專利名稱:基于雙控模式的固定臺板平網印花機的制作方法
技術領域:
本發明涉及固定臺板平網印花機控制技術,尤其涉及一種基于雙控模式的固定臺板平網印花機。
背景技術:
紡織工業作為國民經濟傳統的支柱產業、重要的民生產業,也是我國在國際競爭中具有比較優勢的產業。2010年,中國紡織品服裝出口額2065億美元,占全球紡織品服裝貿易額的比重超過30%。“十二五”時期,我國紡織工業面臨發達國家在產業鏈高端、發展中國家在產業鏈低端的雙重競爭。“紡織工業十二五規劃”將“提升傳統紡織機械的生產效率和自動控制水平,增強產品可靠性”列入規劃的重點。全球紡織生產中印花產品占11% 13%,印花紡織品的58%由圓網印花機生產,平網印花占28% ;平網印花機以其花回大,·適印大型圖案,對花精度高,花型清晰,既適用于輕、薄織物(如絲綢類),又適合厚、重織物(如毛毯、毛巾被類),而在紡織品印花領域中占有一席之地。平網印花機可再細分為移動/固定式臺板平網印花機,移動(布動)式臺板平網印花機貢獻平網印花份額的8成、余額2成落在固定式臺板平網印花機和人工印花;我國紡織企業購置的大多是移動式臺板平網印花機,其生產效率和自動化程度較固定式臺板平網印花機高。國內市場銷售平網印花機的廠商眾多,國外的有日本TosinJ^i Buser、奧地利zinmler、意大利Reggiani ;國內的有鄭州紡機、上印機、新昌紡機,以及臺灣的奇正、宗龍、佑盛等廠家。廠商的重點是移動式臺板平網印花機,很少甚至完全不顧及固定式臺板平網印花機。無論是瑞士 BUSER公司發明、至今己有70余年歷史的全球首臺自動平網印花機,還是該公司近期推出的e8型平網印花機;奧地利齊瑪(ZIMMR)的magnoprint、西安德高的FSM-B、福建信龍和韓國大銥合作的DHP9900S型平網印花機等,無一例外指向移動式臺板平網印花機。截止2007年,固定式臺板平網印花機的市場容量仍相當有限;取之不盡的廉價熟練工、加上固定式臺板平網印花機自身尚存在諸多技術上的不足,機器PK農民工、農民工勝出;2008年,PK場風云突變!
2008年I月I月,新勞動法實施,勞動力成本上升了 1(Γ20%;其后勞動力成本呈持續增長態勢,2012年I月I月的勞動力成本是4年前的2. 5倍,廉價勞動力的時代從此宣告終結;2012年3月,杭州地區的臺板平網印花工月薪己突破3000大關;目前印花工的月薪仍處在逐月攀升的通道之中。2009年,凸現的民工荒使平網印花工的招聘陷入困境;隨著80后農民工取代父輩逐漸成為農民工的主力,新生代農民工有別于父輩的最大不同點是更關注自身的發展和價值,追求有尊嚴的工作與生活,而不僅僅是賺錢養家。印花工每個工班要步行4. 5km,卸下、裝上5. 5kg嵌鑲鏤空花紋篩網的網框500次,奮力刮印2000次;總之,人工印花的工作單調枯燥、繁重乏味。勿庸置疑這份差亊不會落入80后農民工的法眼成為“有尊嚴的工作與生活”,從而導致招聘平網印花工生力軍的工作陷入絕境;偶有80后農民工進入這一行,淺嘗輒止,或“打醬油”或成“浮云”;孤獨的守望者幾乎清一色為奔50的老一代農民工。固定式臺板平網印花業到了“最危險的時刻”一后繼乏人!敢問固定式臺板平網印花業的“路在何方”?路在技術創新。固定式臺板平網印花機的關鍵技術之一是滿足印花工藝要求的高對花精度,巡航導彈的設計理念為本發明揭示了問題的解決之道。對比V2火箭,人們驚奇的發現巡航導彈的慣性導航儀精度在V2之下,而導航精度卻遠在V2之上;奧妙就在巡航導彈的動態校準技術一巡航導彈飛行過程中實時獲取GPS定位信息修正航線,或根據電子地圖的地標定點修正航線。本發明提出簡化版的動態校準解決方案一在臺車一個花回的移動末端進行一次位置校準一位移(置)脈沖計數器預置末端位移值,即清除臺車該花回移動末端前的誤差,類似巡航導彈的地標定點修正,滿足印花工藝的高對花精度要求。鑒于我國的固定式臺板平網印花機生產廠商,以及使用該產品的印染廠商多為中小型企業,因此固定式臺板平網印花機的設計必須遵循以下準則
I、固定式臺板平網印花機的生產、安裝和調試,技術門檻須適中;日常的保養和使用要簡單快捷。2、固定式臺板平網印花機需借鑒圓網印花機、移動式臺板平網印花機的最新技術成果,占據技術制高點;而不拘泥于傳統的純機械或普通電機解決方案。 3、綜合應用微電子、控制等領域的研究成果,實現高品質印花產品的高效生產。固定式臺板平網印花機的研究成果相對匱乏,本發明旨在補上這一課。較有代表性的知識產權成果綜述如下
I、發明專利“移動式全自動平網印花機”(ZL99111736. O ),提出采用電動機輸出動力經蝸桿、蝸輪減速傳遞給凸輪控制機構、行程升降機構、正反刮印機構的平網印花機機械式自動化解決方案。2、發明專利“一種基于手工臺板的平網印花裝置”(ZL200710018269. 2),提出一種基于手工臺板的平網印花裝置,平網印花機設置在手工臺板上方,位于印花機座的底部安裝有行走輪,行走輪設置在軌道上,軌道沿手工臺板的長度方向架設。上述有益探索,提出了固定式臺板平網印花機純機械或普通電機解決方案,有一定的參考價值,但探索成果仍存在局限技術相對陳舊、效能有限、且高精度對花技術缺位;因此,有必要在現有研究成果基礎上作深入的研究與創新。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足,借鑒電梯行業的“理想速度曲線”、以及用于臺車一個花回末端位置處的“預減速度值”修正的“理想速度曲線”,在分層協同體系的印花機控制系統硬件平臺上,提供一種基于雙控模式的固定臺板平網印花機。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種基于雙控模式的固定臺板平網印花機,由固定臺板和印花臺車(印花單元)組成;敷設電加熱溫控系統的固定臺板由支撐底座、臺車驅動同步帶、直線導軌、長且平整的臺板面構成,印花臺車由臺車交流伺服驅動系統和控制盒、臺車基座、網框架、安裝鏤空花紋高分子膜篩網的網框、刮刀交流伺服驅動系統和刮刀固定架、刮刀、抬升步進電機驅動系統和抬升機構、位置檢測器組成;位置檢測器包括左軸承及配套的軸承座、位置檢測同步帶輪、軸、右軸承及配套的軸承座、聯軸器、旋轉編碼器,位置檢測同步帶輪與固定于臺板上的臺車驅動同步帶嚙合、位置檢測同步帶輪的軸通過聯軸器連到旋轉編碼器、檢測位置檢測同步帶輪的轉動,因位置檢測同步帶輪無負載、保證了旋轉編碼測量的高精度;印花機控制系統的硬件采用上下位機結構,下位機則基于MCU+CPLD的多機協同硬件架構;印花機的控制系統由并列的速度開環控制和位置閉環控制兩部分組成,印花臺車移動的一個花回由速度開環控制的位移及位置閉環控制的位移構成,兩位移分別參照電梯行業的“理想速度曲線”、經“預減速度值”修正的“理想速度曲線”進行;位置檢測器撿測到臺車移至花回的末端位置時,位移脈沖計數器預置末端位移值、清除速度開環控制段的誤差,速度開環切換到位置閉環控制模式完成臺車末端的位移。印花機控制系統的硬件采用上下位機分層結構,兩者通過RS232接口進行信息交互;上位機是配置觸摸屏的嵌入式控制器,用戶通過上位機人機交互界面設定平網印花機的工藝參數、借助上位機按鍵下發控制命令和工藝參數,上位機同時負責存儲、顯示下位機上傳的各種信息;下位機接收上位機發送的參數、命令等信息,轉化成速度指令、開環控制臺車伺服電機并驅動相應的機構;根據印花臺車上安裝的位置檢測器獲取臺車移至花回的末端位置信號,位移脈沖計數器預置末端位移值、清除速度開環控制段的誤差,速度開環控制立即切換到第2種控制模式一位置閉環控制,完成臺車末端的位移;根據印花工位的定 位就緒信號,啟動步進電機、驅動印花臺車的抬升機構帶動網框運動;根據網框的就位信號,啟動刮刀翻轉、刮刀伺服電機驅動刮刀印花;輸入的開關量有各軸的限位信號,緊急停止,人靠近傳感器信號,刮刀到位傳感器檢測信號等;輸出的開關量有通過繼電器實現的啟動和關閉動作。下位機基于MCU+CPLD的多機協同硬件架構;MCU (P89LV51RD2)負責與上位機通信、獲取運行參數和命令,負責數據處理和運行狀態的管理、協調印花工藝流程的進程,將控制命令下傳給CPLD (EPM1270T144C5N)、實時讀取CPLD的運行狀態、上傳給上位機顯示;CPLD控制伺服電機和步進電機,經雙路高速光耦與外設相連,讀取外設的輸入,輸出外設所需的脈沖、開關量等;MCU與CPLD采用總線方式(19根IO 口線)互連:MCU的PO 口與CPLD的管腳73—81相連、MCU的P2 口與CPLD的管腳102—93相連、ALE用作鎖存信號、CPLD產生的中斷信號通過管腳84、85分別接入MCU的引腳INTO和INTl,提升下位機的實時響應能力。下位機的電源設計方案伺服電機和伺服驅動器的工作電壓為兩相交流220V,直接取自動力電;伺服驅動器信號電源需24V直流,采用型號S-120W-24V/5A的AC-DC開關電源;步進電機驅動器的5V直流電源,將S-120W-24V/5A輸出的24V直流與LM2596開關電源芯片的管腳I (VIN)相連、電容C71和CP1并聯后一端接地另一端與管腳I相連,LM2596的管腳3、6接地,管腳2與穩壓管仏(1N5822)、電感L1 (330uh)相連,穩壓管D2的另一端接地、電感L1的另一端與LM2596管腳4相連輸出5V電源,5V電源輸出端并接CP2接地電容。下位機的CPLD借助VHDL描述CPLD的邏輯功能,CPLD包含主控制模塊、總線接口模塊、外設控制模塊;外設控制模塊包括伺服電機控制模塊、步進電機控制模塊、位置計數處理模塊和輸入輸出模塊;主控制模塊處理、存儲和管理MCU下傳的數據,響應MCU下傳的控制命令,通過外設控制模塊控制外設。雙控模式固定臺板平網印花機的“理想速度曲線”和經“預減速度值”修正的“理想速度曲線”借鑒的是電梯行業的“理想速度曲線”;“理想速度曲線”的加減速過程可分為加加速、勻加速、減加速、勻速、加減速、勻減速、減減速7個階段,又可分成起動加速、勻速運行和制動減速三部分,理想速度曲線無加速度的突變和加速度突變弓I起的沖擊;“預減速度值”修正“理想速度曲線”的內涵是理想速度值減去預設的固定微小速度值,目的是確保臺車移動方向的單一性。
印花機控制系統的雙控模式由并列的速度開環控制和位置閉環控制組成;印花臺車移動的一個花回由速度開環控制的位移及位置閉環控制的位移構成,兩位移分別參照電梯行業的“理想速度曲線”、經“預減速度值”修正的“理想速度曲線”進行控制;控制流程按時間先后排序第一步,臺車啟動至臺車移動至該花回的末端,即“理想速度曲線”的加加速、勻加速、減加速、勻速、加減速、勻減速段及減減速段的前段,雙控模式中的開環控制使能,CPLD讀取“理想速度曲線”對應的“理想速度頻率表”、速度開環控制臺車移動;第二步,位置檢測器撿測臺車到達該花回的末端位置,位移脈沖計數器預置臺車花回的末端位移值(驅動伺服電機的脈沖數),消除速度開環控制段的誤差,控制切換至第2種控制模式一位置閉環控制;第三步,CPLD讀取經“預減速度值”修正的“理想速度頻率表”,位置閉環控制臺車移動=CPLD逐一讀取修正的“理想速度頻率表”的脈沖頻率,脈沖計數器預置的位移值減去脈沖頻率*采樣周期,直至讀完“理想速度頻率表”;此時,預置的伺服電機脈沖數仍大于0,按理想速度頻率表的最小值繼續驅動伺服電機,并從脈沖計數器中扣除脈沖數,直至位移脈沖計數器為零。本發明與背景技術相比,具有的有益效果是印花機控制系統的硬件采用上下位 機分層結構,下位機基于MCU+CPLD的多機協同架構;分層協同體系使實時/非實時任務能在各處理單元間合理分配,硬邏輯門電路則提升了系統的可靠性。臺車移動的一個花回由速度開環/位置閉環控制的位移構成,兩位移分別參照電梯業的“理想速度曲線”、經“預減速度值”修正的“理想速度曲線”實現;“理想速度曲線”無加速度突變、消除了加速度突變引起的沖擊,修正的“理想速度曲線”確保臺車移動方向的單一性、降低了機械傳動副的間隙誤差。位置檢測器撿測到臺車移至花回的末端位置時、位移脈沖計數器預置臺車花回的末端位移值、清除速度開環控制段的誤差,速度開環控制切換到第2種控制模式一位置閉環控制,完成臺車花回末端的位移;速度開環控制在一定精度前提下、保證了印花效率,位置閉環控制在一定效率前提下、保證了印花品質。
圖I是基于雙控模式的固定臺板平網印花機結構 圖2是旋轉編碼器安裝結構 圖3是平網印花機控制系統的結構框 圖4是平網印花機下位機控制系統的結構框 圖5是P89LV51RD2連接EPM1270T144C5N的電路原理 圖6是步進電機驅動器的電源電路 圖7是CPLD功能模塊結構 圖8是CPLD主控制模塊的結構 圖9是印花方向的臺車速度/時間、加速度/時間曲線 圖10是雙控模式平網印花機的控制系統結構圖中,支撐底座I、位置檢測器2、臺車驅動同步帶3、直線導軌4、臺板面5、控制盒6、臺車基座7、網框架8、具有鏤空花紋高分子膜篩網的網框9、刮刀固定架10、刮刀11、抬升機構
12、刮刀行走支撐座13、左軸承座21、位置檢測同步帶輪22、軸23、右軸承座24、聯軸器25、旋轉編碼器26。
具體實施例方式
如圖1、2所示,本發明基于雙控模式的固定臺板平網印花機包括固定臺板和印花臺車(印花單元)兩部分;固定臺板主要由支撐底座I、臺車驅動同步帶3、直線導軌4和臺板面5組成;印花臺車主要由臺車交流伺服驅動系統(臺車交流伺服驅動系統在圖背面,圖中未顯示)和控制盒6、臺車基座7、網框架8、網框9、刮刀交流伺服驅動系統(刮刀交流伺服驅動系統在圖背面,圖中未顯示)和刮刀固定架10、刮刀11、抬升步進電機驅動系統(抬升步進電機驅動系統在圖背面,圖中未顯示)、抬升機構12、刮刀行走支撐座13和位置檢測器2組成;位置檢測器2包括左軸承及配套的左軸承座21、位置檢測同步帶輪22、軸23、右軸承及配套的右軸承座24、聯軸器25和旋轉編碼器26。位置檢測同步帶輪22與固定于臺板上的臺車驅動同步帶3嚙合、位置檢測器2的軸23通過聯軸器25連到旋轉編碼器26、旋轉編碼器26檢測位置檢測同步帶輪22的轉動,因位置檢測同步帶輪22無負載、保證了旋轉編碼測量的高精度。印有鏤空花紋的高分子膜篩網(花版)固定在網框9上,篩網的鏤空花紋區域可以透過色漿,而無花紋區域因高分子膜的存在徹底阻斷了色漿到達織物的通道。印花工藝的第一步,待印織物粘貼在固定臺板上固定不動,印花臺車的臺車交流伺服驅動系統與臺車驅動同步帶3通過齒輪嚙合驅動臺車、使其精確定位到相應的印花工位,直線導軌4的作用是支撐印花臺車、且在其運動時起導向作用;印花工藝的第二步,抬升步進電機驅動系統驅動抬升機構12,從而帶動網框9下降緊壓織物,再由刮刀交流伺服驅動系統驅動刮刀11、推動網框9上的色漿反復刮印,色漿透過網框9完成一個花色(套色)的印花,網框9抬起、待 篩網面與織物分離后,印花臺車移動一個花回、到下一個印花工位,直至固定臺板上的最后一個印花工位;印花工藝的專業術語“花回”是指印花臺車在織物上所印圖案的長度。平網印花機根據織物印制圖案的套色要求,通常需配置幾個或幾十個不同鏤空花紋的套色篩網;一旦完成一個套色的全部印花工序,就更換下一個不同花色的篩網和不同顏色的色漿進行下一輪印花;直至完成最后一個不同花色(套色)篩網的印花;印花工藝的專業術語“對花精度”是指臺車不同套色篩網到達同一印花工位的位置精度,亦稱重復定位精度。固定臺板下敷設電加熱溫控系統,確保第N+1套色印花時、第N (N>0)套色印花的色漿已完全干透,從而杜絕了織物上不同色漿間的串色、有助于獲取高清晰的精細織物圖案。如圖3所示,平網印花機控制系統屬典型的上下位機分層結構,兩者通過RS232接口進行信息交互。上位機是配置觸摸屏的嵌入式控制器,用戶通過上位機人機交互界面設定平網印花機的工藝參數,借助上位機按鍵下發控制命令和工藝參數;上位機同時負責存儲、顯示下位機上傳的各種信息。下位機接收上位機發送的參數、命令等信息,轉化成速度指令、開環控制臺車伺服電機并驅動相應的機構;根據印花臺車上安裝的位置檢測器獲取臺車移至花回末端的位置信號,位移脈沖計數器預置末端位移值、清除速度開環控制段的誤差,速度開環控制立即切換到第2種控制模式一印花臺車花回末端的位置閉環控制。根據印花工位的定位就緒信號,啟動步進電機、驅動印花臺車的抬升機構帶動網框運動;根據網框的就位信號,啟動刮刀翻轉、刮刀伺服電機驅動刮刀印花。輸入的開關量有各軸的限位信號,緊急停止,人靠近傳感器信號,刮刀到位傳感器檢測信號等;輸出的開關量有通過繼電器實現的啟動和關閉動作,例如電機緊急剎車、刮刀翻轉等。臺車交流伺服驅動系統可以采用杭州日鼎控制技術有限公司的伺服電機130ST-M077C2C及配套的數字式交流伺服驅動器DAS3206,系統自帶內嵌的“三控制環”電流環、速度環及位置環(杭州日鼎控制有限公司.伺服驅動器說明書,2008);抬升步進電機驅動系統可以采用杭州思科賽電子有限公司的85BYGH250B兩相混合式步進電機及配套的步進電機驅動器HB-5030,驅動器采用雙極性恒流斬波驅動技術,提高了步進電機的驅動能力(杭州思科賽電子有限公司.HB-5030使用手冊,2008)。印花臺車在臺車交流伺服驅動系統和臺車驅動同步帶3共同作用下移動,帶動位置檢測同步帶輪22和旋轉編碼器26 —起轉動;旋轉編碼器26可以采用歐姆龍的增量型編碼器E6D-CWZ1E,分辨率6000脈沖/轉,響應頻率200kHz (歐姆龍,E6D-C說明書,2007);刮刀11的刮刀到位傳感器可以采用南京施科傳感器有限責任公司生產的電渦流傳感器LG4-S12-3E1,檢測距離4mm。如圖4所示,下位機基于MCU+CPLD的多機協同架構MCU可以采用飛利浦公司P89LV51RD2的產品,P89LV51RD2是一款以80C51為內核的微控制器,CPLD可以選用ALTERA公司MAXII系列的EPM1270T144C5N—內含1270個邏輯單元(LE)、等價于980宏單元、最大用戶可用I/O 212 ;MCU負責與上位機的通信,獲得運行參數和運行命令、負責數據處理和運行狀態的管理、協調印花工藝流程的進程,將控制命令下傳給CPLD、實時讀取CPLD的運行狀態、上傳給上位機顯示;CPLD控制伺服電機和步進電機,經雙路高速光耦HCPL2630與 外設相連,讀取外設的輸入,輸出外設所需要的脈沖、開關量等。如圖5所示,EPM1270T144C5N采用總線方式接入P89LV51RD2、通過19根IO 口線實現數據與控制信息的傳輸;MCU P89LV51RD2的PO 口作為地址總線低8位地址且和數據總線復用、P2 口定義為地址總線的高8位,CPLD EPM1270T144C5N的管腳73—81分配給地址總線的低8位且和數據總線復用、102-93管腳配置成地址總線的高8位;CPLD產生的中斷信號通過管腳84、85分別接入MCU的引腳INTO和INT1,從而有效提升了下位機的實時響應能力。MCU在第一個讀寫周期開始后,把低8位地址送到PO 口總線、高8位地址送至P2 口總線,ALE用作鎖存信號、在其下降沿時刻把低8位地址鎖存到地址鎖存器中,而高8位地址信息一直鎖存在P2 口鎖存器中;在第二個讀寫周期,讀寫信號WR/RD有效(低電平)時,選通外部存儲器芯片,然后從PO 口讀入外部存儲器數據,或將數據寫入到外部存儲器。下位機的電源設計方案伺服電機和伺服驅動器的工作電壓為兩相交流220V,直接取自動力電;伺服驅動器信號電源需24V直流電,采用杭州普星電器有限公司的AC-DC開關電源(S-120W-24V/5A),輸入交流220V,輸出直流24VU20W ;步進電機驅動器的控制信號電源為5V直流、電路如圖6所示,S-120W-24V/5A輸出的24V直流與LM2596開關電源芯片的管腳I(VIN)相連、電容C71和CP1并聯后一端接地另一端與管腳I相連,LM2596的管腳3、6接地,管腳2與穩壓管仏(1N5822)、電感L1 (330uh)相連,穩壓管D2的另一端接地、電感L1的另一端與LM2596管腳4相連輸出5 V電源,5V電源輸出端并接CP2接地電容。如圖7虛線框內所示,借助硬件描述語言VHDL (Very high speed integratedcircuit HDL)描述CPLD的邏輯功能,包含主控制模塊、總線接口模塊、外設控制模塊;外設控制模塊包括伺服電機控制模塊、步進電機控制模塊、位置計數處理模塊和輸入輸出模塊;主控制模塊處理、存儲和管理MCU下傳的數據,響應MCU下傳的控制命令,通過外設控制模塊控制外設。印花機控制系統雙控模式的CPLD VHDL示例代碼的說明如下SpeedOpenloop_end為速度開環控制結束標志符,值為I時表明速度開環控制結束,O表不未結束;P0Siti0nL00p_begin為位置閉環控制開始標志符,值為I時表明位置閉環控制開始,O表示未開始。VHDL模塊根據“速度開環控制結束標志符” SpeedOpenloop_end和“閉環控制開始標志符”PositionLoop_begin的值對“理想速度頻率表”的地址進行操作;速度開環控制時,從理想速度頻率表的起始地址讀取理想速度頻率,SpeedOpenloopTable_addr是理想速度頻率表的地址指針,輸出預存的“理想速度頻率表”中相應的頻率值,SpeedOpenIoopTabIe_addr 遞增。當速度開環控制結束,SpeedOpenIoopTabIe_addr 返回理想速度頻率表的起始地址,位移脈沖計數器預置臺車花回末端位置的末端位移值(位移脈沖數);從位置閉環速度曲線對應的頻率表地址PositionLoopTable_addr開始、即經“預減速度值”修正的“理想速度頻率表”的起始地址讀取頻率值一位置閉環速度頻率值,輸出相應的脈沖,PositionLoopTable_addr遞增;脈沖計數器預置的花回末端位移脈沖數減去脈沖頻率*采樣周期,直至讀完“理想速度頻率表”;此時,預置的伺服電機脈沖數仍大于0,按最小速度繼續驅動伺服電機,并從脈沖計數器的位移脈沖數中扣除脈沖數,直至脈沖計數器為零;PositionLoopTable_addr返回經“預減速度值”修正的“理想速度頻率表”的起始地址。示例代碼如下
PROCESS(Scant_lms, Scan_begin)
BEGIN
IF (Scan_begin = ’ 0’)THEN
Sp e e dOp enIoopTabIe_addr <= (OTHERS => ’ 0’);
PositionLoopTabIe_addr <= (OTHERS => ’ 0’);
ELSE
IF Scant_lms' event and Scant_10us = ' Γ THEN
CASE (Speed0penloop_end & PositionLoop_begin ) ISWHEN//00//=>Speed0penloopTable_addr<=Speed0penloopTable_addr + I ;
WHEN 〃11〃 => Sp e e dOp enIoopTabIe_addr <= SpeedOpenloopTable_addr;
PositionLoopTabIe_addr <= PositionLoopTabIe_addr
+ I
WHEN 〃10〃 => PositionLoopTabIe_addr <= PositionLoopTable_addr;
WHEN OTHERS => NULL;
END CASE;
END IF;
END IF;
END PROCESS;
如圖8所示,主控制模塊由命令緩沖區、命令解碼分配器、數據儲存區組成;命令緩沖區將總線接口模塊獲得的命令進行緩沖同步,數據儲存區按照地址存放數據;命令解碼分配器將命令緩沖區的16位命令碼進行解碼分配給各個外設控制模塊,同時命令解碼分配器還根據命令碼確定數據儲存區的數據流向,當命令碼要求上傳信息時,命令解碼分配器將數據儲存區中的位置信息和運行狀態發送給總線接口模塊;當命令碼要求運行外設時,命令解碼分配器按照地址分配數據給外設模塊。印花方向的臺車速度/時間、加速度/時間曲線如圖9所示,圖9 (a)借鑒的是電梯行業推崇的“理想速度曲線”,俗稱“梯形速度曲線”,始自點O、終至點G。從臺車的加速度視角,V0-Va, Va-Vb, Vb-Vc, Vc-Vd, Vd-Ve, Ve-Vf和VF-Ve將臺車運行中的加減速過程分為7個階段加加速段、勻加速段、減加速段、勻速段、加減速段、勻減速段、減減速段(參閱圖9(b)); “梯形速度曲線”避免了加速度的突變,消除了印花過程中因加速度突變引起的沖擊,有助于減少伺服/同步電機丟步的發生率、延長設備的使用壽命、提升印花的質量。從臺車的速度視角,“梯形速度曲線”又分為起動加速、勻速運行和制動減速三段,而且起、制動段曲線呈鏡像對稱;要提高印花機效率,勢必要增大臺車的運行速度、以縮短印花機的運行時間,但提升運行速度對印花品質造成的影響是負面的一對花精度下降,因此印花效率和印花品質是印花機設計中的一對矛盾。現以固定臺板平網印花機的典型運行參數為例展開討論。給定花回2. 5m, “梯形速度曲線”的勻速運行距離2m,起動加速和制動減速距離均為
O.25m ;勻速速度值2m/S,勻加速值20m/S2。可推導出加加速值和減加速值,以及加加速、勻加速和減加速的運行距離。本發明的勻速值升至2. 5m/S,其它參數同上,不難得出加加速值和減加速的絕對值,以及加加速、勻加速和減加速的運行距離,制動減速與起動加速段類 似,其中末端最后5mm處的速度值=0. 1997m/s。高清晰精細織物圖案的平網印花工藝要求“對花精度”< O. 1_,換言之,系統精度為O. Imm+ (2. 5m*1000mm/m) =0. 00004、即O. 04%。。近十年來,全數字式交流伺服系統日趨成熟,諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度等關鍵技術指標均取得重大進步,0.4%。精度的開環速度伺服系統技術已完全成熟;但綜合考慮電氣傳動,網框制作精度、平網印花機安裝的平直度,齒輪間隙或驅動軸扭力形變、以及長期連續作業導致的臺車驅動同步帶拉長和機械磨損等造成的誤差,平網印花機的綜合“對花精度”一般只能達到1%。。因此,在印花臺車移動末端一最后5_處,采用位置檢測器撿測臺車位置,并將速度開環控制切換到位置閉環控制。顯然,一個2. 5m花回行程的前2. 495m執行的是高效的開環速度伺服控制,即按圖9Ca)的“理想速度曲線”運行;目的是提高印花機的工作效率。對開環速度伺服控制可能造成的千分之一誤差土 2. 495_,則在啟動位置閉環控制時設定臺車花回的末端位置(移)值(伺服電機的脈沖數K>0)時予以消除;借助“預減速度值”技術措施、確保臺車移動方向的單一性,避免臺車移動變向引入機械傳動副的間隙誤差;圖9 (a)臺車花回末端的虛線速度曲線僅是移動的理論曲線,實際速度的取值略小于理論值。所謂的“預減速度值”,其內涵是位置閉環控制啟動后,伺服電機的給定脈沖頻率f (t)=fs(t)-Af ;式中的fs(t)正是圖9Ca) “理想速度曲線”速度值對應的伺服電機脈沖頻率,是預設的固定微小脈沖頻率值;弓丨入,能確保讀完“理想速度頻率表”時,上述預置的伺服電機脈沖數K >0;按fmin (等價臺車速度Vmin)繼續驅動伺服電機,并從K中扣除脈沖數(fmin*Ts,Ts為采樣周期),直至K為零;此處借鑒的是電梯行業的“橋廂對平爬行技術”。必須指出,伺服驅動器輸出的是2路脈沖,憑借2路脈沖的相位決定伺服電機的轉向。印花臺車的“理想速度曲線”采用靜態曲線法生成,上位機輸入的印花工藝參數如下花回長度、勻速運行的位移、起動加速和制動減速的位移、勻速速度值和勻加速值 ’離線計算出“理想速度曲線”,再以采樣周期Ts=Ims離散速度曲線,取出各采樣點的速度并換示示成對應的頻率值,形成“理想速度頻率表”;對印花臺車移動末端最后5mm對應的頻率值進行“預減速度值”頻率修正,即減去預設的固定微小脈沖頻率值(本發明中),“理想速度頻率表”見表I。
權利要求
1.一種基于雙控模式的固定臺板平網印花機,它由固定臺板、印花臺車和印花機控制系統組成;其中,固定臺板由支撐底座(I)、臺車驅動同步帶(3)、直線導軌(4)和長且平整的臺板面(5)構成,印花臺車由臺車交流伺服驅動系統、控制盒(6)、臺車基座(7)、網框架(8)、安裝鏤空花紋高分子膜篩網的網框(9)、刮刀交流伺服驅動系統、刮刀固定架(10)、刮刀(11)、抬升步進電機驅動系統、抬升機構(12)、刮刀行走支撐座(13)和位置檢測器(2)組成;所述位置檢測器(2)包括左軸承及配套的左軸承座(21)、位置檢測同步帶輪(22)、軸(23)、右軸承及配套的右軸承座(24)、聯軸器(25)和旋轉編碼器(26);位置檢測同步帶輪(22)與固定于臺板上的臺車驅動同步帶(3)嚙合、位置檢測器(2)的軸(23)通過聯軸器(25)連到旋轉編碼器(26),旋轉編碼器(26)檢測位置檢測同步帶輪(22)的轉動;其特征在于,印花機控制系統的硬件采用上下位機結構,上下位機通過RS232接口進行信息交互,上位機是配置觸摸屏的嵌入式控制器,下位機則基于MCU+CPLD的多機協同硬件架構;印花機的控制系統由并列的速度開環控制和位置閉環控制兩部分組成,印花臺車移動的一個花回由速度開環控制的位移及位置閉環控制的位移構成,兩位移分別參照電梯行業的“理想速度曲線”、經“預減速度值”修正的“理想速度曲線”進行;位置檢測器(2)檢測到臺車移至花回的末端位置時,位移脈沖計數器預置末端位移值、清除速度開環控制段的誤差,速度開環切換到位置閉環控制模式完成臺車末端的位移。
2.根據權利要求I所述的基于雙控模式的固定臺板平網印花機,其特征在于,所述印花機控制系統的硬件采用上下位機分層結構,兩者通過RS232接口進行信息交互;上位機是配置觸摸屏的嵌入式控制器,用戶通過上位機人機交互界面設定平網印花機的工藝參數、借助上位機按鍵下發控制命令和工藝參數,上位機同時負責存儲、顯示下位機上傳的各種信息;下位機接收上位機發送的參數、命令等信息,轉化成速度指令、開環控制臺車伺服電機并驅動相應的機構;根據印花臺車上安裝的位置檢測器獲取臺車移至花回的末端位置信號,位移脈沖計數器預置末端位移值、清除速度開環控制段的誤差,速度開環控制立即切換到第2種控制模式,即位置閉環控制,完成臺車末端的位移;根據印花工位的定位就緒信號,啟動步進電機、驅動印花臺車的抬升機構帶動網框運動;根據網框的就位信號,啟動刮刀翻轉、刮刀伺服電機驅動刮刀印花;輸入的開關量有各軸的限位信號、緊急停止信號、人靠近傳感器信號和刮刀到位傳感器檢測信號等;輸出的開關量有通過繼電器實現的啟動和關閉動作。
3.根據權利要求2所述的下位機,其特征在于,所述下位機基于MCU+CPLD的多機協同硬件架構;MCU負責與上位機通信、獲取運行參數和命令,負責數據處理和運行狀態的管理、協調印花工藝流程的進程,將控制命令下傳給CPLD、實時讀取CPLD的運行狀態、上傳給上位機顯示;CPLD控制伺服電機和步進電機,經雙路高速光耦與外設相連,讀取外設的輸入,輸出外設所需的脈沖、開關量等;MCU與CPLD采用總線方式互連:MCU的PO 口與CPLD的管腳73-80相連、MCU的P2 口與CPLD的管腳93-98、101-102相連、ALE用作鎖存信號、CPLD產生的中斷信號通過管腳84、85分別接入MCU的引腳INTO和INTl,提升下位機的實時響應能力。
4.根據權利要求2所述的下位機,其特征在于,所述下位機的電源設計方案伺服電機和伺服驅動器的工作電壓為兩相交流220V,直接取自動力電;伺服驅動器信號電源需24V直流,采用型號S-120W-24V/5A的AC-DC開關電源;步進電機驅動器的5V直流電源,將S-120W-24V/5A輸出的24V直流與LM2596開關電源芯片的管腳I (VIN)相連、電容C71和CP1并聯后一端接地另一端與管腳I相連,LM2596的管腳3、6接地,管腳2與穩壓管D2、電感L1相連,穩壓管D2的另一端接地、電感L1的另一端與LM2596管腳4相連輸出5V電源,5V電源輸出端并接CP2接地電容。
5.根據權利要求3所述的下位機,其特征在于,所述下位機的CPLD借助VHDL描述CPLD的邏輯功能,CPLD包含主控制模塊、總線接口模塊、外設控制模塊;外設控制模塊包括伺服電機控制模塊、步進電機控制模塊、位置計數處理模塊和輸入輸出模塊;主控制模塊處理、存儲和管理MCU下傳的數據,響應MCU下傳的控制命令,通過外設控制模塊控制外設。
6.根據權利要求I所述的一種基于雙控模式的固定臺板平網印花機,其特征在于,所述的“理想速度曲線”和經“預減速度值”修正的“理想速度曲線”借鑒的是電梯行業的“理想速度曲線”;“理想速度曲線”的加減速過程可分為加加速、勻加速、減加速、勻速、加減速、勻減速、減減速7個階段,又可分成起動加速、勻速運行和制動減速三部分,理想速度曲線無加速度的突變和加速度突變引起的沖擊;“預減速度值”修正“理想速度曲線”的內涵是理想速度值減去預設的固定微小速度值,目的是確保臺車移動方向的單一性。
7.根據權利要求I所述的一種基于雙控模式的固定臺板平網印花機,其特征在于,所述的印花機控制系統由并列的速度開環控制和位置閉環控制的雙控模式組成;印花臺車移動的一個花回由速度開環控制的位移及位置閉環控制的位移構成,兩位移分別參照電梯行業的“理想速度曲線”、經“預減速度值”修正的“理想速度曲線”進行控制;控制流程按時間先后排序第一步,臺車啟動至臺車移動至該花回的末端,即“理想速度曲線”的加加速、勻加速、減加速、勻速、加減速、勻減速段及減減速段的前段,雙控模式中的開環控制使能,CPLD讀取“理想速度曲線”對應的“理想速度頻率表”、速度開環控制臺車移動;第二步,位置檢測器撿測臺車到達該花回的末端位置,位移脈沖計數器預置臺車花回的末端位移值(驅動伺服電機的脈沖數),消除速度開環控制段的誤差,控制切換至第2種控制模式,即位置閉環控制;第三步,CPLD讀取經“預減速度值”修正的“理想速度頻率表”,位置閉環控制臺車移動=CPLD逐一讀取修正的“理想速度頻率表”的脈沖頻率,脈沖計數器預置的位移值減去脈沖頻率*采樣周期,直至讀完“理想速度頻率表”;此時,預置的伺服電機脈沖數仍大于O,按理想速度頻率表的最小值繼續驅動伺服電機,并從脈沖計數器中扣除脈沖數,直至位移脈沖計數器為零。
全文摘要
本發明公開一種基于雙控模式的固定臺板平網印花機,印花機包括固定臺板和印花臺車;伺服系統驅動臺車和刮刀,步進電機驅動網框抬升機構。控制系統硬件為上下位機分層結構,下位機基于MCU+CPLD的多機協同架構;分層協同體系將實時/非實時任務分配至各處理單元,硬邏輯門電路則提升了系統的可靠性。臺車移動的一個花回由速度開環/位置閉環控制的位移構成,兩位移分別按電梯業的“理想速度曲線”、經“預減速度值”修正的“理想速度曲線”實現;“理想速度曲線”無加速度突變和突變引起的沖擊,修正的“理想速度曲線”確保臺車單一方向移動、降低了傳動副的間隙誤差;位置檢測器檢測到臺車移至花回的末端、位移脈沖計數器預置末端位移值、消除速度開環控制段的誤差,速度開環切換到位置閉環控制模式完成臺車末端的位移。
文檔編號B41F15/08GK102774128SQ201210116129
公開日2012年11月14日 申請日期2012年4月19日 優先權日2012年4月19日
發明者吳明光, 李俊寧, 蔣坤, 陳則煌, 黃克強 申請人:浙江大學