一種應用於空氣包覆紗機的單錠單控控制系統及控制方法
2023-05-07 02:13:06
一種應用於空氣包覆紗機的單錠單控控制系統及控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種應用於空氣包覆紗機的單錠單控控制系統，包括上位機、分布式控制器和執行系統；本發明還公開了一種應用於空氣包覆紗機的單錠單控控制系統的控制方法，包括以下步驟：1、上位機設置工藝參數並發給分布式控制器；2、判斷是否有數據；3、計算各個電機轉速；4、把捲筒夾在夾臂上；5、啟動運轉開關；6、監測電機運轉是否正常或紗線是否斷掉；7、啟動監紗開關；8、判斷擺梭是否在零位；9、監測監紗傳感器工作是否正常；10、計算紗線厚度；11、計算擺梭動程和直流伺服電機速度；12、判斷脈衝數是否到達預設值；13、當紗線繞滿時更換捲筒，執行步驟1至12。具有精度高和生產效率高等優點。
【專利說明】一種應用於空氣包覆紗機的單錠單控控制系統及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種紡織行業空氣包覆紗機技術，特別涉及一種應用於空氣包覆紗機的單錠單控控制系統及控制方法。
【背景技術】
[0002]空氣包覆紗機是一種紗線加工機器，它把從氨綸餵入裝置中輸送出來的氨綸以一定的牽伸比與無捻長絲(錦綸/滌綸DTY)經過空氣包覆裝置在壓縮空氣作用下網絡包纏，使兩根或更多根具有不同物性的纖維交纏形成一根紗線——空氣包覆紗。國內現有的空氣包覆紗機大多由普通絡筒機加裝一套簡易的氨綸輸送裝置、網絡噴嘴裝置而成，成本低廉，變換產品品種及更改工藝麻煩，由於結構功能的限制，只能低效生產一些檔次低的或粗旦的空氣包覆紗(如用於牛仔服裝)，生產細旦紗線會出現紗線斷頭多、漏網多、牽伸倍數不均等缺陷。近年來，國內出現一些新型空氣包覆紗機，採用變頻調速技術，減少了工藝齒輪、帶輪等複雜機械結構的困擾，能夠生產一些高品質的細旦空氣包覆紗線。但都屬於集中控制型，一臺機器多個錠位只能以一種工藝生產一個品種，無法滿足廠家的小批量、多品種和高技術含量的柔性化生產要求。因此，現有技術的缺點與不足主要如下:
[0003]1.現在的空氣包覆紗機的控制系統都屬於集中控制型，一臺機器多個錠位只能以一種工藝生產一個品種，無法滿足廠家的小批量、多品種和高技術含量的柔性化生產要求。
[0004]2.生產效率低，控制精度不高，生產細旦紗線會出現紗線斷頭多、漏網多、牽伸倍數不均等缺陷。
【發明內容】
[0005]本發明的首要目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種應用於空氣包覆紗機的單錠單控控制系統，該控制系統使用靈活，成本低，生產效率高，適合柔性化生產。
[0006]本發明的另一目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種控制應用於空氣包覆紗機的單錠單控控制系統的控制方法，該控制方法實用性強，高效準確。
[0007]本發明的首要目的通過下述技術方案實現:一種應用於空氣包覆紗機的單錠單控控制系統，包括:上位機、分布式控制器和執行系統；
[0008]所述執行系統包括:變頻器、交流電機、步進電機、步進電機驅動器、交流伺服電機、交流伺服電機驅動器、直流伺服電機、直流伺服電機驅動器、感絲器、編碼器、接近開關、氣路開關及和網絡噴嘴；
[0009]所述的上位機與分布式控制器的一端相連接，所述的變頻器的一端、步進電機驅動器的一端、交流伺服電機驅動器的一端、直流伺服電機驅動器的一端、感絲器、接近開關、編碼器和氣路開關的一端均與分布式控制器的另一端相連接；所述的變頻器的另一端與交流電機相連接；所述的步進電機驅動器的另一端與步進電機相連，用於驅動步進電機；所述交流伺服電機驅動器的另一端與交流伺服電機相連，用於驅動交流伺服電機；所述直流伺服電機驅動器的另一端與直流伺服電機相連，用於驅動直流伺服電機；所述氣路開關的另一端與網絡噴嘴相連接。
[0010]上位機發出控制信號並控制空氣包覆紗機將控制信號發送給分布式控制器，所述控制信號中具有工藝參數，分布式控制器根據工藝參數計算出交流電機、交流伺服電機、直流伺服電機和步進電機的轉速，當捲筒上繞制的紗線增多時，夾臂向上旋轉的角度增大；通過固定在夾臂軸的編碼器將夾臂旋轉的角度值傳送回分布式控制器，分布式控制器通過編碼器的返回值重新計算直流伺服電機轉速；如果在包覆紗線過程中出現紗線斷掉或擺梭超過左右極限，監紗傳感器和左右極限傳感器將信號發送給分布式控制器，分布式控制器停止交流電機、交流伺服電機、直流伺服電機和步進電機運轉。
[0011]所述的空氣包覆紗機單錠單控控制系統連接有觸控螢幕，觸控螢幕作為系統的上位機，可以設置繞制紗線的工藝參數，還可以查看紗線繞制的進度，查看系統報錯。
[0012]所述的觸控螢幕與分布式控制器通過RS485總線連接，所述的觸控螢幕與分布式控制器通過Modbus協議進行通信。
[0013]所述的空氣包覆紗機單錠單控控制系統還連接了卷繞機構和排線機構。卷繞機構是由直流伺服電機，同步輪，同步帶組成；排線機構是由直流伺服電機，鋼絲輪，導絲輪，鋼絲繩，擺梭組成。所述的卷繞機構就是通過直流伺服電機通過同步輪同步帶帶動捲筒捲動。所述的排線機構就是通過交流伺服電機通過鋼絲繩帶動擺梭來回擺動實現排線功能。分布式控制器通過控制直流伺服電機和交流伺服電機，所述的直流伺服電機帶動捲筒捲動，所述的交流伺服電機帶動擺梭來回擺動從而進行繞線。所述的感絲器就是用來監視紗線是否斷掉，如果紗線斷掉，則報警並使設備停止運轉。所述的接近開關是安裝在排線機構上，用來限制擺梭來回運轉範圍，如果超出限位，則整個設備停止運轉。
[0014]本發明的另一目的通過以下技術方案實現:一種控制應用於空氣包覆紗機的單錠單控控制系統的控制方法，包括以下步驟:
[0015](I)上位機觸控螢幕設置空氣包覆紗機的工藝參數，依據RS485總線，Modbus協議將數據發送到分布式控制器，如果分布式控制器收到上位機發送的數據，則執行步驟(3)，否則執行步驟(I)，上位機重新發送數據。
[0016](2)分布式控制器查看自己是否收到上位機發送過來的數據，如果收到則執行步驟(3)，否則執行步驟(I)。
[0017](3)根據上位機發送過來空氣包覆紗機的工藝參數，分布式控制器計算出電機Vl—V4，交直流伺服電機、直流伺服電機和步進電機的轉速。
[0018](4)繞線前一些手動的操作，將紗線以退繞的方向在牽伸輥、主包覆輥和捲筒上繞八圈，經過監紗傳感器，把捲筒裝在夾臂上。
[0019](5)啟動運轉開關。
[0020](6)運轉一段時間後查看各個電機是否運轉正常，繞制的紗線是否有斷絲。如果紗線斷絲則執行步驟(4)，否則執行步驟(7)。
[0021](7)啟動監紗開關。
[0022](8)擺梭是否在零位，如果在零位，則交流電機，交流伺服電機，直流伺服電機一起啟動，如果不在零位，其他電機不啟動，只有交流伺服電機以低速運轉到零位。然後交流電機，交流伺服電機，直流伺服電機按設定的速度一起啟動。
[0023](9)在繞線過程中檢測監紗傳感器工作是否正常，如果正常則執行步驟(10)，否則執行步驟(4)。
[0024](10)根據夾臂旋轉的角度，通過固定在夾臂軸上的編碼器測量夾臂旋轉的角度，根據測量出夾臂旋轉的角度計算出繞制捲筒上紗線的厚度。
[0025](11)把編碼器測量的脈衝數反饋到分布式控制器，然後分布式控制器計算出擺梭的動程以及直流伺服電機的速度，所述編碼器固定在夾臂旋轉軸上。
[0026](12)分布式控制器判斷編碼器測量的角度是否到達預設值，如果達到，則執行步驟(13)，否則執行步驟(11)。
[0027](13)當捲筒上紗線已經繞滿時，打開夾具，換一個新的捲筒。重複執行步驟(I)到(12)。
[0028]所述的空氣包覆紗機包括:牽伸輥、主包覆輥、夾具、左極限傳感器、零點傳感器、導絲輪、鋼絲繩、鋼絲輪、交流伺服電機、擺梭、捲筒、右極限傳感器、同步輪、同步帶、直流伺服電機、感絲器、編碼器、夾臂軸和夾臂；鋼絲輪上纏繞有鋼絲繩，鋼絲繩與導絲輪活動連接，所述導絲用於支撐鋼絲繩，所述鋼絲繩上固定有擺梭，交流伺服電機與鋼絲輪固定連接，交流伺服電機的正反轉帶動擺梭的左右運動；編碼器固定在夾臂軸上，夾臂的一端鉸接在夾臂軸上，夾臂的上擺帶動夾臂軸轉動，從而帶動編碼器的轉動。
[0029]本發明的控制原理:上位機首先根據包覆紗線的要求設定工藝參數，將數據發送給分布式控制器，分布式控制器單獨控制自己那一錠，即每錠開發出分布式控制器負責相應錠位的啟停，工藝參數調整和斷紗報警接駁，且具備防凸邊，防疊繞，紗線上油等功能，根據捲筒上繞線的厚度，通過編碼器測量繞線的厚度，然後將數據返回到分布式控制器，分布式控制器對直流伺服電機的轉速做一定的調整。對交流伺服電機轉過的角度作一些調整，以達到所需繞制紗線要求。在繞制紗線的過程中有監紗傳感器可以檢測紗線是否斷掉；本發明將集中式的錠位控制改為分布式的單錠單控，增強的機器的通用擴展性，提高了靈活性和數據處理的速度，保證每一錠位能夠獨立、高效和高品質地生產。
[0030]本發明相對於現有技術具有如下的優點及效果:
[0031]1、本法明採用分布式控制，每錠開發出分布式控制器，由它負責錠位的啟停，工藝參數調整和斷紗報警接駁，且具備防凸邊，防疊繞，紗線上油等功能，將集中式的錠位控制改為分布式的單錠單控，增強的機器的通用擴展性，提高了靈活行和數據處理的速度，保證每一澱位能夠獨立，聞效和聞品質生廣。
[0032]2、使用靈活，實用性強，高效準確，成本低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1是本發明空氣包覆紗機單錠單控控制系統的原理圖。
[0034]圖2是本發明空氣包覆紗機單錠單控控制系統執行系統的框圖。
[0035]圖3是本發明空氣包覆紗機單錠單控控制系統的程序流程圖。
[0036]圖4空氣包覆紗機機械零件相對位置分布圖。
[0037]圖5空氣包覆紗機卷繞機構零件相對位置右側圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。
[0039]實施例
[0040]如圖1所示，空氣包覆紗機單錠單控控制系統，包括觸控螢幕和分布式控制器，觸控螢幕與48個分布式控制器相連，每個分布式控制器連接一個執行系統，如圖2所示，所述執行系統包括:四個變頻器:變頻器V1、變頻器V2、變頻器V3和變頻器V4，四個交流電機:交流電機V1、交流電機V2、交流電機V3和交流電機V4，一個步進電機驅動器，一個步進電機，一個交流伺服電機驅動器，一個交流伺服電機，一個直流伺服電機驅動器，一個直流伺服電機一個直流伺服電機驅動器，兩個感絲器，一個編碼器，三個接近開關，一個網絡噴嘴和一個氣路開關。
[0041]所述的觸控螢幕分別與每一錠的分布式控制器相連接。所述的分布式控制器分別與四個變頻器，一個步進電機驅動器，一個交流伺服電機驅動器，一個直流伺服電機驅動器，兩個感絲器，三個接近開關，一個編碼器相連接。所述的四個變頻器分別控制四個交流電機。所述的步進電機驅動器與步進電機相連。所述的交流伺服電機驅動器與交流伺服電機相連。所述的直流伺服電機驅動器與直流伺服電機相連。
[0042]所述的空氣包覆紗機單錠單控控制系統連接有觸控螢幕，觸控螢幕作為系統的上位機，用於設置繞制紗線的工藝參數，還用於查看紗線繞制的進度和系統報錯。
[0043]所述的觸控螢幕與分布式控制器通過RS485總線連接，所述的觸控螢幕與分布式控制器通過Modbus協議進行通信。
[0044]所述的空氣包覆紗機單錠單控控制系統還連接了卷繞機構和排線機構。所述的卷繞機構就是由直流伺服電機、同步輪同步帶組成。所述的排線機構就是由交流伺服電機、鋼絲繩、擺梭、導絲輪組成。控制系統通過控制直流伺服電機帶動捲筒捲動和交流伺服電機帶動擺梭擺動從而到達到繞線的功能。所述的感絲器就是用來監視紗線是否斷掉，如果紗線斷掉，則報警並使設備停止運轉。所述的接近開關是安裝在排線機構上，用來限制擺梭來回運轉範圍，如果超出限位，則整個設停止運轉。
[0045]如圖4和圖5所示,空氣包覆紗機包括:牽伸棍1、主包覆棍2、夾具3、左極限傳感器4、零點傳感器5、導絲輪6、鋼絲繩7、鋼絲輪8、交流伺服電機9、擺梭10、捲筒11、右極限傳感器12、同步輪13、同步帶14、直流伺服電機15、感絲器16、編碼器17、夾臂軸18和夾臂19 ;鋼絲繩7纏繞在鋼絲輪8上經過導絲輪6支撐起鋼絲繩，擺梭10固定在鋼絲繩上，交流伺服電機9與鋼絲輪8剛性連接，交流伺服電機9的正反轉帶動擺梭10的左右運動。編碼器17固定在夾臂軸18上，夾臂19的一端鉸接在夾臂軸18上，夾臂上擺帶動夾臂軸18的捲動，從而帶動編碼器17的轉動，空氣包覆紗機中其它零件的連接關係見圖4和圖5。
[0046]如圖3所示，一種控制應用於空氣包覆紗機的單錠單控控制系統的控制方法，包括以下步驟:
[0047](I)上位機觸控螢幕設置空氣包覆紗機的工藝參數，依據RS485總線，Modbus協議將工藝參數的數據發送到分布式控制器，如果分布式控制器收到上位機發送的工藝參數數據，則執行步驟(3 )，否則，執行步驟(I)，上位機重新發送工藝參數數據；
[0048](2)分布式控制器查看自己是否收到上位機發送過來的工藝參數的數據，如果收到則執行步驟(3)，否則，執行步驟(I)；
[0049](3)根據上位機發送過來空氣包覆紗機的工藝參數，分布式控制器計算出交流電機V1-V4、交流伺服電機、直流伺服電機以及步進電機的轉速；
[0050](4)繞線前一些手動的操作，將紗線以退繞的方向在牽伸輥、主包覆輥和捲筒上繞八圈，經過監紗傳感器，並把捲筒裝夾在夾臂上；
[0051](5)啟動運轉開關；
[0052](6)運轉一段時間後查看各個電機是否運轉正常，繞制的紗線是否有斷絲。如果紗線斷絲則執行步驟(4)，否則，執行步驟(7)；
[0053](7)啟動監紗開關；
[0054](8)擺梭是否在零位，如果在零位，則交流電機，交流伺服電機，直流伺服電機以及步進電機一起啟動，如果不在零位，其他電機不啟動，只有交流伺服電機以低速運轉到零位。然後交流電機，交流伺服電機，直流伺服電機以及步進電機一起以原來設置的速度運轉;
[0055](9)在繞線過程中檢測監紗傳感器工作是否正常，如果正常則執行步驟(10)，否貝U，執行步驟(4);
[0056](10)通過固定在夾臂軸上的編碼器測量夾臂旋轉的角度，根據測量出夾臂旋轉的角度計算出繞制捲筒上紗線的厚度；
[0057](11)把編碼器測量的脈衝數反饋到分布式控制器，然後分布式控制器計算出擺梭的動程以及直流伺服電機的速度，所述編碼器固定在夾臂旋轉軸上；
[0058](12)分布式控制器判斷編碼器測量的脈衝數是否到達預設值，如果達到，則執行步驟(13)，否則，執行步驟(11);
[0059](13)當捲筒上紗線繞滿時，打開夾具，更換捲筒，再執行步驟(I)至(12)。
[0060]上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種應用於空氣包覆紗機的單錠單控控制系統，其特徵在於，包括:上位機、分布式控制器和執行系統； 所述執行系統包括:變頻器、交流電機、步進電機、步進電機驅動器、交流伺服電機、交流伺服電機驅動器、直流伺服電機、直流伺服電機驅動器、感絲器、編碼器、接近開關、氣路開關及和網絡噴嘴； 所述的上位機與分布式控制器的一端相連接，所述的變頻器的一端、步進電機驅動器的一端、交流伺服電機驅動器的一端、直流伺服電機驅動器的一端、感絲器、接近開關、編碼器和氣路開關的一端均與分布式控制器的另一端相連接；所述的變頻器的另一端與交流電機相連接；所述的步進電機驅動器的另一端與步進電機相連，用於驅動步進電機；所述交流伺服電機驅動器的另一端與交流伺服電機相連，用於驅動交流伺服電機；所述直流伺服電機驅動器的另一端與直流伺服電機相連，用於驅動直流伺服電機；所述氣路開關的另一端與網絡噴嘴相連接； 上位機發出控制信號並控制空氣包覆紗機將控制信號發送給分布式控制器，所述控制信號中具有工藝參數，分布式控制器根據工藝參數計算出交流電機、交流伺服電機、直流伺服電機和步進電機的轉速，當捲筒上繞制的紗線增多時，夾臂向上旋轉的角度增大；通過固定在夾臂軸的編碼器將夾臂旋轉的角度值傳送回分布式控制器，分布式控制器通過編碼器的返回值重新計算直流伺服電機轉速；如果在包覆紗線過程中出現紗線斷掉或擺梭超過左右極限，監紗傳感器和左右極限傳感器將信號發送給分布式控制器，分布式控制器停止交流電機、交流伺服電機、直流伺服電機和步進電機運轉。
2.根據權利要求1的應用於空氣包覆紗機的單錠單控控制系統，其特徵在於，所述的上位機為觸控螢幕，所述的觸控螢幕用於設置繞制紗線的工藝參數、查看紗線繞制的進度以及查看系統的報錯，所述觸控螢幕與分布式控制器之間通過RS485總線連接，所述觸控螢幕與分布式控制器之間通過Modbus協議進行通信。
3.根據權利要求2所述的應用於空氣包覆紗機的單錠單控控制系統，其特徵在於，所述分布式控制器用於接收觸控螢幕發送的數據、感絲器發送的信號、編碼器發送的信號和接近開關發送的信號，並按需要計算相關數據以及控制變頻器、交流伺服電機驅動器、直流伺服電機驅動器和步進電機驅動器。
4.根據權利要求1所述的應用於空氣包覆紗機的單錠單控控制系統，其特徵在於，所述直流伺服電機通過同步輪同步帶來帶動卷繞結構轉動，所述的卷繞結構為捲筒；所述的編碼器用於測量繞制在捲筒上的包覆紗線的厚度，得到厚度數據，根據測量的厚度數據調節直流伺服電機的卷速；所述的交流伺服電機通過排線結構進行排線，所述排線結構包括鋼絲繩、擺梭、鋼絲輪和導絲輪，所述鋼絲繩帶動擺梭來回擺動；所述分布式控制器控制直流伺服電機和交流伺服電機，通過所述直流伺服電機帶動捲筒捲動和交流伺服電機帶動擺梭左右運動來進行繞線；所述的感絲器用於監視紗線是否斷掉，如果紗線斷掉，則報警，使設備停止運轉；所述的接近開關安裝在排線結構上，用於限制擺梭來回擺動的範圍位於擺幅的限位內，如果擺梭的擺幅超出限位，則設備停止運轉；所述的氣路開關控制網絡噴嘴的啟動與停止，網絡噴嘴用於包覆紗線。
5.一種控制權利要求1所述的應用於空氣包覆紗機的單錠單控控制系統的控制方法，所述的空氣包覆紗機包括:牽伸輥、主包覆輥、夾具、左極限傳感器、零點傳感器、導絲輪、鋼絲繩、鋼絲輪、交流伺服電機、擺梭、捲筒、右極限傳感器、同步輪、同步帶、直流伺服電機、感絲器、編碼器、夾臂軸和夾臂；鋼絲輪上纏繞有鋼絲繩，鋼絲繩與導絲輪活動連接，所述導絲用於支撐鋼絲繩，所述鋼絲繩上固定有擺梭，交流伺服電機與鋼絲輪固定連接，交流伺服電機的正反轉帶動擺梭的左右運動；編碼器固定在夾臂軸上，夾臂的一端鉸接在夾臂軸上，夾臂的上擺帶動夾臂軸轉動，從而帶動編碼器的轉動； 其特徵在於，包括以下步驟: (1)上位機設置空氣包覆紗機的工藝參數，依據RS485、Modbus協議將數據發送到分布式控制器，如果分布式控制器收到發送的工藝參數，則執行步驟(3)，否則，執行步驟(1)，上位機重新發送數據； (2)分布式控制器判斷是否有收到上位機發送過來的數據，如果有收到上位機發送過來的數據，則執行步驟(3 )，否則，執行步驟(1); (3)根據上位機發送的空氣包覆紗機的工藝參數和數據，分布式控制器計算出交流電機的轉速、交直流伺服電機的轉速和步進電機的轉速； (4)將紗線以退繞的方向在牽伸輥、主包覆輥和捲筒上均繞八圈，再經過監紗傳感器，最後把捲筒裝夾在夾臂上； (5)啟動運轉開關； (6)查看各個電機是否運轉正常，繞制的紗線是否有斷掉，如果紗線有斷掉，則執行步驟(4)，否則，執行步驟(7); (7)啟動監紗開關； (8)分布式控制器判斷擺梭是否在零位，如果擺梭在零位，則交流電機、直流伺服電機、交流伺服電機和步進電機一起啟動，如果不在零位，只啟動交流伺服電機以低速運轉到零位；然後交流電機、直流伺服電機、交流伺服電機和步進電機再一起啟動； (9)在繞線過程中檢測監紗傳感器工作是否正常，如果正常，則執行步驟(10)，否則，執行步驟(4)； (10)通過固定在夾臂軸上的編碼器測量夾臂旋轉的角度，根據測量出的夾臂旋轉的角度，計算出繞制捲筒上紗線的厚度； (11)把編碼器測量出的脈衝數反饋到分布式控制器，然後分布式控制器計算出擺梭的動程以及直流伺服電機的速度，所述編碼器固定在夾臂旋轉軸上； (12)分布式控制器判斷編碼器測量出的脈衝數是否到達預設值，如果達到，則執行步驟(13)，否則，執行步驟(11)； (13)當捲筒上紗線繞滿時，打開夾具，更換捲筒，再執行步驟(1)至(12)。
【文檔編號】G05B19/418GK103901853SQ201410124414
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月28日 優先權日:2014年3月28日
【發明者】張鐵, 羅業才, 鄒焱飈 申請人:華南理工大學