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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(pin)繁(fan)啟(qi)停(ting)控(kong)制。目(mu)前(qian)永(yong)磁(ci)同步電(dian)機伺(si)服控(kong)制系(xi)統(tong)最(zui)大(da)啟(qi)停(ting)次(ci)數可達280次(ci)/min。差動(dong)齒輪(lun)系(xi)的(de)(de)輸出端接后(hou)輥(gun)子(zi)。如(ru)伺(si)服電(dian)機不轉，后(hou)輥(gun)子(zi)勻速旋轉，紡出的(de)(de)是普通(tong)紗(sha)(sha)，如(ru)伺(si)服電(dian)機頻(pin)繁(fan)啟(qi)停(ting)，經差動(dong)輪(lun)系(xi)合(he)成(cheng)后(hou)，后(hou)輥(gun)子(zi)速度時(shi)快時(shi)慢，紡出來的(de)(de)就是花式(shi)紗(sha)(sha)了。根(gen)據生(sheng)(sheng)產的(de)(de)需(xu)要，需(xu)要提(ti)高(gao)(gao)細(xi)紗(sha)(sha)機的(de)(de)車速，以提(ti)高(gao)(gao)紡紗(sha)(sha)的(de)(de)生(sheng)(sheng)產率，為(wei)保持(chi)原來花式(shi)細(xi)紗(sha)(sha)粗細(xi)相間的(de)(de)節距，后(hou)輥(gun)子(zi)轉速變(bian)化率需(xu)要提(ti)高(gao)(gao)到500次(ci)/min，要求伺(si)服電(dian)機啟(qi)停(ting)率也要500次(ci)/min。目(mu)前(qian)，國內外生(sheng)(sheng)產的(de)(de)伺(si)服驅動(dong)系(xi)統(tong)難以滿足(zu)要求。
套紡織細紗機伺服控制系統設計案(an)列:采用兩臺(tai)永磁同步電(dian)機伺服系統，每臺(tai)電(dian)機啟停250次/min，兩臺(tai)電(dian)機啟停時(shi)間錯開，通過(guo)機械(xie)裝置(zhi)將其合成(cheng)為500次/min。
齒輪系的設計
差動(dong)齒(chi)輪系(xi)(xi)(xi)的工作原理如(ru)圖1所示，來自(zi)于前(qian)輥子的轉速(su)(su)(su)經過齒(chi)輪減(jian)速(su)(su)(su)后(hou)作為(wei)(wei)(wei)差動(dong)齒(chi)輪系(xi)(xi)(xi)的一(yi)個(ge)(ge)輸(shu)入(ru)，另一(yi)個(ge)(ge)輸(shu)入(ru)由兩臺(tai)伺服(fu)電動(dong)機通過機械合(he)(he)成而成，能(neng)實(shi)現啟(qi)停(ting)500次/min。從圖可(ke)見(jian)，若兩臺(tai)伺服(fu)電動(dong)機不轉，差動(dong)齒(chi)輪系(xi)(xi)(xi)輸(shu)出(chu)到后(hou)輥子的為(wei)(wei)(wei)一(yi)個(ge)(ge)低于前(qian)輥子的均(jun)(jun)勻速(su)(su)(su)度，此時(shi)(shi)細紡(fang)機紡(fang)出(chu)為(wei)(wei)(wei)普(pu)通紗。若兩臺(tai)伺服(fu)電機均(jun)(jun)啟(qi)停(ting)250次/min，且啟(qi)停(ting)時(shi)(shi)間錯開，通過機械合(he)(he)成后(hou)為(wei)(wei)(wei)啟(qi)停(ting)500次/min，此時(shi)(shi)差動(dong)輪系(xi)(xi)(xi)輸(shu)出(chu)到后(hou)輥子的變化速(su)(su)(su)度為(wei)(wei)(wei)500次/min，細紡(fang)機紡(fang)出(chu)為(wei)(wei)(wei)花式紗。
伺服控制系統硬件的設計
在(zai)紡紗過(guo)程中需(xu)要(yao)不斷地改變(bian)紗的(de)粗(cu)細(xi)、紗的(de)長(chang)度和節距(ju)3個參(can)數，要(yao)求伺服電機不斷改變(bian)啟停周期和速度，每種紗常(chang)有300多種變(bian)化組合，參(can)數要(yao)求方(fang)便進行調整，而且工作環境較惡劣，可靠(kao)性要(yao)求高。根據以上(shang)要(yao)求本文選(xuan)擇Mitsubishi的(de)FX2N系列可編(bian)程控制(zhi)器(qi)。
伺服系統電機(ji)采用Mitsubishi的(de)低慣量永磁同步(bu)電機(ji)，其參數為12Nm，22A，2.84KW，3000r/min。兩(liang)套伺服系統的(de)速(su)度控制號(hao)由PLC模(mo)擬量I/O模(mo)塊FX2N-3A 輸出控制，其模(mo)擬電壓為0～10V。A、B兩(liang)套伺服系統的(de)啟停(ting)控制信號(hao)
由PLC擴展的脈沖(chong)輸出(chu)模(mo)塊FX2N-1PG輸出(chu)端控制，其相(xiang)位相(xiang)互錯開。
為了調節(jie)紗的(de)粗細、長度(du)和(he)(he)(he)節(jie)距，PLC需要不斷(duan)檢測前輥(gun)子(zi)(zi)的(de)速度(du)，根據設(she)置(zhi)的(de)參(can)數和(he)(he)(he)檢測的(de)前輥(gun)子(zi)(zi)速度(du)計(ji)算出后(hou)輥(gun)子(zi)(zi)的(de)速度(du)和(he)(he)(he)開(kai)關(guan)頻率。本系統中(zhong)前輥(gun)子(zi)(zi)速度(du)和(he)(he)(he)伺服電(dian)機速度(du)的(de)檢測采用光電(dian)編碼器(qi)，其輸出的(de)脈沖信(xin)號(hao)輸送(song)到(dao)PLC的(de)高速計(ji)數模塊(kuai)FX2N-1HC進(jin)(jin)行(xing)計(ji)數從而得到(dao)前輥(gun)子(zi)(zi)的(de)速度(du)以(yi)計(ji)算伺服電(dian)機速度(du)和(he)(he)(he)開(kai)關(guan)頻率。另外(wai)PLC選用絕緣型RS232C通(tong)訊(xun)用適(shi)配器(qi)與工控(kong)機進(jin)(jin)行(xing)通(tong)訊(xun)，以(yi)實(shi)現參(can)數的(de)設(she)置(zhi)和(he)(he)(he)監控(kong)。工控(kong)機采用研華AWS-825，用VB開(kai)發工控(kong)機的(de)監控(kong)程序(xu)和(he)(he)(he)控(kong)制界(jie)面。
程序設計
速(su)(su)(su)度檢測采用(yong)M法(fa)測速(su)(su)(su)，在(zai)(zai)固(gu)定(ding)的(de)(de)時間(jian)(jian)間(jian)(jian)隔(ge)Ts內(nei)讀取(qu)(qu)速(su)(su)(su)度信(xin)號的(de)(de)脈(mo)沖數從而計算(suan)出(chu)(chu)轉(zhuan)速(su)(su)(su)的(de)(de)大小。設(she)m1為在(zai)(zai)固(gu)定(ding)時間(jian)(jian)間(jian)(jian)隔(ge)Ts內(nei)讀取(qu)(qu)速(su)(su)(su)度信(xin)號的(de)(de)脈(mo)沖數，P為電機(ji)光電編碼器每轉(zhuan)輸(shu)出(chu)(chu)的(de)(de)脈(mo)沖數，在(zai)(zai)時間(jian)(jian)Ts內(nei)共(gong)發出(chu)(chu)m1個脈(mo)沖，其(qi)速(su)(su)(su)度為：。
串行(xing)通信模塊(kuai)數據(ju)傳(chuan)送(song)利用RS指令，其與工控(kong)機進(jin)行(xing)串行(xing)通信時可以設置(zhi)(zhi)數據(ju)長度(du)、奇偶性、波(bo)特率、停止位等。本系統設置(zhi)(zhi)的(de)通信數據(ju)長度(du)為8位，采(cai)用偶校驗，設置(zhi)(zhi)1為停止位，通信的(de)波(bo)特率為2400bps。
D/A模塊具有電壓(ya)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)和(he)電流輸(shu)(shu)出(chu)(chu)兩種形式，電壓(ya)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)可選0～10V和(he)0～5V輸(shu)(shu)出(chu)(chu)，本系統選擇(ze)0～10V輸(shu)(shu)出(chu)(chu)控制伺服電機(ji)轉速從0～3000r/min變化。數(shu)(shu)模轉換模塊采用FROM，TO指令，其(qi)中FROM控制A/D輸(shu)(shu)入(ru)，TO控制D/A輸(shu)(shu)出(chu)(chu)，編程(cheng)指令包含選擇(ze)數(shu)(shu)模轉換通道和(he)輸(shu)(shu)入(ru)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)數(shu)(shu)據存放單元，設置數(shu)(shu)模轉換命令，輸(shu)(shu)出(chu)(chu)或讀入(ru)轉換結果等。
上位機的編程
在(zai)Windows下用(yong)(yong)(yong)(yong)VB實(shi)(shi)現(xian)串(chuan)(chuan)行(xing)通(tong)信(xin)(xin)有兩種方(fang)(fang)法：一(yi)種為使(shi)(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)Windows應用(yong)(yong)(yong)(yong)編程(cheng)接口(API)。API提(ti)供了(le)(le)完(wan)備(bei)的應用(yong)(yong)(yong)(yong)程(cheng)序接口函(han)(han)數(shu)(shu)和中(zhong)斷(duan)方(fang)(fang)式(shi)的通(tong)信(xin)(xin)設備(bei)驅動程(cheng)序(Comm.DRV)。另(ling)一(yi)種為使(shi)(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)VB系(xi)統(tong)集成環(huan)境提(ti)供的串(chuan)(chuan)行(xing)通(tong)信(xin)(xin)控件(MSComm)。它包含了(le)(le)Windows API中(zhong)串(chuan)(chuan)行(xing)通(tong)信(xin)(xin)的16個函(han)(han)數(shu)(shu)所完(wan)成的功能，且含有使(shi)(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)戶設計方(fang)(fang)便的對象特性。本系(xi)統(tong)采(cai)用(yong)(yong)(yong)(yong)VB系(xi)統(tong)集成環(huan)境提(ti)供的串(chuan)(chuan)行(xing)通(tong)信(xin)(xin)控件(MSComm)實(shi)(shi)現(xian)串(chuan)(chuan)行(xing)通(tong)信(xin)(xin)。MSComm控件的通(tong)信(xin)(xin)功能的實(shi)(shi)現(xian)實(shi)(shi)際上是調用(yong)(yong)(yong)(yong)了(le)(le)API函(han)(han)數(shu)(shu)，API函(han)(han)數(shu)(shu)是由Comm.drv解釋并傳(chuan)。
以上是紡織細紗機伺服控制系統設(she)計案列， 伺服(fu)(fu)電機的應用領域就太多了(le)。只(zhi)要是(shi)要有(you)動力源的，而(er)且對精(jing)度有(you)要求的一般都(dou)可(ke)能涉及到伺服(fu)(fu)電機。如(ru)：機床、印刷設(she)備(bei)、包(bao)裝設(she)備(bei)、紡織設(she)備(bei)、激(ji)光加工設(she)備(bei)、機器人、自動化(hua)生產(chan)線等。華(hua)科星免費提供伺服(fu)(fu)電機選型與技術支持！
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