CN105420864A - 一种纺纱机张力罗拉控制系统 - Google Patents

一种纺纱机张力罗拉控制系统 Download PDF

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control system
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CN201510715567.1A
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黄金生
赵新海
吴超
杨长阳
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Shaanxi Huayan Aero-instrument Co Ltd
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01H—SPINNING OR TWISTING
    • D01H13/00—Other common constructional features, details or accessories
    • D01H13/10—Tension devices
    • D01H13/108—Regulating tension by regulating speed of driving mechanisms of unwinding, paying-out, forwarding, winding or depositing devices, e.g. automatically in response to variations in tension

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Abstract

本发明为一种纺纱机张力罗拉控制系统，每一个锭位上的张力罗拉连接一个步进电机；控制系统，包括作为核心处理器的DSP和FPGA以及集成电路，用于完成对上位机命令的处理、电机控制和反馈信号控制；驱动装置，用于驱动步进电机，设置细分步距功能，平滑电流输出，去除过冲电压；执行机构，包括步进电机和张力罗拉，步进电机带动张力罗拉旋转，达到目标转速。本发明将张力罗拉整体控制变为分体控制，每一锭都可以单独控制，完成或关闭张力罗拉；在高速纺纱过程中，可以独立调节张力大小，保证不会出现拉断纱线的现象。自动退绕纱线，通过光电传感器可以检测是否有残纱存在，如果有残纱则电机可以反向旋转执行退纱动作，减少人力干预，实现全自动纺纱。

Description

一种纺纱机张力罗拉控制系统
技术领域
本发明属于纺织领域，具体涉及一种纺纱机张力罗拉控制系统。尤其适用于高速、高品质全自动纺纱机纺纱过程中控制纱线张力和高速络筒机中使用。
背景技术
随着编织技术的不断发展，人力成本不断提高，目前纺纱机要求高速、高效、高品质进行全自动纺纱，因此，克服在控制过程中纱线的张力问题和如何实现自动退绕问题，就变成了重中之重。张力罗拉控制系统是全自动纺纱机关键装置，对全自动纺纱机在纺纱过程中及在接头和落筒过程中保持纱线张力起着决定性的作用；在出现断头过程中，清除残纱，实现自动退绕有着关键作用。在正常纺纱过程中，涡流纺纱机纺纱速度最高可达500m/min，最低也有200m/min，纱线张力在这样的高速纺纱过程中，保持纱线张力，同时纱线缠绕成纱卷的松紧程度也由纱线张力决定，因此，完成纱线张力控制，并完成退绕等功能，张力罗拉控制系统是必不可少的。在纺纱机中，如果没有张力罗拉，断头率高居不下，纺纱速度比较低，严重影响效率。张力罗拉控制系统在工作中完成正转保持纱线张力和逆转退绕纱线的功能，因此，张力罗拉控制要求达到实时、高效、快速达到预定频率的要求。
现有纺织机械中，张力罗拉多为整体控制，转速低，只能在低速设备中使用，不适用于高速纺纱机使用，而且在整体控制状态下，张力罗是无法自由反转的，因此无法实现退纱功能和实现自动化控制的目的，例如公告号为CN202297968U的专利在整经机上使用就属于这种状态。截至目前，现有技术中还没有能够满足全自动涡流纺纱机使用要求的张力罗拉控制系统。
发明内容
本发明提供一种纺纱机张力罗拉控制系统，能够对应每一个锭子进行张力罗拉控制，进而保证了张力罗拉自由转向和短时间到达目标转速，以及在高速纺纱的状况下都可以稳定的进行运转。
本发明的技术方案是，一种纺纱机张力罗拉控制系统，其特征在于包括：
每一个锭位上的张力罗拉连接一个步进电机，内设有磁滞组件的张力罗拉；
控制系统，包括作为核心处理器的DSP和FPGA以及集成电路，用于完成对上位机命令的处理、电机控制和反馈信号控制；其中，DSP根据上位机发送的命令确定张力罗拉的工作状态，然后计算所需的电机运转频率和确定转动方向，并将频率数据、电机编号、转动方向和增速比等控制信息发送到FPGA内；由FPGA根据电机编号输出到相应的输出端口，电机方向信号和使能信号是TTL电平信号，脉冲信号则按照增速比细分单位时间，按照小于100毫秒的时间单位等量增速，直到输出频率达到目标转速；
驱动装置，用于驱动步进电机，设置细分步距功能，平滑电流输出，去除过冲电压；然后将使能、脉冲和方向信号转换成步进电机的输入电流，直接驱动步进电机；
执行机构，包括步进电机和张力罗拉，步进电机带动张力罗拉旋转，达到目标转速；通过张力罗拉内的磁滞组件产生的电磁效应，使得纱线张力在目标转速下微调自适应需要的张力，通过电磁效应完成张力调节，并通过光电传感器反馈纱线状态。
进一步，所述控制系统采用5V的CAN总线通讯和RS232总线通讯。
进一步，所述控制系统中采用光电传感器反馈信号，该光电传感器对应安装在张力罗拉上，用来判断纱线多少，以及判断是否有残纱存留。
本发明的有益效果在于，将张力罗拉整体控制变为分体控制，每一锭都可以单独控制，完成或关闭张力罗拉；在高速纺纱过程中，可以独立调节张力大小，保证不会出现拉断纱线的现象。步进电机在短时间内达到高速转动的性能，可以实现5秒钟内达到20000Hz的频率输出，保证在自动接头或落筒过程中及时达到要求的张力。降低能耗，张力罗拉采用小型步进电机，使用芯片驱动，在目标转速下工作电流很小，输出功率只有几瓦。自动退绕纱线，通过光电传感器可以检测是否有残纱存在，如果有残纱则电机可以反向旋转执行退纱动作，减少人力干预，实现全自动纺纱。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明中所涉及的英文缩写中文名称如下：
DSP：digitalsignalprocessing，数字信号处理；
FPGA：Field-ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列；
TTL：Transistor-TransistorLogic，逻辑门电路；
CAN：ControllerAreaNetwork，控制器局域网络；
RS232：异步传输标准接口；
CANopen：一种架构在控制局域网路上的高层通讯协定。
实施例
一种纺纱机张力罗拉控制系统，包括：
每一个锭位上的张力罗拉连接一个步进电机，内设有磁滞组件的张力罗拉；
控制系统，包括作为核心处理器的DSP和FPGA以及集成电路，用于完成对上位机命令的处理、电机控制和反馈信号控制；其中，DSP根据上位机发送的命令确定张力罗拉的工作状态，然后计算所需的电机运转频率和确定转动方向，并将频率数据、电机编号、转动方向和增速比等控制信息发送到FPGA内；由FPGA根据电机编号输出到相应的输出端口，电机方向信号和使能信号是TTL电平信号，脉冲信号则按照增速比细分单位时间，按照小于100毫秒的时间单位等量增速，直到输出频率达到目标转速。
控制系统采用5V的CAN总线通讯和RS232总线通讯，为了满足长短程不成种类通讯的需求。其中，CAN总线通讯内部为CANopen内核，采用CANopen通讯方式。
控制系统中采用光电传感器反馈信号，该光电传感器对应安装在张力罗拉上，用来判断纱线多少，以及判断是否有残纱存留。
驱动装置，用于驱动步进电机，设置细分步距功能，平滑电流输出，去除过冲电压；然后将使能、脉冲和方向信号转换成步进电机的输入电流，直接驱动步进电机；
执行机构，包括步进电机和张力罗拉，步进电机带动张力罗拉旋转，达到目标转速；通过张力罗拉内的磁滞组件产生的电磁效应，使得纱线张力在目标转速下微调自适应需要的张力，通过电磁效应完成张力调节，并通过光电传感器反馈纱线状态。
由上述可知本发明：1、整体布局合理，使外观显得小巧紧凑，有效地利用了纺纱机的空间尺寸；2、响应速度快，运转平稳可靠；3、张力大小可以调节，和纺纱速度自动相匹配。4、控制闭环，将纱线信息反馈给控制系统，实现自动控制。5、克服步进电机堵转问题；在步进电机增速过程中，由于逆电势的因素导致工作电压减小，实际工作电流也减小，当增速过快时，电机力矩小于增速所需要的力矩时就会引起堵转，而本发明能够在响应时间和电机转动力矩之间取得最优平衡。

Claims (3)

1.一种纺纱机张力罗拉控制系统，其特征在于包括：
每一个锭位上的张力罗拉连接一个步进电机，内设有磁滞组件的张力罗拉；
控制系统，包括作为核心处理器的DSP和FPGA以及集成电路，用于完成对上位机命令的处理、电机控制和反馈信号控制；其中，DSP根据上位机发送的命令确定张力罗拉的工作状态，然后计算所需的电机运转频率和确定转动方向，并将频率数据、电机编号、转动方向和增速比等控制信息发送到FPGA内；由FPGA根据电机编号输出到相应的输出端口，电机方向信号和使能信号是TTL电平信号，脉冲信号则按照增速比细分单位时间，按照小于100毫秒的时间单位等量增速，直到输出频率达到目标转速；
驱动装置，用于驱动步进电机，设置细分步距功能，平滑电流输出，去除过冲电压；然后将使能、脉冲和方向信号转换成步进电机的输入电流，直接驱动步进电机；
执行机构，包括步进电机和张力罗拉，步进电机带动张力罗拉旋转，达到目标转速；通过张力罗拉内的磁滞组件产生的电磁效应，使得纱线张力在目标转速下微调自适应需要的张力，通过电磁效应完成张力调节，并通过光电传感器反馈纱线状态。
2.如权利要求1所述的一种纺纱机张力罗拉控制系统，其特征在于：所述控制系统采用5V的CAN总线通讯和RS232总线通讯。
3.如权利要求1所述的一种纺纱机张力罗拉控制系统，其特征在于：所述控制系统中采用光电传感器反馈信号，该光电传感器对应安装在张力罗拉上，用来判断纱线多少，以及判断是否有残纱存留。
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