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众为兴平缝机控制系统的应用实例-深圳市众为兴数控技术有限公司-中国传动网应用案例

信息来源:chuandong.biz  时间:2008-08-19  浏览次数:140

  1引言
  工业平缝机是服装生产中使用数量最多的机种。在服装加工中承担着拼、合、绱、纳等多种工序任务,安装不同的车缝辅件,可以完成卷边、卷接、镶条等复杂的作业,因此工业平缝机是服装企业是主要的缝纫设备。
  工业平缝机完成的是双线锁式线迹,也称梭缝缝纫机.
  工业平缝机种类繁多,大致可以按以下方式分类:
  1、以工作速度分类
  工业平缝机可分为低速平缝机(缝速在每分钟2000针以下),中速平缝机(最高缝速在每分钟3000针),高速平缝机(最高缝速每分钟4000针以上)。
  2、以同时缝纫的机针数分类
  可分为单针机和双针机。
  3、以缝纫机送料方式分类
  送料方式可分为单牙下送式、前后差动式、针牙同步式、上下差动式等不同机种。
  4、以操作方式分类
  可分为普通平缝机和电脑控制平缝机。电脑控制平缝机可以设定线缝样式,装有自动倒缝即自动加固缝,自动剪线,自动缝针定位,自动抬压脚等装置,提高生产效率20%以上,而且大大减轻了劳动强度。
  本文介绍的平缝机控制系统是由众为兴自主研发的控制器ADT-620H控制的工业平缝机控制系统。它是一种高速,电脑型平缝机控制系统。
  工业高速平缝机发展方向是构建纺织、服装、绣花企业的集成化、网络化、数字化、虚拟化、智能化的生产模式。
  2.1 系统构成
  (1)系统采用PC+控制器+伺服系统的开放式结构,控制部分主要由控制器ADT—FR680H构成,是系统的核心。它是以AVR单片机作为主控芯片设计的,该芯片片内集成了较大容量的非易失性程序和数据存储器。8K字节的FLASH程序存储器的可擦写次数大于10000次;512字节EEPROM的擦写次数至少可达100000次;支持在线编程(ISP)和在应用编程(IAP);带有可编程的程序加密位。带有2个带预分频的8位定时/计数器、1个带预分频的16位定时/计数器;3个PWM 通道?可实现任意16位以内相位和频率可调的PWM脉宽调制输出。内部集成有CPLD芯片,它和编码器相连,完成数据处理的工作。整个控制器相当于小型的PC机处理脚踏板的输入指令,输出相应的脉冲给伺服驱动器,最后完成缝纫的工作。
  (2)此系统也可以认为是一个伺服控制系统,一个由控制器,伺服驱动器和伺服电机构成的伺服控制,控制器内部集成有伺服运动控制模块,用来处理单片机输入指令,形成输出脉冲。系统高速平缝机是一种高精度的控制系统,伺服技术的应用使得该系统得以实现例如针定位等高精度控制。
  (3)键盘显示界面是系统的人机界面,由于系统只需要字符和数字的显示,而且需要体积小,质量轻的LCD,所以系统采用6位8段的段位式LCD。在界面处,我们可以设置自动剪切线,自动抬压脚等等功能。
  (4)脚踏板信号输入是一种人为控制信号的输入,用来控制整个缝纫过程,在这样一个系统里面,不是不需要人为控制,而是不需要人为的缝纫过程的控制。这样减少了人为造成的精度上的失误。它需要人为的阶段控制,即控制缝纫机的加速阶段,停止阶段,加固缝阶段等等。因为它仍然是需要操作工人有选择的进行花样等缝制的缝纫工作。下面将介绍具体的信号输入及意义。
  (5)传感器与电磁铁是控制系统常带有的控制工具,在平缝机,花样机等缝纫机控制系统中的意义更重大,后面将具体介绍它们的作用等等。
  2.2 技术构成
  系统硬件技术中,加减速,自动剪线,抬压脚在下面章节中介绍。伺服技术是系统的重要技术,PID控制技术是其核心的技术。传感器,电磁铁等元器件是系统不可缺少的元器件,它们在技术构成中也占有不可缺少的一部分。
  下面我们逐一将介绍它们,
  2.2.1 硬件元器件技术构成
  在这里无论信号输入还是定位等其它功能都需要两种器件:传感器、电磁铁。
  传感器(sensor)是与该词(sense)有关的术语,传感器可代替人的五官,在机电一体化的控制中,作为检测必要的信息并进行变换的装置。要使机电一体化的执行机构动作也同样,依据明确指令规定动作,尤其必须有“来自传感器的信息”作为指令所需的信息依据。
  传感器有信息检测与将检测到的信息转换为电气信号两大功能。
  接触式传感器是固定在被测量的对象上,或借助接触状态来检测的传感器。由于与被测量对象没有直接接触,所以有承受环境影响的能力。
  光传感器可将光的有无或亮度等光信息变换为电信号。如硫代镉传感器。
  CdS(硫化镉)传感器的特点如下:
  一般检测动作快;
  不接触检测对象;
  检测时无噪声(噪声是计算机控制中造成误动作的原因);
  检测方便简单;
  传感器价格低廉。
  磁传感器是检测磁性的传感器。这种传感有以下两类:利用磁铁吸铁时的磁吸力作用。例如簧片开关。将由于电流流过电线或线圈形成的磁场变换为电气量的器件。例如霍尔原件。
  因为磁传感器能以非接触形式检测,所以可用于无触点开关、车用发动机等的车速传感器、物体位置检测器等。
  电磁铁(electromagnet):将电能转换为机械能以实现吸合作功的电器。通常由软磁材料制成的铁心、衔铁和励磁绕组构成。当励磁绕组通电时,产生磁场,铁心磁化,并产生电磁吸力吸引衔铁,使之运动作功。电磁铁主要用于操动、牵引机械装置。工业上常用的电磁铁有制动电磁铁、牵引电磁铁、起重电磁铁和阀用电磁铁等。此外,属于电磁铁类的还有用以传递或隔断两轴间机械联系的电磁联轴器;用在机床工作台上吸牢磁性材料工件的电磁吸盘;供高能物理、核聚变研究、磁流体发电和高速悬浮列车等使用的、能产生高达数十特(斯拉)磁通密度而几乎不消耗绕组功率的超导电磁铁等。这里的高速平缝机上使用的就是阀用电磁铁,主要用于自动剪切线机械联动装置中。
  2.2.2 硬件技术
  伺服驱动技术的发展与磁性材料技术、半导体技术、通信技术、组装技术、生产工艺水平等基础工业技术的发展密切相关。
  磁性材料中,特别是永久磁性材料性能的提高是伺服电机高性能化、小型化所不可缺少的重要条件。以日本安川公司伺服电机产品的磁性材料为例,其磁性材料的磁能积由原来的10MGOe提高到30MGOe,从70年代到90年代的这段时间提高了3倍。
  半导体技术的发展使伺服驱动技术进入了全数字化时期,伺服控制器的小型化指标取得了很大的进步。LSI的精细加工技术以及开关特性的改善使高速开关器件的应用成为主流。IGBT已经发展到了第四代产品,其性能则提高了5倍以上,IPM也已经发展到第三代,性能该系统选用的伺服驱动器是众为兴自主研制的QS5AA020M,采用第三代IPM,它具有低饱和压降、高开关速度、内设低损耗电流传感,六个IGBT功率器件。采用单电源、逻辑电平输入、优化的栅极驱动。实行RTC(实时逻辑栅压控制)模式,以严密的时序逻辑,对过电流、短路、过热、欠电压等故障进行总监控保护。提供系统故障输出,向系统控制器提供报警信号。
  微处理器性能的大幅度增强也使伺服控制器的复杂运算速度和多功能处理能力得以提高,同时也为产品的小型化创造了条件。
  在全数字控制方式下,伺服控制器实现了伺服控制的软件化。现在很多新型的伺服控制器都采用了多种新算法。目前比较常用的算法主要有PID,控制切换、前馈控制、速度实时监控控制等。本伺服驱动器采用PID控制算法实现。
  比例调节作用是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,过大也有问题。
  积分调节作用是使系统消除稳态误差,提高无误差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无误差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。
  微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器。一般情况下,工业上采用经验法和试凑法实现PID控制。
  2.3 功能与实现
  由于可以实现自动剪线,自动加固缝,自动抬压脚和自动定寸缝的功能,但是由于自动定寸缝较为复杂,所以下面我们将着重从前三个方面来介绍整个系统的控制流程与控制原理,另外介绍一下它的执行机构和辅助系统。
  2.3.1 自动剪切线控制原理与流程
  通过控制安装在缝纫机机头内部的电磁铁的吸合和释放,就可以控制与电磁铁相连的剪刀、抬压脚杆、倒缝凸轮、拨线杆等执行机构,完成自动剪线、自动抬压脚、自动倒缝(前后加固缝)、自动拨线等动作。电磁铁的质量和“参数”直接影响到缝制质量。主要是三大参数:吸合力、通电吸合时间和断电释放时间、电磁铁内阻。吸合力指的是电磁铁在加上额定电压吸合后能拉开的临界力。这个力保证了电磁铁在通电后能稳定而可靠地工作。通电吸合时间和断电释放时间是十分重要的指标,动作的速度直接影响缝纫机的工作。至于电磁铁内阻的指标主要是为了控制电磁铁的功耗。
  控制信号的输入原理:
  三根弹簧,一根曲杆构成了脚踏控制器,当它被踏到下位置时,输入一种信号,当其曲杆只顶到较近的那只弹簧时是另一输入信号。当其它将两只弹簧都项到上部分时是第三种信号输入,其原始状态即不接触到弹簧为第四种信号输入。其中,A,B位置各有一个发射红外线的发射器和接收传感器,上述四种信号对应于镰刀型曲柄的四个状态即挡住传感器A、B的其中一个,或两个,或完全不挡住其发射的红外线,。我们用“0”表示不挡住,用“1”表示挡住红外线,其中一种状态即脚踏板后踏到底,即“01”时为剪切线状态,还有自动抬后脚,自动调速,初始状态。自动调速时,脚踏板前踏,图中C位置的位移传感器通过感应磁通量的多少将其转化为相应的速度。
  自动切线原理:
  当面板设置为自动剪切线时,脚踏板又后踏至底,则进入剪切线状态,此时自动剪线装置是由电磁阀拉动一个从动杆即凸轮随动臂。从动杆接触控制凸轮,起动剪线机构,剪线机构,剪切型的剪线刀就利落地将缝线剪断。需要剪线时,用脚踩动踏板,剪线机构便开始工作。缝纫机自动把针杆从针下的交接班线器就开始工作。拉线器同时抓住针线和梭心线,把两根线拉到固定的剪线刀里,动刀,定刀相挫开,像剪刀一样将线剪断。
  自动剪线机构的位置:静剪刀的刀刃口与机针中心的距离为4毫米,刃口高低为0.6毫米。动剪刀与机针中心之间距离为2~2.5毫米之间.由上述可知,自动剪切线控制系统还需要针位定位系统的支持。
  2.2自动加固缝控制流程与原理
  这一阶段与送布牙的运动息息相关,所以我们首先介绍一下送布牙的运动。送布牙的前后运动:当上轴旋转,由于送料抬牙偏心轮A的偏心作用,通过偏心轮套圈而产生叉形送料杆的摆动。但由于受到针距连杆的牵制,所以不仅环绕针距调节器的中点为活动支点摆动,而且还产生垂直方向的移位。因此再通过送料轴曲柄1推动送料轴的住复转动必定推动送布牙作前后运动。
  送布牙的上、下运动:当上轴旋转,由于送料抬牙偏心轮的偏心作用,通过抬牙连杆使抬牙轴往复转动。抬牙曲柄的凸头嵌合在牙架凹口内,当抬牙轴往复转动时,通过抬牙曲柄而使牙架上的送布牙作上下运动。
  自动加固逢的原理:我们将控制键盘设定为自动加固缝状态,即设定起始加固缝或者终点加固缝时,由上一章节所述可知,当脚踏板前踏时,即脚踏控制器进入(0,0)状态时,系统进入自动加固缝阶段。当控制器控制收到针定位装置的到达针数指令时,开始倒缝,它控制倒缝电磁铁吸合,拉伸倒顺杆弹簧,带动送料轴旋转,送料轴带动牙架平移,以改变送布牙的初识位置,使得其前后运动由原来的由前向后运动变为由后向前运动。
  自动倒缝同样使用了自动针定位装置,足见这一装置的重要性,所以下一章节将着重介绍一下这个装置的原理。
  工业平缝机针距的长度可通过旋动针距旋钮来调节.向顺时针方向拧动,针距由大转小;向逆时针拧动,由小变大.针距调节旋钮上一般都标有记号,有的用汉字"大"和"小"字样.有的上面标有数字,数字大的针距小,数字小的针距大.针距的大小,一般是根据所缝制的缝料性质确定的.
  2.3.2 自动抬压脚与自动针定位
  自动抬压脚的实现也是通过控制器借助传感器控制电磁铁来实现的
  自动抬压脚的原理:
  当控制面板中用键盘设定自动抬压脚,可以自动抬压脚。当脚踏板后踏至半位时,即处于(1,1)状态时,自动抬压脚。此时,当针定位装置发送高位信号后,控制器控制自动抬压脚电磁铁下拉抬压脚杠杆,促使压脚上抬。这一系统也用到了自动针定位装置。
  由上述可知,自动定位是这几个功能中必不可少的一个功能,它可以为其他功能的使用。由以前的章节可以知道,霍尔磁传感器可以实现一个把磁信号转化为电信号,然后将其输入给控制器,以便于控制器进行定位,它位于针定位装置之上
  针定位装置上有两个霍尔元器件,其中一个为高位针定位,另一个为低位针定位。分别实现针定位于高位或低位,当伺服马达带动上轮和上轴转动时,上轮上的定位装置是不动的,它可以通过此两个传感器判定高低位,以实现针定位。
  至此,高速平缝机控制系统三大自动控制流程和原理已介绍完毕。
  2.3.4 辅助系统与执行机构
  这里的辅助系统包括油泵系统和自动绕线系统,执行机构是由马达伺服驱动器和马达构成的驱动电路。
  油泵是用来抽取缝纫机油以润滑机械的,当缝纫机运行时,油泵会自动抽油并将其浇洒在关键的机械零件和它们的结合与摩擦处,起到润滑的作用。
  自动绕线系统是为梭心实现自动绕线功能的机构与系统。其原理:将梭心置于绕线柱上,并将线头绕上几圈。利用皮带轮摩擦带动绕线摩擦轮,当脚踏板前踏时,马达执行慢速启动,逐渐加速,并且开始绕线。这样便可以快速绕线,当线量足够时,梭心绕线自动停止。
  整个缝纫机控制系统是由一个执行机构组成:伺服马达驱动器和伺服马达组成的驱动电路。
  当平缝机运行时,控制器将控制信号输出给伺服驱动器,驱动器将输入交流电转换为马达需要的电流强度,用来驱动马达转动以达到控制缝纫机运行的效果。
  2.4 结论
  国内开发的类似此种平缝机控制系统非常的罕见,ADT-FR-680H控制器控制的高速平缝机是众为兴的最新产品,具有很高的技术含量。整个控制器由控制面板和主控制电路板组成,控制电路板是控制器的核心,也是输入信号与输出脉冲电流的中转站,它担负起将输入信号转化为驱动电动机或者电磁铁所需的脉冲信号,以驱动平缝机的运动。驱动器是控制系统的中枢,相当于一个功率变频器,它担负着将输入脉冲转化为大功率的电流驱动电动机以相应的速度转动。工控主板采用嵌入式结构,嵌入了一片单片机,用以完成控制器的信号处理工作。控制器+伺服驱动器+伺服电机这一模式再次得到了验证。

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