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數(shù)字伺服和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)在紡織機(jī)械的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2008/6/2 0:00:00 訪(fǎng)問(wèn)次數(shù):447

  近些年,隨著人們審美意識(shí)增強(qiáng)和生活水平的提高,高檔色織產(chǎn)品愈加受到人們喜愛(ài)。不僅僅真絲綢,化纖絲、人造絲、混紡紗和棉紗等也可采用色絲織造,這就促使紗筒染色工藝在色織行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用。一般紗筒染色前需要將外購(gòu)的坯紗絡(luò)成適合于筒子染色用的“松式筒子”供下道工序用,因此松式精密絡(luò)筒機(jī)的需求日益增加.

  國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的松式絡(luò)筒機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)一般采用單錠集中傳動(dòng)方式,通常包括卷繞、導(dǎo)紗、超喂等幾種運(yùn)動(dòng),采用機(jī)械齒輪和凸輪機(jī)構(gòu)完成,針對(duì)各種紗線(xiàn)不同的絡(luò)筒工藝,設(shè)備調(diào)整比較困難;導(dǎo)紗機(jī)構(gòu)采用的是槽筒和旋轉(zhuǎn)翼片,對(duì)一些高檔紗線(xiàn)易產(chǎn)生損傷;同時(shí)由于采用的是機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu),卷繞速度不高。目前國(guó)外這種松式絡(luò)筒機(jī)已經(jīng)完全采用基于電子齒輪和電子凸輪的全數(shù)碼卷繞結(jié)構(gòu),即單錠獨(dú)立傳動(dòng);卷繞、橫動(dòng)導(dǎo)紗、紗線(xiàn)超喂、張力補(bǔ)償均采用單獨(dú)電機(jī)控制,各電機(jī)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系可通過(guò)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行描述,靈活應(yīng)對(duì)各種特性的紗線(xiàn)卷繞工藝的需要;橫動(dòng)導(dǎo)紗采用的是“導(dǎo)紗器”,即俗稱(chēng)的“兔子頭”,對(duì)紗線(xiàn)的損傷很小,特別適用于高檔色織紗線(xiàn)的卷繞;另外由于各電機(jī)在機(jī)械上沒(méi)有直接的傳動(dòng)連接,輔以高速精密運(yùn)動(dòng)控制軟件算法,可以很方便地實(shí)現(xiàn)高速精密交叉卷繞,絡(luò)紗速度遠(yuǎn)大于機(jī)械式松式絡(luò)筒機(jī),大大提高了絡(luò)紗效率。

  北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司通過(guò)和國(guó)內(nèi)著名紡機(jī)集團(tuán)合作,針對(duì)精密松式絡(luò)筒機(jī)的工藝特點(diǎn),在自身多年伺服和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)積累的基礎(chǔ)上,在國(guó)內(nèi)首次開(kāi)發(fā)成功全面擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速精密松式絡(luò)筒機(jī)電氣控制方案。整個(gè)方案具有良好的性能價(jià)格比,大大提升了國(guó)產(chǎn)松式絡(luò)筒機(jī)的自動(dòng)化水平,主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)外同類(lèi)設(shè)備的水平。

系統(tǒng)控制方案簡(jiǎn)介

  以單錠控制為例,系統(tǒng)控制方案原理如圖一所示,橫動(dòng)電機(jī)軸連接一個(gè)鋼絲輪,通過(guò)鋼絲輪的正反旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)緊固在鋼絲上導(dǎo)紗器左右移動(dòng),實(shí)現(xiàn)紗線(xiàn)的橫動(dòng)排線(xiàn)運(yùn)動(dòng);卷繞電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)紗筒旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)紗線(xiàn)的卷繞運(yùn)動(dòng),上述橫動(dòng)和卷繞兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成后即表現(xiàn)為紗線(xiàn)以螺旋線(xiàn)的形狀來(lái)回卷繞在紗筒表面。張力補(bǔ)償電機(jī)和超喂電機(jī)則主要用于控制紗線(xiàn)卷繞過(guò)程中的張力。

  本方案中橫動(dòng)導(dǎo)紗電機(jī)采用了一臺(tái)經(jīng)過(guò)獨(dú)特設(shè)計(jì)的超小慣量伺服電機(jī),卷繞和超喂電機(jī)采用的也是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)定制的高速無(wú)刷直流電機(jī),張力電機(jī)采用了一臺(tái)普通步進(jìn)電機(jī)。圖中的“單錠控制驅(qū)動(dòng)器”是和利時(shí)電機(jī)公司在自有開(kāi)發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)器的基礎(chǔ)上,嵌入了精密絡(luò)筒機(jī)高速電子導(dǎo)紗運(yùn)動(dòng)控制算法、卷繞無(wú)刷電機(jī)速度控制和紗線(xiàn)張力控制策略的專(zhuān)用型電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,功能齊全,通過(guò)鍵盤(pán)或通信方式調(diào)整“單錠控制驅(qū)動(dòng)器”內(nèi)部存儲(chǔ)器參數(shù)可以方便設(shè)置紗線(xiàn)卷繞成形的幾何參數(shù)(滿(mǎn)筒直徑,收邊幅度等),卷繞的線(xiàn)速度,卷繞比,往復(fù)動(dòng)程長(zhǎng)度,紗筒硬邊修整的差動(dòng)幅度、差動(dòng)周期、差動(dòng)凸輪曲線(xiàn)等各項(xiàng)工藝參數(shù),同時(shí)具備rs232、rs485、can總線(xiàn)三種通信接口,可以很方便完成多錠聯(lián)網(wǎng)控制,完全實(shí)現(xiàn)柔性化數(shù)碼卷繞。主要技術(shù)參數(shù)列舉如下:
  
  可實(shí)現(xiàn)精密卷繞和數(shù)控分層卷繞兩種功能;

  卷繞比控制范圍2.000~12.000;

  橫動(dòng)伺服電機(jī)換向加速度高達(dá)8000r/s2,往復(fù)頻率最大為800次/分鐘,即每分鐘1600次換向;

  橫動(dòng)伺服電機(jī)具備動(dòng)程自動(dòng)找零功能,無(wú)需外接零位傳感器;

  內(nèi)嵌有卷繞、超喂和張力補(bǔ)償三個(gè)電機(jī)的控制功能,可與變頻器、直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器方便接口,實(shí)現(xiàn)卷繞電機(jī)、超喂電機(jī)和張力補(bǔ)償電機(jī)的控制;

  具備空筒直徑校準(zhǔn)功能;

  多種實(shí)時(shí)參數(shù)顯示,如實(shí)際線(xiàn)速度、紗筒直徑、往復(fù)頻率等;

  多種故障保護(hù)措施,如參數(shù)異常、電機(jī)超速、動(dòng)程超差、硬件故障等;

  實(shí)時(shí)工作參數(shù)具備掉電保護(hù)功能,如卷繞長(zhǎng)度、卷繞直徑等;

橫動(dòng)伺服電機(jī)控制簡(jiǎn)介
  
  為了保證紗筒具備良好的染色性能,需要從開(kāi)始卷繞到滿(mǎn)筒之間任何直徑點(diǎn)上,筒子上的紗線(xiàn)在空間上成立體交叉,彼此都不平行,保證每層紗線(xiàn)沒(méi)有重疊,就是說(shuō)需要對(duì)紗筒的卷繞比進(jìn)行精密控制。所謂卷繞比,就是橫動(dòng)導(dǎo)紗鉤每往復(fù)一次,紗筒卷繞的圈數(shù)。交叉卷繞有傳統(tǒng)的槽筒卷繞(任意卷繞)、恒定卷繞比精密卷繞、數(shù)控分層卷繞三種形式,本方案主要實(shí)現(xiàn)了恒定卷繞比精密交叉卷繞和數(shù)控分層卷繞兩種功能。
  
  為了實(shí)現(xiàn)精密交叉卷繞,“單錠控制驅(qū)動(dòng)器”通過(guò)實(shí)時(shí)采集卷繞電機(jī)反饋編碼器脈沖信號(hào)計(jì)算其實(shí)時(shí)速度,根據(jù)精密卷繞工藝要求,用獨(dú)特?cái)?shù)控算法得出橫動(dòng)伺服電機(jī)的速度給定指令,以保證橫動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速與卷繞電機(jī)轉(zhuǎn)速按照卷繞比的定義保持一定關(guān)系,讓紗線(xiàn)以空間螺旋線(xiàn)的形狀往復(fù)繞在紗筒上。通過(guò)精密控制卷繞比,往復(fù)卷繞的紗線(xiàn)彼此交叉,不重疊,也就是說(shuō)巧妙采用電子齒輪和電子凸輪取代機(jī)械齒輪和凸輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)紗筒的精密卷繞。
  
  為了實(shí)現(xiàn)精密卷繞的高速性能,需要橫動(dòng)伺服電機(jī)在

  近些年,隨著人們審美意識(shí)增強(qiáng)和生活水平的提高,高檔色織產(chǎn)品愈加受到人們喜愛(ài)。不僅僅真絲綢,化纖絲、人造絲、混紡紗和棉紗等也可采用色絲織造,這就促使紗筒染色工藝在色織行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用。一般紗筒染色前需要將外購(gòu)的坯紗絡(luò)成適合于筒子染色用的“松式筒子”供下道工序用,因此松式精密絡(luò)筒機(jī)的需求日益增加.

  國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的松式絡(luò)筒機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)一般采用單錠集中傳動(dòng)方式,通常包括卷繞、導(dǎo)紗、超喂等幾種運(yùn)動(dòng),采用機(jī)械齒輪和凸輪機(jī)構(gòu)完成,針對(duì)各種紗線(xiàn)不同的絡(luò)筒工藝,設(shè)備調(diào)整比較困難;導(dǎo)紗機(jī)構(gòu)采用的是槽筒和旋轉(zhuǎn)翼片,對(duì)一些高檔紗線(xiàn)易產(chǎn)生損傷;同時(shí)由于采用的是機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu),卷繞速度不高。目前國(guó)外這種松式絡(luò)筒機(jī)已經(jīng)完全采用基于電子齒輪和電子凸輪的全數(shù)碼卷繞結(jié)構(gòu),即單錠獨(dú)立傳動(dòng);卷繞、橫動(dòng)導(dǎo)紗、紗線(xiàn)超喂、張力補(bǔ)償均采用單獨(dú)電機(jī)控制,各電機(jī)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系可通過(guò)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行描述,靈活應(yīng)對(duì)各種特性的紗線(xiàn)卷繞工藝的需要;橫動(dòng)導(dǎo)紗采用的是“導(dǎo)紗器”,即俗稱(chēng)的“兔子頭”,對(duì)紗線(xiàn)的損傷很小,特別適用于高檔色織紗線(xiàn)的卷繞;另外由于各電機(jī)在機(jī)械上沒(méi)有直接的傳動(dòng)連接,輔以高速精密運(yùn)動(dòng)控制軟件算法,可以很方便地實(shí)現(xiàn)高速精密交叉卷繞,絡(luò)紗速度遠(yuǎn)大于機(jī)械式松式絡(luò)筒機(jī),大大提高了絡(luò)紗效率。

  北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司通過(guò)和國(guó)內(nèi)著名紡機(jī)集團(tuán)合作,針對(duì)精密松式絡(luò)筒機(jī)的工藝特點(diǎn),在自身多年伺服和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)積累的基礎(chǔ)上,在國(guó)內(nèi)首次開(kāi)發(fā)成功全面擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速精密松式絡(luò)筒機(jī)電氣控制方案。整個(gè)方案具有良好的性能價(jià)格比,大大提升了國(guó)產(chǎn)松式絡(luò)筒機(jī)的自動(dòng)化水平,主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)外同類(lèi)設(shè)備的水平。

系統(tǒng)控制方案簡(jiǎn)介

  以單錠控制為例,系統(tǒng)控制方案原理如圖一所示,橫動(dòng)電機(jī)軸連接一個(gè)鋼絲輪,通過(guò)鋼絲輪的正反旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)緊固在鋼絲上導(dǎo)紗器左右移動(dòng),實(shí)現(xiàn)紗線(xiàn)的橫動(dòng)排線(xiàn)運(yùn)動(dòng);卷繞電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)紗筒旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)紗線(xiàn)的卷繞運(yùn)動(dòng),上述橫動(dòng)和卷繞兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成后即表現(xiàn)為紗線(xiàn)以螺旋線(xiàn)的形狀來(lái)回卷繞在紗筒表面。張力補(bǔ)償電機(jī)和超喂電機(jī)則主要用于控制紗線(xiàn)卷繞過(guò)程中的張力。

  本方案中橫動(dòng)導(dǎo)紗電機(jī)采用了一臺(tái)經(jīng)過(guò)獨(dú)特設(shè)計(jì)的超小慣量伺服電機(jī),卷繞和超喂電機(jī)采用的也是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)定制的高速無(wú)刷直流電機(jī),張力電機(jī)采用了一臺(tái)普通步進(jìn)電機(jī)。圖中的“單錠控制驅(qū)動(dòng)器”是和利時(shí)電機(jī)公司在自有開(kāi)發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)器的基礎(chǔ)上,嵌入了精密絡(luò)筒機(jī)高速電子導(dǎo)紗運(yùn)動(dòng)控制算法、卷繞無(wú)刷電機(jī)速度控制和紗線(xiàn)張力控制策略的專(zhuān)用型電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,功能齊全,通過(guò)鍵盤(pán)或通信方式調(diào)整“單錠控制驅(qū)動(dòng)器”內(nèi)部存儲(chǔ)器參數(shù)可以方便設(shè)置紗線(xiàn)卷繞成形的幾何參數(shù)(滿(mǎn)筒直徑,收邊幅度等),卷繞的線(xiàn)速度,卷繞比,往復(fù)動(dòng)程長(zhǎng)度,紗筒硬邊修整的差動(dòng)幅度、差動(dòng)周期、差動(dòng)凸輪曲線(xiàn)等各項(xiàng)工藝參數(shù),同時(shí)具備rs232、rs485、can總線(xiàn)三種通信接口,可以很方便完成多錠聯(lián)網(wǎng)控制,完全實(shí)現(xiàn)柔性化數(shù)碼卷繞。主要技術(shù)參數(shù)列舉如下:
  
  可實(shí)現(xiàn)精密卷繞和數(shù)控分層卷繞兩種功能;

  卷繞比控制范圍2.000~12.000;

  橫動(dòng)伺服電機(jī)換向加速度高達(dá)8000r/s2,往復(fù)頻率最大為800次/分鐘,即每分鐘1600次換向;

  橫動(dòng)伺服電機(jī)具備動(dòng)程自動(dòng)找零功能,無(wú)需外接零位傳感器;

  內(nèi)嵌有卷繞、超喂和張力補(bǔ)償三個(gè)電機(jī)的控制功能,可與變頻器、直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器方便接口,實(shí)現(xiàn)卷繞電機(jī)、超喂電機(jī)和張力補(bǔ)償電機(jī)的控制;

  具備空筒直徑校準(zhǔn)功能;

  多種實(shí)時(shí)參數(shù)顯示,如實(shí)際線(xiàn)速度、紗筒直徑、往復(fù)頻率等;

  多種故障保護(hù)措施,如參數(shù)異常、電機(jī)超速、動(dòng)程超差、硬件故障等;

  實(shí)時(shí)工作參數(shù)具備掉電保護(hù)功能,如卷繞長(zhǎng)度、卷繞直徑等;

橫動(dòng)伺服電機(jī)控制簡(jiǎn)介
  
  為了保證紗筒具備良好的染色性能,需要從開(kāi)始卷繞到滿(mǎn)筒之間任何直徑點(diǎn)上,筒子上的紗線(xiàn)在空間上成立體交叉,彼此都不平行,保證每層紗線(xiàn)沒(méi)有重疊,就是說(shuō)需要對(duì)紗筒的卷繞比進(jìn)行精密控制。所謂卷繞比,就是橫動(dòng)導(dǎo)紗鉤每往復(fù)一次,紗筒卷繞的圈數(shù)。交叉卷繞有傳統(tǒng)的槽筒卷繞(任意卷繞)、恒定卷繞比精密卷繞、數(shù)控分層卷繞三種形式,本方案主要實(shí)現(xiàn)了恒定卷繞比精密交叉卷繞和數(shù)控分層卷繞兩種功能。
  
  為了實(shí)現(xiàn)精密交叉卷繞,“單錠控制驅(qū)動(dòng)器”通過(guò)實(shí)時(shí)采集卷繞電機(jī)反饋編碼器脈沖信號(hào)計(jì)算其實(shí)時(shí)速度,根據(jù)精密卷繞工藝要求,用獨(dú)特?cái)?shù)控算法得出橫動(dòng)伺服電機(jī)的速度給定指令,以保證橫動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速與卷繞電機(jī)轉(zhuǎn)速按照卷繞比的定義保持一定關(guān)系,讓紗線(xiàn)以空間螺旋線(xiàn)的形狀往復(fù)繞在紗筒上。通過(guò)精密控制卷繞比,往復(fù)卷繞的紗線(xiàn)彼此交叉,不重疊,也就是說(shuō)巧妙采用電子齒輪和電子凸輪取代機(jī)械齒輪和凸輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)紗筒的精密卷繞。
  
  為了實(shí)現(xiàn)精密卷繞的高速性能,需要橫動(dòng)伺服電機(jī)在
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