CN106483989A - 用于高速高精度数控空气包覆纱机的控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高速高精度数控空气包覆纱机的控制系统，包括：上位机、嵌入式控制器和若干并联的执行系统；所述执行系统包括：若干变频器、若干交流电机、步进电机、步进电机驱动器、第一交流伺服电机、第二交流伺服电机、第一交流伺服驱动器、第二交流伺服驱动器、感丝器、电位器；本发明还公开了一种用于高速高精度数控空气包覆纱机的控制系统的控制方法。本发明不仅可单独控制每个锭位，还可实现高速精密卷绕，具备防凸边，防叠绕，纱线上油等功能，将集中式的锭位控制改为分布式的单锭单控，增强的机器的通用扩展性，提高了灵活行和数据处理的速度，保证每一锭位能够独立，高效和高品质生产，使用灵活，实用性强，高效准确，成本低。

Description

用于高速高精度数控空气包覆纱机的控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及空气包覆纱机，具体涉及一种用于高速高精度数控空气包覆纱机的控制系统及控制方法。

背景技术

空气包覆纱机是一种纱线加工机器，它把从氨纶喂入装置中输送出来的氨纶以一定的牵伸比与无捻长丝(锦纶/涤纶DTY)经过空气包覆装置在压缩空气作用下网络包缠，使两根或更多根具有不同物性的纤维交缠形成一根纱线——空气包覆纱。

国内原有的空气包覆纱机大多由普通络筒机加装一套简易的氨纶输送装置、网络喷嘴装置而成，成本低廉，变换产品品种及更改工艺麻烦，由于结构功能的限制，只能低效生产一些档次低的或粗旦的空气包覆纱(如用于牛仔服装)，生产细旦纱线会出现纱线断头多、漏网多、牵伸倍数不均等缺陷。近年来，国内出现一些新型空气包覆纱机，采用变频调速技术，减少了工艺齿轮、带轮等复杂机械结构的困扰，能够生产一些高品质的细旦空气包覆纱线。但都属于集中控制型，一台机器多个锭位只能以一种工艺生产一个品种，而且生产效率低，无法满足厂家的小批量、多品种和高技术含量的柔性化生产要求。

发明内容

本发明的首要目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种用于高速高精度数控空气包覆纱机的控制系统，该控制系统使用灵活，成本低，生产效率高，适合柔性化生产。

本发明的另一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种用于高速高精度数控空气包覆纱机的控制系统的控制方法，该控制方法实用性强，高效准确。

本发明的首要目的可以通过下述技术方案来实现：

一种用于高速高精度数控空气包覆纱机的控制系统,包括:上位机、嵌入式控制器和若干并联的执行系统；所述执行系统包括:若干变频器、若干交流电机、步进电机、步进电机驱动器、第一交流伺服电机、第二交流伺服电机、第一交流伺服驱动器、第二交流伺服驱动器感丝器、电位器；所述的上位机与嵌入式控制器的一端电路连接,各变频器的一端、步进电机驱动器的一端、各交流伺服驱动器的一端、感丝器、电位器的一端均与嵌入式控制器的另一端电路连接；所述的各变频器的另一端分别与各交流电机电路连接；所述的步进电机驱动器的另一端与步进电机电路连接,用于驱动步进电机；所述各交流伺服驱动器的另一端分别与各交流伺服电机相连,用于驱动各交流伺服电机；上位机发出控制信号并控制空气包覆纱机将控制信号发送给嵌入式控制器,所述控制信号中具有工艺参数,嵌入式控制器根据工艺参数计算出交流电机、交流伺服电机和步进电机的转速,电位器固定在夹臂轴上,夹臂的一端铰接在夹臂轴上,另一端靠在卷筒上，夹臂的上摆带动夹臂轴转动,从而带动电位器的转动，当卷筒上绕制的纱线增多时,夹臂向上旋转的角度增大；通过固定在夹臂轴的电位器将夹臂旋转的角度值传送回嵌入式控制器,嵌入式控制器通过电位器的返回值重新计算各交流伺服电机的转速；如果在包覆纱线过程中出现纱线断掉,感丝器将信号送给嵌入式控制器,嵌入式控制器停止各交流电机、各交流伺服电机和步进电机的运转。

进一步地，所述的上位机为触摸屏,用于设置绕制纱线的工艺参数、查看纱线绕制的进度以及查看系统的报错,所述触摸屏与嵌入式控制器之间通过RS485总线连接,所述触摸屏与嵌入式控制器之间通过Modbus协议进行通信。

进一步地，所述嵌入式控制器用于接收触摸屏发送的数据、感丝器发送的信号、电位器发送的信号,并按需要计算相关数据以及控制变频器、交流伺服驱动器、直流伺服电机驱动器和步进电机驱动器。

进一步地，所述第一交流伺服电机通过同步带轮副来带动卷绕结构转动,所述的卷绕结构包括卷筒和夹持卷筒的夹具；所述的电位器用于测量绕制在卷筒上的包覆纱线的厚度,得到厚度数据,根据测量的厚度数据调节第一交流伺服电机的卷速；所述的第二交流伺服电机通过排线结构进行排线,所述排线结构包括钢丝绳、摆梭、钢丝轮和导丝轮,所述钢丝绳带动摆梭来回摆动；所述嵌入式控制器控制第一交流伺服电机和第二交流伺服电机,通过所述第一交流伺服电机带动卷筒卷动和第二交流伺服电机带动摆梭左右运动来进行绕线。

所述的空气包覆纱机还包括:牵伸辊、主包覆辊、夹具、导丝轮、钢丝绳、钢丝轮、摆梭、卷筒、同步轮、同步带、夹臂轴和夹臂、张力传感器；钢丝轮上缠绕有钢丝绳,钢丝绳与导丝轮活动连接,所述导丝轮用于支撑钢丝绳,所述钢丝绳上固定有摆梭,第二交流伺服电机与钢丝轮固定连接,第二交流伺服电机的正反转带动摆梭的左右运动；电位器固定在夹臂轴上,夹臂的一端铰接在夹臂轴上,夹臂的上摆带动夹臂轴转动,从而带动电位器的转动。

本发明的另一目的通过以下技术方案实现：

一种如所述的用于高速高精度数控空气包覆纱机的控制系统的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

(1)上位机设置空气包覆纱机的工艺参数,依据RS485、Modbus协议将数据发送到嵌入式控制器,如果嵌入式控制器收到发送的工艺参数,则执行步骤(3),否则,执行步骤(1),上位机重新发送数据；

(2)嵌入式控制器判断是否有收到上位机发送过来的数据,如果有收到上位

机发送过来的数据,则执行步骤(3),否则,执行步骤(1)；

(3)根据上位机发送的空气包覆纱机的工艺参数和数据,嵌入式控制器计算出各交流电机、交流伺服电机和步进电机的转速；

(4)将纱线以退绕的方向在牵伸辊、主包覆辊和卷筒上均绕八圈,再经过感丝器,最后把卷筒装夹在夹具上；

(5)启动运转开关；

(6)运作一段时间后查看各个电机是否运转正常,绕制的纱线是否有断掉,如果感丝器检测纱线有断掉,则执行步骤(4),否则,执行步骤(7)；

(7)启动监纱开关；

(8)在绕线过程中检测感丝器工作是否正常,如果正常,则执行步骤(9),否则,执行步骤(4)；

(9)通过固定在夹臂轴上的电位器测量夹臂旋转的角度,根据测量出的夹臂旋转的角度,计算出绕制卷筒上纱线的厚度；

(10)把电位器测量出电压值反馈到嵌入式控制器,然后嵌入式控制器计算出摆梭的动程以及第一交流伺服电机的速度；

(11)嵌入式控制器判断电位器测量出的电压值是否到达预设值,如果达到,则执行步骤(12),否则,执行步骤(10)；

(12)当卷筒上纱线绕满时,打开夹具,更换卷筒,再执行步骤(1)至(12)。

本发明的控制原理:上位机首先根据包覆纱线的要求设定工艺参数,将数据发送给嵌入式控制器,嵌入式控制器可以独立控制每一个锭位,即每锭开发出嵌入式控制器负责相应锭位的启停,工艺参数调整和断纱报警接驳,且具备防凸边,防重叠,纱线上油等功能,根据卷筒上绕线的厚度,通过电位器测量绕线的厚度,然后将数据返回到嵌入式控制器,嵌入式控制器对第一交流伺服电机的转速做一定的调整。对第二交流伺服电机转过的角度作一些调整,以达到所需绕制纱线要求。在绕制纱线的过程中有监纱传感器可以检测纱线是否断掉；本发明将集中式的锭位控制改为分布式的单锭单控,增强的机器的通用扩展性,提高了灵活性和数据处理的速度,保证每一锭位能够独立、高效和高品质地生产。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:

本发明采用嵌入式控制,嵌入式控制器不仅可以单独控制每个锭位,还可以实现高速精密卷绕，由它负责锭位的启停,工艺参数调整和断纱报警接驳,且具备防凸边,防叠绕,纱线上油等功能,将集中式的锭位控制改为分布式的单锭单控,增强的机器的通用扩展性,提高了灵活行和数据处理的速度,保证每一锭位能够独立,高效和高品质生产，使用灵活,实用性强,高效准确,成本低。

附图说明

图1是本发明空气包覆纱机单锭单控控制系统的原理图。

图2是本发明空气包覆纱机单锭单控控制系统执行系统的结构框图。

图3是本发明空气包覆纱机单锭单控控制系统的程序流程图。

图4空气包覆纱机机械零件相对位置分布示意图。

图5空气包覆纱机卷绕机构零件相对位置右侧示意图。

图中所示为：1-牵伸辊；2-主包覆辊；3-夹具；4-导丝轮；5-钢丝绳；6-钢丝轮；7-第二交流伺服电机；8-摆梭；9-卷筒；10-同步轮；11-同步带；12-第一交流伺服电机；13-感丝器；14-电位器；15-夹臂轴；16-夹臂。

具体实施方式

下面结合实施例机附图对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

如图1所示,高速高精度数控空气包覆纱机控制系统,包括触摸屏和嵌入式布式控制器,触摸屏与嵌入式控制器相连，嵌入式控制器连接48个执行系统,如图2所示,所述执行系统包括:四个变频器:第一变频器、第二变频器、第三变频器和第四变频器,四个交流电机:第一交流电机、第二交流电机、第三交流电机和第四交流电机,一个步进电机驱动器,一个步进电机,两个交流伺服驱动器：第一交流伺服驱动器,第二交流伺服驱动器，两个交流伺服电机：第一交流伺服电机12,第二交流伺服电机7，两个感丝13,一个电位器14,一个张力传感器。所述的触摸屏分别与嵌入式控制器相连接。所述的嵌入式控制器与48个执行系统相连，所述的嵌入式控制器分别与四个变频器、一个步进电机驱动器、两个交流伺服驱动器、两个感丝器、一个电位器、一个张力传感器电路连接。四个变频器分别控制四个交流电机。所述的步进电机驱动器与步进电机相连，步进电机主要用于控制纱线上油。所述的交流伺服驱动器与交流伺服电机相连。所述的高速高精度数控空气包覆纱机控制系统连接有触摸屏,触摸屏作为系统的上位机,用于设置绕制纱线的工艺参数,还用于查看纱线绕制的进度和系统报错。所述的触摸屏与嵌入式控制器通过RS485总线连接,所述的触摸屏与嵌入式控制器通过Modbus协议进行通信。所述的高速高精度数控空气包覆纱机控制系统还连接了卷绕机构和排线机构。所述的卷绕机构就是由第一交流伺服电机12、同步带轮副组成。所述的排线机构就是由第二交流伺服电机7、钢丝绳5、摆梭8、导丝轮4组成。控制系统通过控制第一交流伺服电机12带动卷筒9卷动和第二交流伺服电机7带动摆梭摆动从而到达到绕线的功能。所述的感丝器13就是用来监视纱线是否断掉,如果纱线断掉,则报警并使设备停止运转。

如图4和图5所示,空气包覆纱机包括:牵伸辊1、主包覆辊2、夹具3、导丝轮4、钢丝绳5、钢丝轮6、第二交流伺服电机7、摆梭8、卷筒9、同步轮10、同步带11、第一交流伺服电机12、感丝器13、电位器14、夹臂轴15和夹臂16；钢丝绳5缠绕在钢丝轮6上经过导丝轮4支撑起钢丝绳,摆梭8固定在钢丝绳上,交流伺服电机7与钢丝轮4刚性连接,交流伺服电机7的正反转带动摆梭8的左右运动。电位器14固定在夹臂轴15上,夹臂16的一端铰接在夹臂轴15上,夹臂上摆带动夹臂轴15的转动,从而带动电位器14的转动,空气包覆纱机中其它零件的连接关系见图4和图5。

实施例二

如图3所示,一种如所述的用于高速高精度数控空气包覆纱机的控制系统的控制方法,包括以下步骤:

(1)上位机设置空气包覆纱机的工艺参数,依据RS485、Modbus协议将数据发送到嵌入式控制器,如果嵌入式控制器收到发送的工艺参数,则执行步骤(3),否则,执行步骤(1),上位机重新发送数据；

(2)嵌入式控制器判断是否有收到上位机发送过来的数据,如果有收到上位机发送过来的数据,则执行步骤(3),否则,执行步骤(1)；

(3)根据上位机发送的空气包覆纱机的工艺参数和数据,嵌入式控制器计算出四个交流电机、交流伺服电机和步进电机的转速；

(4)将纱线以退绕的方向在牵伸辊1、主包覆辊2和卷筒9上均绕八圈,再经过感丝器13,最后把卷筒9装夹在夹具3上，主要是是绕线前的一些手动的操作；

(5)启动运转开关；

(6)运作一段时间后查看各个电机是否运转正常,绕制的纱线是否有断掉,如果感丝器13检测纱线有断掉,则执行步骤(4),否则,执行步骤(7)；

(7)启动监纱开关；

(8)在绕线过程中检测感丝器13工作是否正常,如果正常,则执行步骤(9),否则,执行步骤(4)；

(9)通过固定在夹臂轴15上的电位器测量夹臂16旋转的角度,根据测量出的夹臂16旋转的角度,计算出绕制卷筒9上纱线的厚度；

(10)把电位器14测量出电压值反馈到嵌入式控制器,然后嵌入式控制器计算出摆梭8的动程以及第一交流伺服电机12的速度；

(11)嵌入式控制器判断电位器14测量出的电压值是否到达预设值,如果达到,则执行步骤(12),否则,执行步骤(10)；

(12)当卷筒9上纱线绕满时,打开夹具3,更换卷筒9,再执行步骤(1)至(12)。

上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于高速高精度数控空气包覆纱机的控制系统,其特征在于,包括:

上位机、嵌入式控制器和若干并联的执行系统；所述执行系统包括:若干变频器、若干交流电机、步进电机、步进电机驱动器、第一交流伺服电机、第二交流伺服电机、第一交流伺服驱动器、第二交流伺服驱动器、感丝器、电位器；所述的上位机与嵌入式控制器的一端电路连接,各变频器的一端、步进电机驱动器的一端、各交流伺服驱动器的一端、感丝器、电位器的一端均与嵌入式控制器的另一端电路连接；所述的各变频器的另一端分别与各交流电机电路连接；所述的步进电机驱动器的另一端与步进电机电路连接,用于驱动步进电机；所述各交流伺服驱动器的另一端分别与各交流伺服电机相连,用于驱动各交流伺服电机；上位机发出控制信号并控制空气包覆纱机将控制信号发送给嵌入式控制器,所述控制信号中具有工艺参数,嵌入式控制器根据工艺参数计算出交流电机、交流伺服电机和步进电机的转速,电位器固定在夹臂轴上,夹臂的一端铰接在夹臂轴上,另一端靠在卷筒上，夹臂的上摆带动夹臂轴转动,从而带动电位器的转动，当卷筒上绕制的纱线增多时,夹臂向上旋转的角度增大；通过固定在夹臂轴的电位器将夹臂旋转的角度值传送回嵌入式控制器,嵌入式控制器通过电位器的返回值重新计算各交流伺服电机的转速；如果在包覆纱线过程中出现纱线断掉,感丝器将信号送给嵌入式控制器,嵌入式控制器停止各交流电机、各交流伺服电机和步进电机的运转。

2.根据权利要求1的用于高速高精度数控空气包覆纱机的控制系统,其特征在于：所述的上位机为触摸屏,用于设置绕制纱线的工艺参数、查看纱线绕制的进度以及查看系统的报错,所述触摸屏与嵌入式控制器之间通过RS485总线连接,所述触摸屏与嵌入式控制器之间通过Modbus协议进行通信。

3.根据权利要求2所述的用于高速高精度数控空气包覆纱机的控制系统，其特征在于：所述嵌入式控制器用于接收触摸屏发送的数据、感丝器发送的信号、电位器发送的信号,并按需要计算相关数据以及控制变频器、交流伺服驱动器、直流伺服电机驱动器和步进电机驱动器。

4.根据权利要求1所述的用于高速高精度数控空气包覆纱机的控制系统，其特征在于：所述第一交流伺服电机通过同步带轮副来带动卷绕结构转动,所述的卷绕结构包括卷筒和夹持卷筒的夹具；所述的电位器用于测量绕制在卷筒上的包覆纱线的厚度,得到厚度数据,根据测量的厚度数据调节第一交流伺服电机的卷速；所述的第二交流伺服电机通过排线结构进行排线,所述排线结构包括钢丝绳、摆梭、钢丝轮和导丝轮,所述钢丝绳带动摆梭来回摆动；所述嵌入式控制器控制第一交流伺服电机和第二交流伺服电机,通过所述第一交流伺服电机带动卷筒卷动和第二交流伺服电机带动摆梭左右运动来进行绕线。

5.一种如权利要求1至4中任一项所述权利要求1所述的用于高速高精度数控空气包覆纱机的控制系统的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

(1)上位机设置空气包覆纱机的工艺参数,依据RS485、Modbus协议将数据发送到嵌入式控制器,如果嵌入式控制器收到发送的工艺参数,则执行步骤(3),否则,执行步骤(1),上位机重新发送数据；

(2)嵌入式控制器判断是否有收到上位机发送过来的数据,如果有收到上位

机发送过来的数据,则执行步骤(3),否则,执行步骤(1)；

(3)根据上位机发送的空气包覆纱机的工艺参数和数据,嵌入式控制器计算出各交流电机、交流伺服电机和步进电机的转速；

(4)将纱线以退绕的方向在牵伸辊、主包覆辊和卷筒上均绕八圈,再经过感丝器,最后把卷筒装夹在夹具上；

(5)启动运转开关；

(6)运作一段时间后查看各个电机是否运转正常,绕制的纱线是否有断掉,如果感丝器13检测纱线有断掉,则执行步骤(4),否则,执行步骤(7)；

(7)启动监纱开关；

(8)在绕线过程中检测感丝器工作是否正常,如果正常,则执行步骤(9),否则,执行步骤(4)；

(9)通过固定在夹臂轴上的电位器测量夹臂旋转的角度,根据测量出的夹臂旋转的角度,计算出绕制卷筒上纱线的厚度；

(10)把电位器测量出电压值反馈到嵌入式控制器,然后嵌入式控制器计算出摆梭的动程以及第一交流伺服电机的速度；

(11)嵌入式控制器判断电位器测量出的电压值是否到达预设值,如果达到,则执行步骤(12),否则,执行步骤(10)；

(12)当卷筒上纱线绕满时,打开夹具,更换卷筒,再执行步骤(1)至(12)。