一種恒張力輸紗器控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計了一種恒張力輸紗器控制系統(tǒng)，主要包括張力檢測模塊，張力信號處理模塊，輸紗輪，輸紗電機，卷繞電機，電機驅(qū)動，導(dǎo)紗桿，紗筒，單片機處理單元，鋁合金支架機構(gòu)。張力傳感器模塊是由一個線性霍爾傳感器、小型磁鐵以及導(dǎo)紗桿組成的檢測機構(gòu)。該控制系統(tǒng)主要用來實現(xiàn)對恒張力的精確控制。恒張力輸紗器控制系統(tǒng)可用在紡織行業(yè)的多個工藝過程，如織布、紡紗、繞線等。同時該系統(tǒng)能保證時刻嚴格按照設(shè)定值控制紗線張力，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量，有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種恒張力輸紗器控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種恒張力輸紗器控制系統(tǒng)，特別用于對張力控制要求比較高的輸紗器控制系統(tǒng)，屬于紡織工業(yè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]自改革開放以來，中國的紡織工業(yè)經(jīng)歷了三十幾年的高速發(fā)展期，憑借著廉價的人力資源和豐富的自然資源，已經(jīng)發(fā)展成為我國國民經(jīng)濟的主體之一。但同時也存在著許多問題，我國的紡織業(yè)發(fā)展快但是并不穩(wěn)定。這些問題包括整體紡織生產(chǎn)設(shè)備相對陳舊和落后，質(zhì)量不好，生產(chǎn)效率低等。
[0003]目前，從中國整體紡織業(yè)上看，國內(nèi)的紡織設(shè)備和國外的紡織設(shè)備還有很大的差距，國產(chǎn)紡織設(shè)備的配件主要用于低端市場，高端產(chǎn)品還是被國外所占據(jù)。設(shè)備的智能化水平也需要提高，同時需要更好的設(shè)備來改變行業(yè)設(shè)備落后的狀況。
[0004]在傳統(tǒng)的紡紗和織造過程中，無論是紡紗還是繞線，紗線張力是影響織物成型質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)，紗線張力是否穩(wěn)定在很大程度上影響著紡織產(chǎn)品的質(zhì)量，具體表現(xiàn)為紡織產(chǎn)品是否整齊平整，是否有爛邊，紗線編制是否均勻等。能否在紗線運動過程中保證紗線上張力的恒定，這會對產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生很明顯的影響，紗線張力是否穩(wěn)定同時也影響著紡織工業(yè)的生產(chǎn)效率，因此能設(shè)計出一個好的恒張力輸紗器控制系統(tǒng)是提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。
[0005]紗線的恒張力控制無論在國內(nèi)還是國外都是一個難題，在國內(nèi)還沒有一個很好的解決方案來對紗線進行恒張力控制，在國外雖然已經(jīng)研制出了相關(guān)的產(chǎn)品，但是如果從經(jīng)濟的問題來考慮，國外的產(chǎn)品價格都比較昂貴，不適合在國內(nèi)大規(guī)模的推廣，本發(fā)明針對國內(nèi)市場，以紗線張力為控制對象，應(yīng)用現(xiàn)代控制理論設(shè)計一套經(jīng)濟實用的恒張力控制系統(tǒng)，可用于紡織行業(yè)里的多個工藝環(huán)節(jié)，如織布，繞線等。研發(fā)本設(shè)計的目的在于解決紡紗過程中紗線張力難以控制的難題，從而可以避免斷紗、脫圈、纏繞等不良現(xiàn)象，提高紡織生產(chǎn)效率，加快紡織工業(yè)自動化的進程，以滿足中國的紡織市場，也有很廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的目的是提出一種結(jié)構(gòu)簡單、性價比高、適用性強，而又能夠?qū)喚€上的張力很好的檢測和控制的系統(tǒng)。使其能夠滿足各種紡織主機的要求，如圓機、無縫機、抹機、橫機、經(jīng)編機等，從而提尚紡織廣品質(zhì)量。
[0007]一種恒張力輸紗器控制系統(tǒng)，主要包括張力檢測模塊(一個線性霍爾傳感器和小型磁鐵，導(dǎo)紗桿組成的檢測機構(gòu))，張力信號處理模塊，輸紗輪，輸紗電機(張力調(diào)節(jié)電機)，卷繞電機，電機驅(qū)動，導(dǎo)紗桿，紗筒，單片機處理單元，鋁合金支架。
[0008]恒張力輸紗器的輸紗電機位于支架的中部，與輸紗輪連接;卷紗電機位于支架的下部，與卷紗輪連接;張力傳感器安裝在輸紗電機下部，與導(dǎo)紗桿共同構(gòu)成張力檢測模塊。紗線由紗筒給出，經(jīng)過輸紗輪纏繞若干圈后進入張力檢測機構(gòu)，然后輸送至卷紗輪。單片機處理單元與驅(qū)動電機相連。
[0009]張力傳感器模塊檢測原理:由于紗線上面存在張力，使得導(dǎo)紗桿發(fā)生形變，產(chǎn)生一定的位移，從而使得導(dǎo)紗桿周圍的磁場發(fā)生變化，由于霍爾效應(yīng)的存在，線性霍爾傳感器就會輸出一個電壓，這樣輸出的電壓和張力之間就建立了關(guān)系，檢測出了紗線張力。由于霍爾傳感器的靈敏度較高，可以檢測出微弱的磁場變化，從而可以響應(yīng)導(dǎo)紗桿微弱的位移變化。因此，整個紗線張力控制系統(tǒng)會具有較高的張力檢測精度，使該系統(tǒng)在對張力控制精度要求高的場合有廣闊的應(yīng)用前景。
[0010]為了能夠能更好的控制紗線上的張力，對輸紗電機控制的好壞就顯得至關(guān)重要。本控制系統(tǒng)的輸紗電機的控制算法主要是磁場定向控制算法，簡稱F0C，該控制策略的主要思想是要通過坐標(biāo)變換使三相定子電流變換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流，實現(xiàn)電流的解耦控制。先通過相電流檢測電路讀取電機的定子三相電流ia、ib、ic，通過CLARK變換，將三相120度坐標(biāo)系的相電流轉(zhuǎn)換為二相正交靜止坐標(biāo)系的定子電流，然后通過Park變換將二相正交靜止坐標(biāo)系的定子電流轉(zhuǎn)變?yōu)閮上嗾恍D(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子電流，最后得到了實際的直軸分量id和交軸分量iq，張力設(shè)定值和實測張力值經(jīng)過比較的結(jié)果，通過模糊PID控制模塊輸出轉(zhuǎn)速參考值* ω r，然后與實測轉(zhuǎn)速比較得到交軸電流iq的參考值*iqS，這樣id、iq分別與其參考量*iqs、*ids經(jīng)過電流調(diào)節(jié)器生成直軸電壓Vds和交軸電壓Vqs，再經(jīng)過反Park變換(即將兩相正交旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子電流轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗾混o止坐標(biāo)系的定子電流)，SVPffM(空間矢量電壓)模塊，生成六路PffM波形，控制電機驅(qū)動模塊，從而使電機正常工作。[0011 ]當(dāng)恒張力控制系統(tǒng)在對紗線張力進行控制時，張力傳感器可以實時地檢測紗線的張力值，將此值與張力設(shè)定值進行比較，當(dāng)紗線實時張力值大于紗線目標(biāo)張力值時，便加快輸紗電機的轉(zhuǎn)速，當(dāng)紗線實時張力值小于紗線目標(biāo)張力值時，便減小輸紗電機的轉(zhuǎn)速，以此來實現(xiàn)紗線的恒張力控制。并且整個系統(tǒng)核心板帶有CAN總線接口，可以通過它與上位機進行通信，這樣可以很容易的通過上位機來控制和監(jiān)控紗線的張力大小。當(dāng)設(shè)定的張力與實際測量得到的張力有較大的誤差時，本系統(tǒng)還可以對進行錯誤報警，停止工作，以便作業(yè)人員有時間查找故障，避免較大的損失。
[0012]本發(fā)明能夠在條件多變環(huán)境復(fù)雜的紡織工業(yè)中，較為精確的測量紗線上的張力，并且控制紗線的張力恒定，提高紡織產(chǎn)品的質(zhì)量。
【附圖說明】
[0013]圖1是恒張力輸紗器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中:1.紗筒支撐桿2.導(dǎo)紗固定環(huán)3.張力信號調(diào)理模塊4.輸紗電機5.張力傳感器模塊6.輸紗電機驅(qū)動模塊7.卷紗電機8.卷紗電機驅(qū)動模塊9.固定軸承10.卷紗輪安裝位置11.鋁合金支架
[0015]圖2是張力傳感器模塊機構(gòu)零件圖。
[0016]圖中:13.固定孔14.檢測導(dǎo)桿15.小型磁鐵16.金屬彈片
[0017]圖3是張力傳感器模塊機構(gòu)零件圖。
[0018]圖中:17.線性霍爾傳感器
[0019]圖4是張力傳感器模塊整體機構(gòu)圖。
[0020]圖中:是將圖2與圖3裝配到一起的張力傳感器模塊整體機構(gòu)圖5是恒張力輸紗器控制系統(tǒng)框圖。 圖6是輸紗器電機控制算法。
【具體實施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖實例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0022]本發(fā)明恒張力輸紗器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括主要包括張力檢測模塊(一個線性霍爾傳感器和小型磁鐵，導(dǎo)紗桿組成的檢測機構(gòu))，張力信號處理模塊，輸紗輪，輸紗電機(張力調(diào)節(jié)電機)，卷繞電機，電機驅(qū)動，導(dǎo)紗桿，紗筒，單片機處理單元，鋁合金支架機構(gòu)。
[0023]恒張力輸紗器的輸紗電機位于支架的中部，與輸紗輪連接;卷紗電機位于支架的下部，與卷紗輪連接;張力傳感器安裝在輸紗電機下部，與導(dǎo)紗桿共同構(gòu)成張力檢測模塊。紗線由紗筒給出，經(jīng)過輸紗輪纏繞若干圈后進入張力檢測機構(gòu)，然后輸送至卷紗輪。單片機控制板與驅(qū)動電機相連。
[0024]恒張力控制系統(tǒng)在對紗線張力進行控制時，張力傳感器實時地檢測紗線的張力值，將此值與張力設(shè)定值進行比較，當(dāng)紗線實時張力值大于紗線目標(biāo)張力值時，便加快輸紗電機的轉(zhuǎn)速，當(dāng)紗線實時張力值小于紗線目標(biāo)張力值時，便減小輸紗電機的轉(zhuǎn)速，以此來實現(xiàn)紗線的恒張力控制。并且控制系統(tǒng)核心板帶有CAN總線接口，可以通過它與上位機進行通信，這樣可以很容易的通過上位機來控制和監(jiān)控紗線的張力。當(dāng)設(shè)定的張力與實際測量得到的張力有較大的誤差時，本系統(tǒng)還可以對進行錯誤報警，停止工作，以便作業(yè)人員有時間查找故障，避免較大的損失。
[0025]恒張力輸紗器控制系統(tǒng)可以在一般的小型紡織場合或者對張力控制要求較高的場合適用，并且由于對張力有著較好的控制，也避免了一些紡織過程中出現(xiàn)的斷線、脫圈等一些不良現(xiàn)象，提高了紡織產(chǎn)品的效率，增強產(chǎn)品在市場上的競爭力。
【主權(quán)項】
1.一種恒張力輸紗器控制系統(tǒng)，主要包括紗筒支撐桿(1)、導(dǎo)紗固定環(huán)(2)、張力信號調(diào)理模塊(3)、輸紗電機(4)、張力傳感器模塊(5)、輸紗電機驅(qū)動模塊(6)、卷紗電機(7)、卷紗電機驅(qū)動模塊(8)、固定軸承(9)、卷紗輪安裝位置(10)、鋁合金支架(11)、單片機處理單元(12)； 其特征在于，整個機構(gòu)從上到下，紗筒支撐桿(I)支撐著紗線筒，位于整個鋁合金支架(11)的上部，恒張力輸紗器的輸紗電機(4)位于支架的中部，與輸紗輪連接，并且與鄰近的輸紗電機驅(qū)動模塊(6)連接，張力傳感器安裝在輸紗電機(4)下部，與導(dǎo)紗桿共同構(gòu)成張力傳感器模塊(5)，張力傳感器模塊(5)與張力信號調(diào)理模塊(3)相連，卷紗電機(7)位于支架的下部，與固定軸承(9)相連，形成卷紗輪的轉(zhuǎn)動軸，并將紗筒放置于卷紗輪安裝位置(10)，紗線由紗筒給出，經(jīng)過輸紗輪纏繞若干圈后進入張力檢測機構(gòu)，然后輸送至卷紗輪。單片機處理單元(12)與輸紗驅(qū)動電機相連。2.張力檢測模塊主要包括固定孔(13)、檢測導(dǎo)桿(14)、小型磁鐵(15)、金屬彈片(16)、線性霍爾傳感器(17); 其特征在于，整個張力檢測模塊有兩部分組成，一部分是帶有霍爾傳感器(17)的底座配件，另一部分是可將紗線的張力轉(zhuǎn)化為磁通量變化的配件，經(jīng)過固定孔(13)組合之后，三個檢測導(dǎo)桿(14)之間互成60度角，其中一個檢測導(dǎo)桿(14)依靠相互平行的兩個金屬彈片(16)固定，在導(dǎo)桿下面有小型磁鐵(15)，磁鐵正對著霍爾傳感器(17)感受磁力線的那一面。
【文檔編號】D04B27/10GK106087230SQ201610531617
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】吳善強, 彭冬冬, 陳莉, 陳建
【申請人】中國計量大學(xué)