CN107700068B - 特种纤维复合材料编织系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种特种纤维复合材料编织系统，所述特种纤维复合材料编织系统包括控制单元和第一驱动单元，其中：控制单元包括直线轴控功能块、二轴插补轴控功能块和三轴插补轴控功能块；第一驱动单元包括直线伺服驱动器、二轴插补伺服驱动器和三轴插补伺服驱动器；直线轴控功能块控制直线伺服驱动器，以使直线伺服驱动器驱动伺服电机作直线运动；二轴插补伺服功能块控制二轴插补伺服驱动器，以使二轴插补伺服驱动器驱动伺服电机作二轴插补运动；三轴插补伺服功能块控制三轴插补伺服驱动器，以使三轴插补伺服驱动器驱动伺服电机作三轴插补运动。本发明克服特种纤维重量大，人工编织费力的问题，可以实现覆盖全方位的运动轨迹，灵活性好，精度高。

Description

特种纤维复合材料编织系统
技术领域
本发明涉及自动化技术领域，特别涉及一种特种纤维复合材料编织系统。
背景技术
特种纤维是具有特殊的物理化学结构、性能和用途，或具有特殊功能的化学纤维。这些纤维大都应用于工业、国防、医疗、环境保护和尖端科学各方面。特种纤维分别具有不同的特殊性能，如耐强腐蚀、低磨损、耐高温、耐辐射、抗燃、耐高电压、高强度高模量、高弹性、反渗透、高效过滤、吸附、离子交换、导光、导电以及多种医学功能。在以前对于一些金属类的特种纤维复合材料进行编织，例如将特种纤维复合材料编织成固定形状，基本上是人工手工进行编织，由于金属类的特种纤维重量较大，因此人工编织效率低、精度差，特别是对于特种需求，例如应用于高精尖的航空用特种纤维复合材料编织行业，人工编织无法满足要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种特种纤维复合材料编织系统，以解决现有的特种纤维复合材料编织效率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种特种纤维复合材料编织系统，所述特种纤维复合材料编织系统包括控制单元和第一驱动单元，其中：
所述控制单元包括直线轴控功能块、二轴插补轴控功能块和三轴插补轴控功能块；
所述第一驱动单元包括直线伺服驱动器、二轴插补伺服驱动器和三轴插补伺服驱动器；
所述直线轴控功能块控制所述直线伺服驱动器，以使所述直线伺服驱动器驱动第一伺服电机，以使所述直线伺服驱动器驱动第一伺服电机作直线运动；
所述二轴插补轴控功能块控制二轴插补伺服驱动器，以使所述二轴插补伺服驱动器驱动第二伺服电机，以使所述二轴插补伺服驱动器驱动第二伺服电机作二轴插补运动；
所述三轴插补轴控功能块控制三轴插补伺服驱动器，以使所述三轴插补伺服驱动器驱动第三伺服电机，以使所述三轴插补伺服驱动器驱动第三伺服电机作三轴插补运动。
可选的，在所述的特种纤维复合材料编织系统中，所述二轴插补伺服驱动器驱动第二伺服电机，以使所述第二伺服电机带动特种纤维复合材料在两维平面上的运动轨迹为斜线或圆弧。
可选的，在所述的特种纤维复合材料编织系统中，所述三轴插补伺服驱动器驱动第三伺服电机，以使所述第三伺服电机带动特种纤维复合材料在三维立体空间中的运动轨迹为螺旋。
可选的，在所述的特种纤维复合材料编织系统中，所述三轴插补轴控功能块包括螺旋轴控功能块，三轴插补伺服驱动器包括螺旋伺服驱动器，所述螺旋轴控功能块控制所述螺旋伺服驱动器，所述螺旋伺服驱动器驱动第三伺服电机，以使所述第三伺服电机带动特种纤维复合材料作螺旋运动。
可选的，在所述的特种纤维复合材料编织系统中，所述直线伺服驱动器、二轴插补伺服驱动器和三轴插补伺服驱动器的总数量为10～30个。
可选的，在所述的特种纤维复合材料编织系统中，所述特种纤维复合材料编织系统还包括第二驱动单元，其中：
所述第二驱动单元包括多个点动伺服驱动器，所述点动伺服驱动器包括按钮，当所述按钮被按下后，所述点动伺服驱动器驱动第四伺服电机，以使所述第四伺服电机带动特种纤维复合材料按固定运动轨迹运动。
可选的，在所述的特种纤维复合材料编织系统中，所述控制单元还包括使能功能块，所述使能功能块用于启动所述点动伺服驱动器。
可选的，在所述的特种纤维复合材料编织系统中，所述点动伺服驱动器的数量为10～70个。
可选的，在所述的特种纤维复合材料编织系统中，所述控制单元和所述第一驱动单元之间使用总线进行通信。
可选的，在所述的特种纤维复合材料编织系统中，所述控制单元为可编程逻辑控制器。
在本发明提供的特种纤维复合材料编织系统中，通过所述直线轴控功能块控制所述直线伺服驱动器，以使所述直线伺服驱动器驱动第一伺服电机作直线运动；所述二轴插补轴控功能块控制二轴插补伺服驱动器，以使所述二轴插补伺服驱动器驱动第二伺服电机作二轴插补运动；所述三轴插补轴控功能块控制三轴插补伺服驱动器，以使所述三轴插补伺服驱动器驱动第三伺服电机作三轴插补运动，实现了伺服驱动器驱动各个伺服电机替代人工编织，各个伺服电机带动特种纤维复合材料进行编织，可以克服特种纤维重量大，人工编织费力的问题，提供效率；另外，直线伺服驱动器、二轴插补伺服驱动器和三轴插补伺服驱动器可以实现覆盖全方位的运动轨迹，灵活性好，精度高。
本发明所涉及的特种纤维复合材料编织系统用于使用一般控制器或通用小型可编程逻辑控制器无法完美达到响应性及控制精度的要求，因此控制单元包括多个轴控功能块，可以实现较高的响应性和控制精度。
附图说明
图1是本发明一实施例特种纤维复合材料编织系统示意图；
图中所示：10-控制单元；11-直线轴控功能块；12-二轴插补轴控功能块；13-三轴插补轴控功能块；14-使能功能块；20-第一驱动单元；21-直线伺服驱动器；22-二轴插补伺服驱动器；23-三轴插补伺服驱动器；30-第二驱动单元；31-点动伺服驱动器；41-第一伺服电机；42-第二伺服电机；43-第三伺服电机；44-第四伺服电机。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的特种纤维复合材料编织系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于提供一种特种纤维复合材料编织系统，以解决现有的特种纤维复合材料编织效率低的问题。
为实现上述思想，本发明提供了一种特种纤维复合材料编织系统，所述特种纤维复合材料编织系统包括控制单元和第一驱动单元，其中：所述控制单元包括直线轴控功能块、二轴插补轴控功能块和三轴插补轴控功能块；所述第一驱动单元包括直线伺服驱动器、二轴插补伺服驱动器和三轴插补伺服驱动器；所述直线轴控功能块控制所述直线伺服驱动器，以使所述直线伺服驱动器驱动第一伺服电机作直线运动；所述二轴插补轴控功能块控制二轴插补伺服驱动器，以使所述二轴插补伺服驱动器驱动第二伺服电机作二轴插补运动；所述三轴插补轴控功能块控制三轴插补伺服驱动器，以使所述三轴插补伺服驱动器驱动第三伺服电机作三轴插补运动。
如图1所示，本实施例提供一种特种纤维复合材料编织系统，所述特种纤维复合材料编织系统包括控制单元10和第一驱动单元20，其中：所述控制单元10包括直线轴控功能块11、二轴插补轴控功能块12和三轴插补轴控功能块13；所述第一驱动单元20包括直线伺服驱动器21、二轴插补伺服驱动器22和三轴插补伺服驱动器23；所述直线轴控功能块11控制所述直线伺服驱动器21，以使所述直线伺服驱动器21驱动第一伺服电机41作直线运动；所述二轴插补轴控功能块12控制二轴插补伺服驱动器22，以使所述二轴插补伺服驱动器22驱动第二伺服电机42作二轴插补运动；所述三轴插补轴控功能块13控制三轴插补伺服驱动器23，以使所述三轴插补伺服驱动器23驱动第三伺服电机43作三轴插补运动。
具体的，在所述的特种纤维复合材料编织系统中，所述二轴插补伺服驱动器22驱动第二伺服电机作二轴插补运动包括，所述二轴插补伺服驱动器22驱动第二伺服电机在两维平面上的运动轨迹为斜线或圆弧。所述三轴插补伺服驱动器23驱动第三伺服电机作三轴插补运动包括，所述三轴插补伺服驱动器驱动第三伺服电机在三维立体空间中的运动轨迹为螺旋，即不在一个平面上。所述三轴插补轴控功能块13包括螺旋轴控功能块，三轴插补伺服驱动器包括螺旋伺服驱动器，即三轴插补伺服驱动器驱动第三伺服电机43做螺旋插补，所述螺旋轴控功能块控制所述螺旋伺服驱动器，以使所述螺旋伺服驱动器驱动第三伺服电机作螺旋运动。所述直线伺服驱动器21、二轴插补伺服驱动器22和三轴插补伺服驱动器23的总数量为10～30个，优选的为22个。
进一步的，在所述的特种纤维复合材料编织系统中，所述特种纤维复合材料编织系统还包括第二驱动单元30，其中：所述第二驱动单元30包括多个点动伺服驱动器31，所述点动伺服驱动器31包括按钮，当所述按钮被按下后，所述点动伺服驱动器31驱动第四伺服电机44按固定运动轨迹运动，所述控制单元还包括使能功能块14，所述使能功能块14用于启动所述点动伺服驱动器31，所述点动伺服驱动器31的数量为10～70个，优选的为63个。
另外，所述直线伺服驱动器21、二轴插补伺服驱动器22和三轴插补伺服驱动器23和所述点动伺服驱动器31均用于驱动各个伺服电机，各个所述伺服电机带动特种纤维复合材料进行编织。所述控制单元10和所述第一驱动单元20之间使用总线进行通信，所述控制单元10为大中型可编程逻辑控制器。
在本发明提供的特种纤维复合材料编织系统中，通过所述直线轴控功能块控制所述直线伺服驱动器，以使所述直线伺服驱动器驱动第一伺服电机作直线运动；所述二轴插补轴控功能块控制二轴插补伺服驱动器，以使所述二轴插补伺服驱动器驱动第二伺服电机作二轴插补运动；所述三轴插补轴控功能块控制三轴插补伺服驱动器，以使所述三轴插补伺服驱动器驱动第三伺服电机作三轴插补运动，实现了伺服驱动器驱动伺服电机替代人工编织，伺服电机带动特种纤维复合材料进行编织，可以克服特种纤维重量大，人工编织费力的问题，提供效率；另外，直线伺服驱动器、二轴插补伺服驱动器和三轴插补伺服驱动器可以实现覆盖全方位的运动轨迹，灵活性好，精度高。
本发明所涉及的特种纤维复合材料编织系统用于使用一般控制器或通用小型可编程逻辑控制器无法完美达到响应性及控制精度的要求，因此控制单元包括多个轴控功能块，可以实现较高的响应性和控制精度。
本发明属于针对特种纤维复合材料编织机的工业自动化控制方法，本发明旨在解决现有特种纤维复合材料编织机控制方案通过2台大中型可编程逻辑控制器实现控制22台交流电机伺服驱动器，其他63台交流电机伺服驱动器为点动模式进行控制，最终实现85台伺服精确定位的需求，提供更高的控制精度和更好的系统响应性，减轻了工人的劳动强度，大大提高生产效率的同时更能大幅降低设备成本。
本发明中采用运动型控制单元通过运动控制网络总线对22个伺服电机进行精确的位置控制，高速运动控制网络总线减少了运动控制单元与伺服控制器的走线，实现了快速确定故障点，排除故障，节省了调试时间。运动型控制单元可以提供便捷的运动控制功能块，再将初始化，原点回归，点动，相对、绝对寻址，轴停止等功能进行整合，更加方便程序设计者的程序设计与调试。
特种纤维复合材料编织机的工艺包括：回零，压顶位置写入，芯摸上步动，芯摸下步动，推叉前进到位，推叉后退到位，压顶校正，芯模位置写入，单元位置写入，封顶等工艺。
每个运动控制网络总线型运动控制单元可以驱动12个轴伺服，在运动控制单元中可以建立运动程序来实现伺服电机位置跟随主编码器。运动控制网络总线速度可以达到20Mbps，12轴同步时间为1ms，不会出现传统脉冲控制中脉冲丢失和脉冲干扰的现象。
本发明中的运动控制系统针对目前工业现场应用的实际需求及未来发展趋势设计的高速、稳定、精准的运动系统。运动控制系统采用的控制协议是高速总线型运动控制通讯协议，通信线缆采用CAT-5e STP Ethernet cable(超五类屏蔽以太网线)(24AWG/4Pairs)，速度高达20Mbps，最远通信距离可达30米，采用不同CRC校验码双路通信，高速、稳定、可靠。总线硬件配置：硬件接在线，缆线，整个系统后端连接终端电阻，整个系统才可以稳定通讯，整个系统最大连续长度不超过30米。
第一驱动单元的伺服模块设定，在建立总线联机之前，首先设定伺服模式为总线模式，其操作步骤如下：
设定A2P1-01为0x0B(此设定为将伺服控制模式设定为DMCNET模式)。
设定A2P3-00，其数值代表节点编号，数值范围为0x01～0x0C，驱动器的节点ID。分别为1到63，彼此间不能重复使用，其中节点ID为1代表第0轴，为2代表第1轴，为3～12则分别代表第2～11轴。需注意整个DMCNET网络上，一定需要存在一台节点ID为1的A2伺服，整体网络才能正常通讯，例如两台A2，其中必须有一台节点ID为1，另外一台节点ID可为2～12。全网络只存在一台A2时，只能设定此A2节点ID为1，其余设定DMCNET网络均会失效。
设定P3-01，设定波特率为0x0203代表台达DMCNET模式。
第二驱动单元的伺服模块控制方法，将伺服设置成点动模式，利用伺服自身的点动模式来实现：
设定A2P1-01为0x01(此设定为将伺服控制模式设定为点动模式)。
设定A2P3-00，其数值代表节点编号，数值范围为0x01～0x3F，驱动器的节点ID。分别为1到63，彼此间不能重复使用。
综上，上述实施例对特种纤维复合材料编织系统的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种特种纤维复合材料编织系统，其特征在于，所述特种纤维复合材料编织系统包括控制单元和第一驱动单元，其中：
所述控制单元包括直线轴控功能块、二轴插补轴控功能块和三轴插补轴控功能块；
所述第一驱动单元包括直线伺服驱动器、二轴插补伺服驱动器和三轴插补伺服驱动器；
所述直线轴控功能块控制所述直线伺服驱动器，以使所述直线伺服驱动器驱动第一伺服电机，以使所述第一伺服电机带动特种纤维复合材料作直线运动；
所述二轴插补轴控功能块控制二轴插补伺服驱动器，以使所述二轴插补伺服驱动器驱动第二伺服电机，以使所述第二伺服电机带动特种纤维复合材料作二轴插补运动；
所述三轴插补轴控功能块控制三轴插补伺服驱动器，以使所述三轴插补伺服驱动器驱动第三伺服电机，以使所述第三伺服电机带动特种纤维复合材料作三轴插补运动。
2.如权利要求1所述的特种纤维复合材料编织系统，其特征在于，所述二轴插补伺服驱动器驱动第二伺服电机，以使所述第二伺服电机带动特种纤维复合材料在两维平面上的运动轨迹为斜线或圆弧。
3.如权利要求1所述的特种纤维复合材料编织系统，其特征在于，所述三轴插补伺服驱动器驱动第三伺服电机，以使所述第三伺服电机带动特种纤维复合材料在三维立体空间中的运动轨迹为螺旋。
4.如权利要求1所述的特种纤维复合材料编织系统，其特征在于，所述三轴插补轴控功能块包括螺旋轴控功能块，三轴插补伺服驱动器包括螺旋伺服驱动器，所述螺旋轴控功能块控制所述螺旋伺服驱动器，所述螺旋伺服驱动器驱动第三伺服电机，以使所述第三伺服电机带动特种纤维复合材料作螺旋运动。
5.如权利要求1所述的特种纤维复合材料编织系统，其特征在于，所述直线伺服驱动器、二轴插补伺服驱动器和三轴插补伺服驱动器的总数量为10～30个。
6.如权利要求1所述的特种纤维复合材料编织系统，其特征在于，所述特种纤维复合材料编织系统还包括第二驱动单元，其中：
所述第二驱动单元包括多个点动伺服驱动器，所述点动伺服驱动器包括按钮，当所述按钮被按下后，所述点动伺服驱动器驱动第四伺服电机，以使所述第四伺服电机带动特种纤维复合材料按固定运动轨迹运动。
7.如权利要求6所述的特种纤维复合材料编织系统，其特征在于，所述控制单元还包括使能功能块，所述使能功能块用于启动所述点动伺服驱动器。
8.如权利要求6所述的特种纤维复合材料编织系统，其特征在于，所述点动伺服驱动器的数量为10～70个。
9.如权利要求1所述的特种纤维复合材料编织系统，其特征在于，所述控制单元和所述第一驱动单元之间使用总线进行通信。
10.如权利要求1所述的特种纤维复合材料编织系统，其特征在于，所述控制单元为可编程逻辑控制器。
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