紡織細(xì)紗機(jī)伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)案列

細(xì)紗機(jī)是紡織廠的專用設(shè)備，要得到粗細(xì)相間的紗，只需讓后輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)速時(shí)快時(shí)慢即可。華科星設(shè)計(jì)一套機(jī)械差動(dòng)齒輪減速箱，減速箱的兩個(gè)輸入：一是前輥?zhàn)油ㄟ^減速齒輪傳動(dòng)后輥?zhàn)拥倪\(yùn)動(dòng);另一是一臺(tái)永磁同步伺服電機(jī)，通過伺服控制系統(tǒng)使其頻繁啟?？刂?。目前永磁同步電機(jī)伺服控制系統(tǒng)最大啟停次數(shù)可達(dá)280次/min。差動(dòng)齒輪系的輸出端接后輥?zhàn)印Ｈ缢欧姍C(jī)不轉(zhuǎn)，后輥?zhàn)觿蛩傩D(zhuǎn)，紡出的是普通紗，如伺服電機(jī)頻繁啟停，經(jīng)差動(dòng)輪系合成后，后輥?zhàn)铀俣葧r(shí)快時(shí)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(xì)紗機(jī)的車速，以提高紡紗的生產(chǎn)率，為保持原來花式細(xì)紗粗細(xì)相間的節(jié)距，后輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速變化率需要提高到500次/min，要求伺服電機(jī)啟停率也要500次/min。目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)難以滿足要求。

套紡織細(xì)紗機(jī)伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)案列:采用兩臺(tái)永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)，每臺(tái)電機(jī)啟停250次/min，兩臺(tái)電機(jī)啟停時(shí)間錯(cuò)開，通過機(jī)械裝置將其合成為500次/min。

齒輪系的設(shè)計(jì)

差動(dòng)齒輪系的工作原理如圖1所示，來自于前輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)速經(jīng)過齒輪減速后作為差動(dòng)齒輪系的一個(gè)輸入，另一個(gè)輸入由兩臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)通過機(jī)械合成而成，能實(shí)現(xiàn)啟停500次/min。從圖可見，若兩臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，差動(dòng)齒輪系輸出到后輥?zhàn)拥臑橐粋€(gè)低于前輥?zhàn)拥木鶆蛩俣?，此時(shí)細(xì)紡機(jī)紡出為普通紗。若兩臺(tái)伺服電機(jī)均啟停250次/min，且啟停時(shí)間錯(cuò)開，通過機(jī)械合成后為啟停500次/min，此時(shí)差動(dòng)輪系輸出到后輥?zhàn)拥淖兓俣葹?00次/min，細(xì)紡機(jī)紡出為花式紗。

伺服控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

在紡紗過程中需要不斷地改變紗的粗細(xì)、紗的長度和節(jié)距3個(gè)參數(shù)，要求伺服電機(jī)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(jìn)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(jī)采用Mitsubishi的低慣量永磁同步電機(jī)，其參數(shù)為12Nm，22A，2.84KW，3000r/min。兩套伺服系統(tǒng)的速度控制號(hào)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?？刂菩盘?hào)

由PLC擴(kuò)展的脈沖輸出模塊FX2N-1PG輸出端控制，其相位相互錯(cuò)開。

為了調(diào)節(jié)紗的粗細(xì)、長度和節(jié)距，PLC需要不斷檢測(cè)前輥?zhàn)拥乃俣?，根?jù)設(shè)置的參數(shù)和檢測(cè)的前輥?zhàn)铀俣扔?jì)算出后輥?zhàn)拥乃俣群烷_關(guān)頻率。本系統(tǒng)中前輥?zhàn)铀俣群退欧姍C(jī)速度的檢測(cè)采用光電編碼器，其輸出的脈沖信號(hào)輸送到PLC的高速計(jì)數(shù)模塊FX2N-1HC進(jìn)行計(jì)數(shù)從而得到前輥?zhàn)拥乃俣纫杂?jì)算伺服電機(jī)速度和開關(guān)頻率。另外PLC選用絕緣型RS232C通訊用適配器與工控機(jī)進(jìn)行通訊，以實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置和監(jiān)控。工控機(jī)采用研華AWS-825，用VB開發(fā)工控機(jī)的監(jiān)控程序和控制界面。

程序設(shè)計(jì)

速度檢測(cè)采用M法測(cè)速，在固定的時(shí)間間隔Ts內(nèi)讀取速度信號(hào)的脈沖數(shù)從而計(jì)算出轉(zhuǎn)速的大小。設(shè)m1為在固定時(shí)間間隔Ts內(nèi)讀取速度信號(hào)的脈沖數(shù)，P為電機(jī)光電編碼器每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)，在時(shí)間Ts內(nèi)共發(fā)出m1個(gè)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(jī)進(jìn)行串行通信時(shí)可以設(shè)置數(shù)據(jù)長度、奇偶性、波特率、停止位等。本系統(tǒng)設(shè)置的通信數(shù)據(jù)長度為8位，采用偶校驗(yàn)，設(shè)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(jī)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(shè)置數(shù)模轉(zhuǎn)換命令，輸出或讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果等。

上位機(jī)的編程

在Windows下用VB實(shí)現(xiàn)串行通信有兩種方法：一種為使用Windows應(yīng)用編程接口(API)。API提供了完備的應(yīng)用程序接口函數(shù)和中斷方式的通信設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(gè)函數(shù)所完成的功能，且含有使用戶設(shè)計(jì)方便的對(duì)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(shí)現(xiàn)串行通信。MSComm控件的通信功能的實(shí)現(xiàn)實(shí)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(xì)紗機(jī)伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)案列， 伺服電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域就太多了。只要是要有動(dòng)力源的，而且對(duì)精度有要求的一般都可能涉及到伺服電機(jī)。如：機(jī)床、印刷設(shè)備、包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、激光加工設(shè)備、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等。華科星免費(fèi)提供伺服電機(jī)選型與技術(shù)支持！

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