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，后輥子勻速旋轉，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，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速從0～3000r/min變化。數(shù)模轉換模塊采用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)模轉換通道和輸入輸出數(shù)據(jù)存放單元，設置數(shù)模轉換命令，輸出或讀入轉換結果等。

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支持！

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