，转换成所述位置比较器和速度比较器在同一电压下的数据。请参阅图2所示，其为本发明双电机的缝纫机远程综合控制系统的功能框图，所述数据转换器包括顺次连接的一耦合保护电路411、一滤波电路412、一放大增益电路413和一输出端口414，其中，所述耦合保护电路311，其用以抑制电干扰，信号经过所述耦合保护电路311后通过滤波电路312得到需求数据波形，经所述放大增益电路313进行放大后，加载至一预设电压U0，并经所述输出端口414传输至所述位置控制器和速度控制器中。

在本发明中采用双电机对缝纫机进行驱动，其中，所述伺服电机驱动缝纫机的主轴，控制缝纫机机针的运动；所述步进电机驱动缝纫机的物料输送轴运动，故两电机输出轴的转速按照预设工序的转速比运行；所述速度控制器内设置有一转速比阈值k₁～k₂，所述步进电机转速n₁与伺服电机转速n₂，满足关系式(2)，

n₂＝k·n₁(2)

式中，k表示所述步进电机和伺服电机的转速比，其大小由缝纫机的加工工序决定。

所述阈值范围k₁～k₂满足下述公式(3)，

$\{\begin{array}{c}{k}_1=0.95k\\ k_2=1.05k\end{array}---\left(3\right)$

若所述速度控制器判断所述测得转速比在该阈值范围内，则将采集的信息传输至所述比较单元1中；若不在该范围内，则控制所述两电机停止运动进行调整。

所述位置控制器将采集的两电机的位置信息进行比较，若在同一时刻，两电机的位置数据信息均在一预设阈值范围内，则将该采集数据信息传输至所述比较单元1中；若任一不在该阈值范围内，则停止两电机运动。

在将两电机的位置和速度信息向远程传输时，先进行比对，以实时对缝纫机作业工序中的故障进行处理。

发明中两电机设置在一缝纫机中，请参阅图3所示，其为本发明双电机的缝纫机远程综合控制系统的缝纫机的结构示意图，所述缝纫机包括一支架8、一机头7以及一台面9。

该控制系统包括所述伺服电机41、一接近开关42、一步进电机43、一光电开关44和一控制器31，其中，所述伺服电机41的输出轴与一第一传动轴311的末端连接，所述伺服电机41还连接有一旋转编码器。

在所述台面9下设置有一并排设置的第一、二、三肋板，所述第一传动轴311从第一肋板81和第二肋板82上的孔穿过，另一端从所述第三肋板83穿过，所述伺服电机41设置在所述第一肋板81一侧，在第一和第二肋板之间的第一传动轴311上设置有一第一皮带轮，一皮带绕过该皮带轮并与设置在机头内的主轴连接；在发明中，所述第一、二、三肋板上的通孔同心，位于同一水平高度。

在所述第二肋板82一侧的第一传动轴311上设置有与所述接近开关42相对应的一接近开关感应块，所述接近开关42接收所述旋转编码器的脉冲，并向所述控制器31发送控制指令，所述接近开关42，其设置在所述第二肋板82上，所述感应块随所述第一传动轴311转动，每转动一周，所述接近开关42与所述接近开关感应块感应扫描一次，向所述控制器31发送一脉冲信号。

在所述台面下方还设置有第四肋板84，其一侧设置有所述步进电机43；所述步进电机43的输出轴穿过所述第四肋板84上的通孔，并与一第二皮带轮连接，所述第二皮带轮设置在所述第四肋板84的另一侧，所述皮带轮上绕有一皮带，该皮带绕过一物料输送轴。

在所述第二皮带轮上设置有与所述光电开关44相对应的一光电开关感应端45，并且在该第四肋板84的另一侧上设置有该光电开关44，所述光电开关感应端45随所述步进电机43转动，每旋转一周，与所述光电开关44感应一次，所述光电开关44将脉冲信号发送至所述控制器31内进行处理。

在所述支架8上还设置有一脚踏开关85，用以启动所述控制器31的动作。

在所述机头7的一侧设置有一操作面板71，操作者根据实际需求设置参数，并传输至所述控制器31中。所述控制器31接收到信号后，控制所述伺服电机41和步进电机43运动到机械回零位置，在该位置，所述接近开关42和光电开关44的脉冲发出端分别与所述接近开关感应块和光电开关感应端45相对；启动所述脚踏开关85，所述伺服电机41开始启动，所述接近开关向所述控制器31发送一控制信号，所述控制器31启动所述步进电机43运动，所述步进电机43与伺服电机41按照预设的转速进行转动，完成作业过程。

本发明中，同时将伺服电机和步进电机应用到同一作业过程，两者的协调作业能力强，操作的准确度高，两者形成联动，避免了检测传感器的使用。

所述各控制器将处理的数据信息通过所述数据传输通道2传输至所述比较单元1中。

所述比较单元1接收所述各控制器的位置和速度信息，并进行多余度比较处理，其包括一位置比较器和一速度比较器，其中，所述位置比较器包括一第一PLC处理器，其将同一时刻的各步进电机和伺服电机的位置传感器采集的位置信息值两两作差并取绝对值，将所有N(N-1)/2组差值绝对值与一预先存储的差值绝对值阈值m进行比对，其中m大于0，则差值绝对值大于预设阈值的组中包含的电机的转子位置出现偏差，所述比较单元1将该比对结果发送至所述集中控制单元10内。

所述速度比较器包括一第二PLC处理器，其将同一时刻的各编码器采集的速度信息值两两作差并取绝对值，将所有N(N-1)/2组差值绝对值与一预先存储的差值绝对值阈值进行比对，则差值绝对值大于预设阈值的组中包含的电机的转速出现偏差，所述比较单元1将该比对结果发动至所述集中控制单元10内。

所述集中控制单元10对上述各位置传感器和编码器的结果进行分析，选出转子位置出现偏差或者不同步的电机，向与其连接的一继电器电路发出控制命令，控制所述电机停止动作。

本发明双电机的缝纫机远程综合控制系统对多个伺服电机的转子位置和输出轴速度分别进行采集后，同时取差值绝对值并与一预设的阈值进行比对，根据反馈的比对结果，通过一继电器电路对伺服电机进行随时控制，保证电机不丢步，减少过度发热损毁电机，同时保证传动部分以及执行部分的稳定运行；对多电机进行两种层次的检测反馈，第一层次对双电机的工序协调性进行检测并实时处理；第二个层次对对电机进行统一的控制及反馈，保证缝纫机生产线的持续性和稳定性。

以上以较佳的实施例作参考，对本发明的技术特征及效果进行了简要说明，本发明并不限于上述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内，本领域技术人员可作各种变更及修改。

Claims (9)

1.一种双电机的缝纫机远程综合控制系统，其特征在于，其包括N个缝纫机，且N为大于2的整数，设置在每一缝纫机上的一控制器、一电机组、与每一电机组连接的一编码器组和一位置传感器组，所有控制器通过同一数据传输通道将信息传输至一比较单元中，以及与所述比较单元连接的一集中控制单元，其中，

所述每一电机组包括一与缝纫机主轴连接的一伺服电机和与缝纫机物料输送轴连接的一步进电机，所述伺服电机设置在所述缝纫机台面下的第一肋板的一侧，其输出轴与一第一传动轴连接，所述第一传动轴穿过所述第一肋板，以及所述台面下的第二、三、四肋板，一接近开关设置在所述第二肋板上；所述步进电机设置在所述第四肋板的一侧，所述第四肋板的另一侧还设置有一光电开关；

所述编码器组设置在所述步进电机和伺服电机的输出轴上，其每隔一时间间隔T₀，且T₀大于0，将相应电机的输出轴转速传输至相应的所述控制器中；所述位置传感器组设置在所述步进电机和伺服电机内，其每隔一时间间隔T₀，将相应电机转子的位置信息传输至相应的所述控制器中，时间间隔T₀按照下述公式(1)计算，

式中，T₀表示采样点的时间间隔，α为修正系数，其大小由采样周期决定，ω表示信号的角频率，由传感器的性能决定，β为初始相角，T表示信号周期的时间，n表示电机主轴转速；

所述每一控制器中设置有一速度控制器和一位置控制器，分别将采集的两电机的速度和位置信息进行处理，所述速度控制器内设置有一转速比阈值k₁～k₂，所述步进电机转速n₁与伺服电机转速n₂，满足关系式(2)，

n₂＝k·n₁(2)

式中，k表示所述步进电机和伺服电机的转速比，其大小由缝纫机的加工工序决定；

所述位置控制器将采集的两电机的位置信息进行比较，若在同一时刻，两电机的位置数据信息均在一预设阈值范围内，则将该采集数据信息传输至所述比较单元中；

所述比较单元，其包括一位置比较器和一速度比较器，其中，所述位置比较器包括一第一PLC处理器，其将同一时刻的各步进电机和伺服电机的位置传感器采集的位置信息值两两作差并取绝对值，将所有N(N-1)/2组差值绝对值与一预先存储的差值绝对值阈值m进行比对，其中m大于0，则差值绝对值大于预设阈值的组中包含的电机的转子位置出现偏差，所述比较单元将该比对结果发送至所述集中控制单元内；

所述速度比较器包括一第二PLC处理器，其将同一时刻的各编码器采集的速度信息值两两作差并取绝对值，将所有N(N-1)/2组差值绝对值与一预先存储的差值绝对值阈值进行比对，则差值绝对值大于预设阈值的组中包含的电机的转速出现偏差，所述比较单元将该比对结果发送至所述集中控制单元内。

2.根据权利要求1所述的双电机的缝纫机远程综合控制系统，其特征在于，所述速度控制器内设置的转速比阈值k₁～k₂，

满足下述公式

式中，k表示所述步进电机和伺服电机的转速比，其大小由缝纫机的加工工序决定。

3.根据权利要求2所述的双电机的缝纫机远程综合控制系统，其特征在于，所述控制器内还包括一数据转换器，其包括顺次连接的一耦合保护电路、一滤波电路、一放大增益电路和一输出端口，其中，

所述耦合保护电路，其用以抑制电干扰，信号经过所述耦合保护电路后通过滤波电路得到需求数据波形，经所述放大增益电路进行放大后，加载至一预设电压U₀，并经所述输出端口传输至所述位置控制器和速度控制器中。

4.根据权利要求2或3所述的双电机的缝纫机远程综合控制系统，其特征在于，所述第一传动轴从第一肋板和第二肋板上的孔穿过，另一端从所述第三肋板穿过，在第一和第二肋板之间的第一传动轴上设置有一第一皮带轮，一皮带绕过该皮带轮并与设置在机头内的主轴连接。

5.根据权利要求4所述的双电机的缝纫机远程综合控制系统，其特征在于，在所述第二肋板一侧的第一传动轴上设置有与所述接近开关相对应的一接近开关感应块。

6.根据权利要求4所述的双电机的缝纫机远程综合控制系统，其特征在于，所述步进电机的输出轴穿过所述第四肋板上的通孔，并与一第二皮带轮连接，所述第二皮带轮设置在所述第四肋板的另一侧，所述皮带轮上绕有一皮带，该皮带绕过一物料输送轴。

7.根据权利要求6所述的双电机的缝纫机远程综合控制系统，其特征在于，在所述第二皮带轮上设置有与所述光电开关相对应的一光电开关感应端。

8.根据权利要求3所述的双电机的缝纫机远程综合控制系统，其特征在于，所述编码器组包括一步进电机编码器和一伺服电机编码器，其分别设置在所述步进电机和伺服电机的输出轴上，其测量所述两电机的角速度转换成电信号后，传输至所述控制器内。

9.根据权利要求3所述的双电机的缝纫机远程综合控制系统，其特征在于，所述集中控制单元对各位置传感器和编码器的结果进行分析，选出转子位置出现偏差或者不同步的电机，向与其连接的一继电器电路发出控制命令，控制所述电机停止动作。