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高速啟停紡織專用細(xì)紗機(jī)伺服控制系統(tǒng)

來源:中國紡織服裝機(jī)械網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間:2015年05月25日

提高伺服控制系統(tǒng)速度的變化率可以提高紡織細(xì)紗機(jī)的生產(chǎn)效率。用一臺(tái)PLC控制兩組伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī),兩臺(tái)電機(jī)啟停時(shí)間錯(cuò)開,通過機(jī)械裝置合成可使速度變化率達(dá)500次/min;系統(tǒng)采用速度反饋控制,利用RS232與上位機(jī)通訊以實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置和監(jiān)控。詳細(xì)介紹了基于PLC紡織細(xì)紗機(jī)伺服控制系統(tǒng)的硬件原理和軟件設(shè)計(jì)方法。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明:該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理,工作可靠,滿足了紡織細(xì)紗機(jī)生產(chǎn)的需要。
細(xì)紗機(jī)是紡織廠的專用設(shè)備,具有前后兩個(gè)輥?zhàn)?。由于前面輥?zhàn)拥乃俣缺群竺孑佔(zhàn)涌?,從前輥?zhàn)舆M(jìn)去的粗紗在兩個(gè)輥?zhàn)又g得到拉延,從后面輥?zhàn)虞敵龅募喚妥兗?xì)了?;ㄊ郊啿皇蔷鶆虼旨?xì),而是粗細(xì)相間。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。本文設(shè)計(jì)了一套機(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),通過控制系統(tǒng)使其頻繁啟??刂?。目前永磁同步電機(jī)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)?。如伺服電機(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。
作者設(shè)計(jì)了一套驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng),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。
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。
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。
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0~1
0V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WindowsAPI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解釋并傳送給設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序執(zhí)行的,對(duì)于VB開發(fā)者只需知道MSComm控制的屬性和事件的用法即可以實(shí)現(xiàn)串行口的通信操作。
上位機(jī)與PLC之間通信參數(shù)包含伺服電機(jī)速度、開停頻率等信息,所以必須要有一個(gè)標(biāo)識(shí)字節(jié)用于區(qū)分傳送信息的類型。同時(shí)考慮到傳輸中可能出錯(cuò),再增加一個(gè)檢驗(yàn)字節(jié)。所以本文中兩機(jī)之間通訊協(xié)議為每傳一次含括5幀,它們分別是:
1、標(biāo)識(shí)字節(jié),用于分辮所傳信息的種;2、所傳信息16位二進(jìn)制碼的低位字節(jié);3、所傳信息16位二進(jìn)制碼的高位字節(jié);4、校驗(yàn)字節(jié),為前3個(gè)字節(jié)的異或值;5、結(jié)束位,表明此次數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。
每一幀包括:1位起始位、8位有效數(shù)據(jù)位、1位奇偶校驗(yàn)位、1位停止位。
根據(jù)以上分析,本文成功設(shè)計(jì)了一套基于PLC控制和工控機(jī)監(jiān)控的紡織專用細(xì)紗機(jī)控制系統(tǒng),并成功應(yīng)用于某紡織廠的生產(chǎn)線中。工控機(jī)通過PLC串行通信監(jiān)測(cè)的伺服電機(jī)啟制動(dòng)時(shí)速度的變化曲線。2個(gè)月成功運(yùn)行表明,該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、工作可靠。

結(jié)論
本段設(shè)計(jì)了一套
基于PLC控制和工控機(jī)監(jiān)控的紡織專用細(xì)紗機(jī)控制系統(tǒng),系統(tǒng)利用差動(dòng)齒輪系和兩套伺服電機(jī)設(shè)計(jì)的后輥?zhàn)铀俣茸兓l率可達(dá)500次/min,滿足了細(xì)紗機(jī)生產(chǎn)的需要。同時(shí)利用工控機(jī)通過串行通信對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置和監(jiān)測(cè),運(yùn)行表明,該系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、工作可靠。


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