紡織細紗機伺服控制系統(tǒng)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(zhuǎn)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(tǒng)使其頻繁啟停控制。目前永磁同步電機伺服控制系統(tǒng)最大啟停次數(shù)可達280次/min。差動齒輪系的輸出端接后輥子。如伺服電機不轉(zhuǎn),后輥子勻速旋轉(zhuǎn),紡出的是普通紗,如伺服電機頻繁啟停,經(jīng)差動輪系合成后,后輥子速度時快時慢,紡出來的就是花式紗了。根據(jù)生產(chǎn)的需要,需要提高細紗機的車速,以提高紡紗的生產(chǎn)率,為保持原來花式細紗粗細相間的節(jié)距,后輥子轉(zhuǎn)速變化率需要提高到500次/min,要求伺服電機啟停率也要500次/min。目前,國內(nèi)外生產(chǎn)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)難以滿足要求。
套紡織細紗機伺服控制系統(tǒng)設計案列:采用兩臺永磁同步電機伺服系統(tǒng),每臺電機啟停250次/min,兩臺電機啟停時間錯開,通過機械裝置將其合成為500次/min。
齒輪系的設計
差動齒輪系的工作原理如圖1所示,來自于前輥子的轉(zhuǎn)速經(jīng)過齒輪減速后作為差動齒輪系的一個輸入,另一個輸入由兩臺伺服電動機通過機械合成而成,能實現(xiàn)啟停500次/min。從圖可見,若兩臺伺服電動機不轉(zhuǎn),差動齒輪系輸出到后輥子的為一個低于前輥子的均勻速度,此時細紡機紡出為普通紗。若兩臺伺服電機均啟停250次/min,且啟停時間錯開,通過機械合成后為啟停500次/min,此時差動輪系輸出到后輥子的變化速度為500次/min,細紡機紡出為花式紗。
伺服控制系統(tǒng)硬件的設計
在紡紗過程中需要不斷地改變紗的粗細、紗的長度和節(jié)距3個參數(shù),要求伺服電機不斷改變啟停周期和速度,每種紗常有300多種變化組合,參數(shù)要求方便進行調(diào)整,而且工作環(huán)境較惡劣,可靠性要求高。根據(jù)以上要求本文選擇Mitsubishi的FX2N系列可編程控制器。
伺服系統(tǒng)電機采用Mitsubishi的低慣量永磁同步電機,其參數(shù)為12Nm,22A,2.84KW,3000r/min。兩套伺服系統(tǒng)的速度控制號由PLC模擬量I/O模塊FX2N-3A 輸出控制,其模擬電壓為0~10V。A、B兩套伺服系統(tǒng)的啟停控制信號
由PLC擴展的脈沖輸出模塊FX2N-1PG輸出端控制,其相位相互錯開。
為了調(diào)節(jié)紗的粗細、長度和節(jié)距,PLC需要不斷檢測前輥子的速度,根據(jù)設置的參數(shù)和檢測的前輥子速度計算出后輥子的速度和開關頻率。本系統(tǒng)中前輥子速度和伺服電機速度的檢測采用光電編碼器,其輸出的脈沖信號輸送到PLC的高速計數(shù)模塊FX2N-1HC進行計數(shù)從而得到前輥子的速度以計算伺服電機速度和開關頻率。另外PLC選用絕緣型RS232C通訊用適配器與工控機進行通訊,以實現(xiàn)參數(shù)的設置和監(jiān)控。工控機采用研華AWS-825,用VB開發(fā)工控機的監(jiān)控程序和控制界面。
程序設計
速度檢測采用M法測速,在固定的時間間隔Ts內(nèi)讀取速度信號的脈沖數(shù)從而計算出轉(zhuǎn)速的大小。設m1為在固定時間間隔Ts內(nèi)讀取速度信號的脈沖數(shù),P為電機光電編碼器每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù),在時間Ts內(nèi)共發(fā)出m1個脈沖,其速度為:。
串行通信模塊數(shù)據(jù)傳送利用RS指令,其與工控機進行串行通信時可以設置數(shù)據(jù)長度、奇偶性、波特率、停止位等。本系統(tǒng)設置的通信數(shù)據(jù)長度為8位,采用偶校驗,設置1為停止位,通信的波特率為2400bps。
D/A模塊具有電壓輸出和電流輸出兩種形式,電壓輸出可選0~10V和0~5V輸出,本系統(tǒng)選擇0~10V輸出控制伺服電機轉(zhuǎn)速從0~3000r/min變化。數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊采用FROM,TO指令,其中FROM控制A/D輸入,TO控制D/A輸出,編程指令包含選擇數(shù)模轉(zhuǎn)換通道和輸入輸出數(shù)據(jù)存放單元,設置數(shù)模轉(zhuǎn)換命令,輸出或讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果等。
上位機的編程
在Windows下用VB實現(xiàn)串行通信有兩種方法:一種為使用Windows應用編程接口(API)。API提供了完備的應用程序接口函數(shù)和中斷方式的通信設備驅(qū)動程序(Comm.DRV)。另一種為使用VB系統(tǒng)集成環(huán)境提供的串行通信控件(MSComm)。它包含了Windows API中串行通信的16個函數(shù)所完成的功能,且含有使用戶設計方便的對象特性。本系統(tǒng)采用VB系統(tǒng)集成環(huán)境提供的串行通信控件(MSComm)實現(xiàn)串行通信。MSComm控件的通信功能的實現(xiàn)實際上是調(diào)用了API函數(shù),API函數(shù)是由Comm.drv解釋并傳。
以上是紡織細紗機伺服控制系統(tǒng)設計案列, 伺服電機的應用領域就太多了。只要是要有動力源的,而且對精度有要求的一般都可能涉及到伺服電機。如:機床、印刷設備、包裝設備、紡織設備、激光加工設備、機器人、自動化生產(chǎn)線等。華科星免費提供伺服電機選型與技術(shù)支持!
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