紡織細紗機伺服控制系統設計案列

細紗機是紡織廠的專用設備，要得到粗細相間的紗，只需讓后輥子的轉速時快時慢即可。華科星設計一套機械差動齒輪減速箱，減速箱的兩個輸入：一是前輥子通過減速齒輪傳動后輥子的運動;另一是一臺永磁同步伺服電機，通過伺服控制系統使(shi)其頻繁啟停(ting)(ting)(ting)控制(zhi)。目前永磁同步電(dian)機(ji)伺(si)(si)服(fu)(fu)控制(zhi)系(xi)統(tong)最大啟停(ting)(ting)(ting)次數可達(da)280次/min。差動齒輪系(xi)的(de)(de)(de)輸出(chu)端接后輥子(zi)。如(ru)(ru)伺(si)(si)服(fu)(fu)電(dian)機(ji)不轉，后輥子(zi)勻速旋(xuan)轉，紡出(chu)的(de)(de)(de)是普通紗(sha)，如(ru)(ru)伺(si)(si)服(fu)(fu)電(dian)機(ji)頻繁啟停(ting)(ting)(ting)，經差動輪系(xi)合成后，后輥子(zi)速度(du)時快時慢，紡出(chu)來(lai)的(de)(de)(de)就是花(hua)(hua)式(shi)紗(sha)了。根據(ju)生(sheng)產(chan)的(de)(de)(de)需要(yao)(yao)，需要(yao)(yao)提(ti)高細紗(sha)機(ji)的(de)(de)(de)車速，以提(ti)高紡紗(sha)的(de)(de)(de)生(sheng)產(chan)率，為(wei)保持原來(lai)花(hua)(hua)式(shi)細紗(sha)粗細相(xiang)間的(de)(de)(de)節距，后輥子(zi)轉速變(bian)化(hua)率需要(yao)(yao)提(ti)高到(dao)500次/min，要(yao)(yao)求伺(si)(si)服(fu)(fu)電(dian)機(ji)啟停(ting)(ting)(ting)率也要(yao)(yao)500次/min。目前，國內外生(sheng)產(chan)的(de)(de)(de)伺(si)(si)服(fu)(fu)驅(qu)動系(xi)統(tong)難以滿足(zu)要(yao)(yao)求。

套紡織細紗機伺服控制系統設(she)計案列:采用兩臺(tai)(tai)永磁同步(bu)電機伺服系統，每臺(tai)(tai)電機啟(qi)停250次/min，兩臺(tai)(tai)電機啟(qi)停時間(jian)錯(cuo)開，通過機械(xie)裝置將其合成為(wei)500次/min。

齒輪系的設計

差(cha)動(dong)齒輪(lun)系的(de)工作原理如圖(tu)1所示，來自于前輥子的(de)轉速(su)經過(guo)齒輪(lun)減(jian)速(su)后作為差(cha)動(dong)齒輪(lun)系的(de)一(yi)個輸(shu)入，另一(yi)個輸(shu)入由兩臺伺服(fu)電動(dong)機(ji)(ji)(ji)通(tong)(tong)過(guo)機(ji)(ji)(ji)械(xie)合成(cheng)而成(cheng)，能實(shi)現(xian)啟(qi)停(ting)(ting)500次(ci)/min。從(cong)圖(tu)可見，若兩臺伺服(fu)電動(dong)機(ji)(ji)(ji)不轉，差(cha)動(dong)齒輪(lun)系輸(shu)出到后輥子的(de)為一(yi)個低于前輥子的(de)均(jun)(jun)勻速(su)度，此時細紡(fang)機(ji)(ji)(ji)紡(fang)出為普(pu)通(tong)(tong)紗(sha)(sha)。若兩臺伺服(fu)電機(ji)(ji)(ji)均(jun)(jun)啟(qi)停(ting)(ting)250次(ci)/min，且啟(qi)停(ting)(ting)時間錯開，通(tong)(tong)過(guo)機(ji)(ji)(ji)械(xie)合成(cheng)后為啟(qi)停(ting)(ting)500次(ci)/min，此時差(cha)動(dong)輪(lun)系輸(shu)出到后輥子的(de)變(bian)化速(su)度為500次(ci)/min，細紡(fang)機(ji)(ji)(ji)紡(fang)出為花式紗(sha)(sha)。

伺服控制系統硬件的設計

在紡(fang)紗(sha)(sha)過程中需要(yao)不斷地改變(bian)紗(sha)(sha)的粗細、紗(sha)(sha)的長度(du)和節距3個(ge)參(can)數，要(yao)求(qiu)伺服(fu)電機不斷改變(bian)啟停周期(qi)和速度(du)，每種(zhong)紗(sha)(sha)常有300多(duo)種(zhong)變(bian)化組合，參(can)數要(yao)求(qiu)方(fang)便進(jin)行調整，而(er)且工作環境(jing)較惡劣，可(ke)靠性要(yao)求(qiu)高。根(gen)據以上(shang)要(yao)求(qiu)本文選擇(ze)Mitsubishi的FX2N系列可(ke)編程控(kong)制器(qi)。

伺(si)服系統電(dian)(dian)機采用Mitsubishi的低慣量永磁同步電(dian)(dian)機，其(qi)(qi)參數(shu)為(wei)12Nm，22A，2.84KW，3000r/min。兩套伺(si)服系統的速度控制號由PLC模(mo)(mo)擬量I/O模(mo)(mo)塊FX2N-3A 輸出控制，其(qi)(qi)模(mo)(mo)擬電(dian)(dian)壓為(wei)0～10V。A、B兩套伺(si)服系統的啟停(ting)控制信號

由(you)PLC擴(kuo)展(zhan)的(de)脈沖輸(shu)(shu)出模塊FX2N-1PG輸(shu)(shu)出端控制，其相(xiang)位相(xiang)互錯開。

為了調節紗(sha)的(de)(de)(de)(de)粗(cu)細、長度(du)(du)(du)和(he)(he)(he)(he)節距，PLC需要(yao)不斷檢測(ce)前(qian)輥(gun)子的(de)(de)(de)(de)速(su)度(du)(du)(du)，根(gen)據設(she)置的(de)(de)(de)(de)參數和(he)(he)(he)(he)檢測(ce)的(de)(de)(de)(de)前(qian)輥(gun)子速(su)度(du)(du)(du)計算出(chu)后輥(gun)子的(de)(de)(de)(de)速(su)度(du)(du)(du)和(he)(he)(he)(he)開(kai)(kai)關頻(pin)(pin)率。本(ben)系統中前(qian)輥(gun)子速(su)度(du)(du)(du)和(he)(he)(he)(he)伺服電(dian)機(ji)(ji)速(su)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)檢測(ce)采用(yong)光電(dian)編碼(ma)器，其輸(shu)出(chu)的(de)(de)(de)(de)脈(mo)沖信(xin)號輸(shu)送到(dao)PLC的(de)(de)(de)(de)高速(su)計數模塊(kuai)FX2N-1HC進(jin)行計數從而(er)得到(dao)前(qian)輥(gun)子的(de)(de)(de)(de)速(su)度(du)(du)(du)以(yi)計算伺服電(dian)機(ji)(ji)速(su)度(du)(du)(du)和(he)(he)(he)(he)開(kai)(kai)關頻(pin)(pin)率。另外PLC選用(yong)絕(jue)緣型RS232C通訊(xun)用(yong)適配(pei)器與工(gong)控(kong)機(ji)(ji)進(jin)行通訊(xun)，以(yi)實現參數的(de)(de)(de)(de)設(she)置和(he)(he)(he)(he)監控(kong)。工(gong)控(kong)機(ji)(ji)采用(yong)研華AWS-825，用(yong)VB開(kai)(kai)發工(gong)控(kong)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)監控(kong)程序和(he)(he)(he)(he)控(kong)制界面(mian)。

程序設計

速(su)(su)度(du)(du)檢測采(cai)用M法(fa)測速(su)(su)，在(zai)固(gu)定的(de)(de)時間(jian)(jian)(jian)間(jian)(jian)(jian)隔Ts內(nei)(nei)讀取速(su)(su)度(du)(du)信號(hao)的(de)(de)脈沖(chong)(chong)數(shu)從而計算出轉(zhuan)(zhuan)速(su)(su)的(de)(de)大小。設m1為在(zai)固(gu)定時間(jian)(jian)(jian)間(jian)(jian)(jian)隔Ts內(nei)(nei)讀取速(su)(su)度(du)(du)信號(hao)的(de)(de)脈沖(chong)(chong)數(shu)，P為電機光電編(bian)碼器每轉(zhuan)(zhuan)輸出的(de)(de)脈沖(chong)(chong)數(shu)，在(zai)時間(jian)(jian)(jian)Ts內(nei)(nei)共(gong)發出m1個脈沖(chong)(chong)，其速(su)(su)度(du)(du)為：。

串行(xing)通(tong)信(xin)模(mo)塊(kuai)數據(ju)傳送利用RS指(zhi)令，其(qi)與工控機(ji)進行(xing)串行(xing)通(tong)信(xin)時可以(yi)設置(zhi)(zhi)數據(ju)長度(du)、奇偶(ou)性、波(bo)特率、停(ting)止位(wei)(wei)等。本系統設置(zhi)(zhi)的通(tong)信(xin)數據(ju)長度(du)為(wei)8位(wei)(wei)，采用偶(ou)校(xiao)驗，設置(zhi)(zhi)1為(wei)停(ting)止位(wei)(wei)，通(tong)信(xin)的波(bo)特率為(wei)2400bps。

D/A模(mo)(mo)(mo)塊具(ju)有電(dian)壓輸出(chu)(chu)(chu)(chu)和電(dian)流輸出(chu)(chu)(chu)(chu)兩種形式，電(dian)壓輸出(chu)(chu)(chu)(chu)可選0～10V和0～5V輸出(chu)(chu)(chu)(chu)，本系統選擇(ze)0～10V輸出(chu)(chu)(chu)(chu)控(kong)制(zhi)伺服電(dian)機轉速從0～3000r/min變化。數模(mo)(mo)(mo)轉換(huan)模(mo)(mo)(mo)塊采用FROM，TO指(zhi)令(ling)，其(qi)中FROM控(kong)制(zhi)A/D輸入(ru)，TO控(kong)制(zhi)D/A輸出(chu)(chu)(chu)(chu)，編程指(zhi)令(ling)包含選擇(ze)數模(mo)(mo)(mo)轉換(huan)通道和輸入(ru)輸出(chu)(chu)(chu)(chu)數據存放單元(yuan)，設(she)置數模(mo)(mo)(mo)轉換(huan)命(ming)令(ling)，輸出(chu)(chu)(chu)(chu)或讀入(ru)轉換(huan)結果等。

上位機的編程

在(zai)Windows下用(yong)(yong)(yong)VB實(shi)現串行(xing)(xing)通(tong)(tong)信(xin)有兩(liang)種(zhong)(zhong)方(fang)(fang)法(fa)：一(yi)種(zhong)(zhong)為使(shi)用(yong)(yong)(yong)Windows應(ying)用(yong)(yong)(yong)編程(cheng)接(jie)口(API)。API提供了(le)完備的(de)(de)應(ying)用(yong)(yong)(yong)程(cheng)序(xu)接(jie)口函數(shu)和中(zhong)斷方(fang)(fang)式(shi)的(de)(de)通(tong)(tong)信(xin)設備驅(qu)動程(cheng)序(xu)(Comm.DRV)。另一(yi)種(zhong)(zhong)為使(shi)用(yong)(yong)(yong)VB系(xi)統集(ji)成環境提供的(de)(de)串行(xing)(xing)通(tong)(tong)信(xin)控件(jian)(MSComm)。它包含(han)(han)了(le)Windows API中(zhong)串行(xing)(xing)通(tong)(tong)信(xin)的(de)(de)16個函數(shu)所(suo)完成的(de)(de)功(gong)能，且含(han)(han)有使(shi)用(yong)(yong)(yong)戶設計方(fang)(fang)便(bian)的(de)(de)對象特性。本系(xi)統采用(yong)(yong)(yong)VB系(xi)統集(ji)成環境提供的(de)(de)串行(xing)(xing)通(tong)(tong)信(xin)控件(jian)(MSComm)實(shi)現串行(xing)(xing)通(tong)(tong)信(xin)。MSComm控件(jian)的(de)(de)通(tong)(tong)信(xin)功(gong)能的(de)(de)實(shi)現實(shi)際(ji)上是(shi)調用(yong)(yong)(yong)了(le)API函數(shu)，API函數(shu)是(shi)由Comm.drv解釋并傳。

以上是紡織細紗機伺服控制系統設計案列， 伺(si)服(fu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)的應用(yong)領域就太多了。只要(yao)是(shi)要(yao)有動力(li)源的，而且對精(jing)度有要(yao)求的一般(ban)都可能涉(she)及到伺(si)服(fu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)。如：機(ji)(ji)床、印刷(shua)設備(bei)(bei)、包裝設備(bei)(bei)、紡織設備(bei)(bei)、激(ji)光加工設備(bei)(bei)、機(ji)(ji)器人、自動化生(sheng)產線等。華科星免費提供伺(si)服(fu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)選型與技術支持(chi)！

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