專利名稱：針織專用電器驅動控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種針織專用電器驅動控制系統(tǒng)，主要用于針織機械設備，尤其是高速包縫機、繃縫機直驅伺服控制系統(tǒng)。
背景技術：
我國是世界縫制設備生產(chǎn)大國，約有70%的縫制設備產(chǎn)自中國。我國服裝行業(yè)的縫紉機使用保有量在1000萬臺以上。在這些設備中，約有40%是包縫機和繃縫機，90%以上的設備都是使用傳統(tǒng)離合器電機的電力拖動方式。使用伺服控制系統(tǒng)，相比之下，可以節(jié)能50%-60%、功效提高30%以上。應用于特種縫制設備的伺服控制器，長期以來核心技術都是由發(fā)達國家所壟斷，價格昂貴。企業(yè)要花大量的資金購買伺服控制系統(tǒng)和相關的產(chǎn)品，制約了我國縫制設備機電一體化的發(fā)展和綜合實力提高。隨著服裝行業(yè)的發(fā)展，對生產(chǎn)設備的技術要求越來越高，特別是高檔針織服裝和休閑服裝的生產(chǎn)，對高速、高效、節(jié)能的設備需求量越來越大；而包縫機和繃縫機是針織服裝生產(chǎn)的關鍵設備。從目前市場應用情況看，除了有極少的進口設備外，國內生產(chǎn)基本處于空白。該項技術的研究與應用，對我國的傳統(tǒng)行業(yè)的技術改造、技術進步與發(fā)展、自主技術的發(fā)展有重大的推進作用。
發(fā)明內容本實用新型要解決的技術問題是針對上述存在的問題提供一種結構簡單、體積小的針織專用電器驅動控制系統(tǒng)，降低運轉中傳動環(huán)節(jié)的能量損耗、提高安全系數(shù)，同時能快速起動，精確控制電機停車位置，在待機時不會發(fā)生電機空轉。本實用新型所采用的技術方案是針織專用電器驅動控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括電源輸入電路、電機驅動電路、主控制模塊、伺服控制器部件、人機界面電路和過流制動電路，并且電源輸入電路，其輸出端與電機驅動電路電連接，并向其提供300V的直流電壓；電機驅動電路，由智能功率模塊和高速光耦構成，其中智能功率模塊分別與電源輸入電路和伺服控制器部件連接，高速光耦與主控制模塊連接；主控制模塊，分別與電機驅動模塊、伺服控制器部件、人機界面電路和過流制動電路連接，用于完成信號的接收、運算和指令的輸出，且其內部集成有數(shù)字信號處理器和可編程邏輯陣列；伺服控制器部件，包括有直流伺服電機、光電編碼器和同步器，其中光電編碼器用于感應電機輸出軸的位置和速度，并直接傳輸給數(shù)字信號處理器；同時，伺服控制器部件中的同步器用于感應上下針位，并傳輸給可編程邏輯陣列；人機界面電路，用于完成命令的輸入、顯示以及與主控制模塊的通訊；過流制動電路，其內部集成有開關電源，用于比較從電機驅動電路輸入的采樣電壓與開關電源內部的設定電壓，并將比較結果傳輸至主控制模塊，控制模塊通過指令開啟制動回路，進行制動放電。所述電源輸入電路由一橋式整流電路，以及電連接于其輸出端、且容量為330uF/450V的電容C1和C2組成。所述高速光耦共有六個，分別與數(shù)字信號處理器的六個PWM輸出口連接，六個高速光耦的另一端分別與智能功率模塊的六個輸入口連接。所述光電編碼器通過3個位置信號發(fā)生器產(chǎn)生Sa、Sb、Sc和一個速度信號發(fā)生器產(chǎn)生M-Speed，以得到直流伺服電機轉動特性，并經(jīng)數(shù)據(jù)輸出口 Sa、Sb、Sc、A和B直接傳輸給數(shù)字信號處理器進行運算處理；所述同步器的兩個針位信號輸入口 SYN_UP和SYN_D0WN接收來自直流伺服電機的上下針位信號并傳輸給可編程邏輯陣列。所述用于感應3個位置信號和一個速度信號的光電編碼器和用于感應上下針位信號的霍爾傳感器安裝在同一個線路板上，并裝置于直流伺服電機的轉軸上。所述人機界面電路包括RS485通訊模塊、單片機以及鍵盤和顯示器，單片機的一端與鍵盤和顯示器相連，用于操作和顯示，另一端經(jīng)RS485通訊模塊的RXD和TXD與可編程邏輯陣列進行通訊。所述過流制動電路包括比較器IC1和開關電源，該比較器的一個輸入端IPMC經(jīng)采樣電阻Rt接智能功率模塊的IC驅動芯片，另一個輸入端IPMS接開關電源，其輸出端連接至可編程邏輯陣列。所述直流伺服電機的轉軸依次通過電機傳動嚙合機構和機頭傳動機構連接至縫紉機機頭。所述電機傳動嚙合機構包括通過螺釘與直流伺服電機的轉軸同軸連接的圓柱形過渡件，該過渡件的連接端面上以轉軸為中心均勻布置三個與過渡件一體的插接塊。所述機頭傳動機構與縫紉機轉軸同軸布置，且其中一個端面上開設三個與插接塊相配合的插接槽。本實用新型的有益效果是實用新型以數(shù)字信號處理器、智能功率模塊、可編程邏輯陣列為平臺，設計基于高速多任務調度的驅動系統(tǒng)和智能作業(yè)軟件體系，通過對直驅式高速包縫機、繃縫機的樣機測試，達到SOOOrpm運轉速度、2度的位置精度，遠遠超過縫制設備直接驅動業(yè)界水平(6000rpm)，同時使振動從原來的350 m降低至260 m以下，并減少能量損耗15%以上，解決了特種縫制設備高速運轉情況下速度閉環(huán)控制高實時性、低功耗、噪音控制、電磁干擾抑制、位置控制精度等關鍵技術；配置多種智能化功能，自動完成多項工序，提高縫制運轉工效；縮小了安裝尺寸，節(jié)省原材料，實現(xiàn)整體微型化內嵌式環(huán)保節(jié)能設計，真正實現(xiàn)降低工人勞動強度、改善生產(chǎn)環(huán)境、綠色環(huán)保的目的。本實用新型另外一個明顯的有益效果在于將電機轉軸和縫紉機轉軸直接連接，相對于現(xiàn)有技術來說不僅省去了皮帶傳動等復雜的傳動機構，更降低了運轉中傳動環(huán)節(jié)的能量損耗，減小了運轉時產(chǎn)生的振動，提高了安全系數(shù)，而且由于電機與縫紉機頭直接連接，使得縫紉機可以快速起動，精確控制電機停車位置，在待機時不會發(fā)生電機空轉，節(jié)能省電。

圖I是本實用新型的系統(tǒng)電路框圖。[0024]圖2是本實用新型中直流伺服電機的主視圖。圖3是圖2的俯視圖。圖4是圖2的左視圖。圖5是本實用新型中縫紉機的側面視圖。圖6是圖5的A-A剖視圖。
具體實施方式
如圖I所示，本實施例控制系統(tǒng)由電源輸入電路I、電機驅動電路2、主控制模塊3、伺服控制器部件4、人機界面電路5和過流制動電路6所組成。本實用新型中直驅伺服電機由于采用了電機同軸驅動的模式，將能耗比提升的 同時存在啟動沖擊過大的問題，本例的電機為直流伺服電機，因此在交流輸入后電源輸入電路I中的橋式整流電路1-1將220V的交流電壓轉化為300V的直流電壓，供智能功率模塊2-1使用。對于沖擊過大的問題，本例在橋式整流電路1-1的輸出端連接了 2個容量為330uF/450V的大電容(；和C2，并配合繼電器，作為軟啟動電路，減小啟動時的沖擊電流。所述電機驅動電路2用于驅動直流伺服電機4-1，電機驅動電路由一個智能功率模塊2-1和六個高速光耦2-2構成。其中智能功率模塊2-1型號為IRAMX16UP60A，內部由6個IGBT分別組成3個上橋和3個下橋的橋式電路和一個IC驅動芯片；該智能功率模塊2-1的6個引腳H1N1、H1N2、H1N3、L1N1、L1N2、L1N3分別與六個高速光耦2-2連接，3個三相輸出引腳U、V、W則直流伺服電機4-1。從數(shù)字信號處理器3-1輸出的6個控制信號PWMf PWM6其中3個為3. 3V的高電平信號，3個為OV的低電平信號，該6個信號經(jīng)過6個高速光耦2-2 (型號6N137)隔離后分別周期性的產(chǎn)生3個5V高電平信號和3個0. 2V的低電平信號，信號直接傳輸給智能功率模塊2-1的6個引腳H1N1、H1N2、H1N3、L1N1、L1N2、L1N3,該6路信號經(jīng)過智能功率模塊2-1內的IC驅動芯片分別對6個IGBT產(chǎn)生門極驅動電壓，來依次開通6個IGBT，使在I個相位內，不同路的上下橋2個IGBT導通，使U、V、W三相中的一相輸出驅動電流。如此周期循環(huán)，使上下橋兩兩導通，形成6個相位，并周期按U、V、W三相輸出，來驅動電機。所述主控制模塊3集成了數(shù)字信號處理器3-1 (TMS320F2801)和可編程邏輯陣列3-2。所有的指令輸入的終端都是主控制模塊，主控制模塊通過數(shù)字信號處理器3-1和可編程邏輯陣列3-2完成信號的接收、運算和指令的輸出。本實用新型由于采用了直驅式直流伺服電機4-1，取消了傳統(tǒng)意義上的縫紉機頭的手輪皮帶裝置，同時也改變了原有的I/O控制(同步器針位信號)，而采用光電編碼器4-2和同步器4-3相結合的方式，由光電編碼器4-2感應電機的位置和速度，產(chǎn)生3個位置信號(5&、513、5()和一個速度信號M-Speed，并直接輸出給數(shù)字信號處理器3_1 (輸入到數(shù)字信號處理器的輸入口 Sa、Sb、Sc、A和B)，進行運算處理。同步器4-3是感應上下針位，電機轉動的同時，安裝在軸上的磁鋼，感應霍爾傳感器，產(chǎn)生2個針位信號(SYN_UP和SYN_D0WN)，并傳輸給主控制模塊3中的可編程邏輯陣列3-2(FPGA)。由于兩個感應功能都是同軸轉動來感應信號，因此將這兩個功能塊做于同一個線路板，并安裝在電機轉軸9上。如同所有的電控設備，本實施例也同樣具有人機界面電路5，它包括RS485通訊模塊5-1、單片機5-2 (型號89S52)以及鍵盤和顯示器5_3，鍵盤通過按鍵信號傳遞命令給單片機5-2，同樣單片機5-2產(chǎn)生信號給顯示器5-3完成顯示。單片機5-2通過RS485通訊模塊5-1進行通訊，并產(chǎn)生TXD和RXD的信號給可編程邏輯陣列(FPGA)3-2，完成人機界面電路5和主控制模塊3的通訊。針對直驅電機制動慣量過大的問題，本例添加了過流制動電路6，包括比較器IC1和開關電源6-1。由于智能功率模塊2-1中通過電阻Rt采樣電機的相電流，使電機的電流轉化為電壓信號(IPMC);而開關電源6-1在工作時會產(chǎn)生一個設定的電壓IPMS,通過比較器IC1比較IPMC和IPMS的電壓信號，產(chǎn)生一個電信號IPMFAULT傳輸給可編程邏輯陣列3_2，再通過可編程邏輯陣列3-2傳輸給數(shù)字信號處理器3-1，CPU接受信號后，通過指令開啟制動回路，進行制動放電。本實用新型完成直驅功能在機械上的改進是將電機轉軸9與縫紉機主軸10布置在同一軸線上，電機轉軸9上同軸安裝電機傳動嚙合機構7，縫紉機主軸10上同軸固定與電機傳動嚙合機構7配合連接的機頭傳動機構8。所述電機傳動嚙合機構7包括通過螺釘與電機轉軸9連接的圓柱形過渡件7-1，該過渡件的連接端面上均勻布置三個與過渡件7-1 —體的插接塊7-2，三個插接塊7-2以過渡件7-1連接端面的圓心為中心，均布在過渡件7-1連接端面的邊緣，與之相對應的，機頭傳動機構8上則開設三個與插接塊7-2相配合的插接槽8-1。安裝時，三個插接塊7-2分別插入機頭傳動機構8上的三個插接槽8-1內，保證電機轉軸9在轉動的同時能夠利用相互連接的插接塊7-2和插接槽8-1帶動縫紉機主軸10轉動，帶動縫紉機進行縫制動作。所述電機傳動哨合機構7與直流伺服電機4-1之間設置與電機轉軸9同軸的圓盤形電機固定托臺14，同時在縫紉機頭11上開設與電機固定托臺14相配合的電機定位槽12，該定位槽與縫紉機主軸10同軸布置。安裝時，電機固定托臺14緊靠電機定位槽12，使直流伺服電機4-1和縫紉機頭11緊密連接，并保持在同一水平面上，然后用四顆長軸螺絲13將直流伺服電機4-1和縫紉機頭11固定連接，形成一個完整的直驅電機傳動機構。本實用新型具有廣泛的通用性，可以延伸至輕工、紡織等行業(yè)設備的應用，尤其是傳統(tǒng)行業(yè)的技術改造和技術升級，具有重要意義；同時可帶動相關行業(yè)的發(fā)展和進步。
權利要求1.一種針織專用電器驅動控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括電源輸入電路(I)、電機驅動電路(2)、主控制模塊(3)、伺服控制器部件(4)、人機界面電路(5)和過流制動電路(6)，并且: 電源輸入電路(I )，其輸出端與電機驅動電路(2)電連接，并向其提供300V的直流電壓； 電機驅動電路(2)，由智能功率模塊(2-1)和高速光耦(2-2)構成，其中智能功率模塊(2-1)分別與電源輸入電路(I)和伺服控制器部件(4)連接，高速光耦(2-2)與主控制模塊 (3)連接； 主控制模塊(3)，分別與電機驅動模塊(2)、伺服控制器部件(4)、人機界面電路(5)和過流制動電路(6)連接，用于完成信號的接收、運算和指令的輸出，且其內部集成有數(shù)字信號處理器(3-1)和可編程邏輯陣列(3-2)； 伺服控制器部件(4)，包括有直流伺服電機(4-1)、光電編碼器(4-2)和同步器(4-3)，其中光電編碼器(4-2)用于感應電機輸出軸的位置和速度，并直接傳輸給數(shù)字信號處理器(3-1);同時，伺服控制器部件(4 )中的同步器(4-3 )用于感應上下針位，并傳輸給可編程邏輯陣列(3-2)； 人機界面電路(5)，用于完成命令的輸入、顯示以及與主控制模塊(3)的通訊； 過流制動電路(6)，其內部集成有開關電源(6-1)，用于比較從電機驅動電路(2)輸入的采樣電壓與開關電源(6-1)內部的設定電壓，并將比較結果傳輸至主控制模塊(3)，控制模塊通過指令開啟制動回路，進行制動放電。
2.根據(jù)權利要求I所述的針織專用電器驅動控制系統(tǒng)，其特征在于所述電源輸入電路(I)由一橋式整流電路(1-1)，以及電連接于其輸出端、且容量為330uF/450V的電容C1和C2組成。
3.根據(jù)權利要求I所述的針織專用電器驅動控制系統(tǒng)，其特征在于所述高速光耦(2-2)共有六個，分別與數(shù)字信號處理器(3-1)的六個PWM輸出口連接，六個高速光耦的另一端分別與智能功率模塊(2-1)的六個輸入口連接。
4.根據(jù)權利要求I所述的針織專用電器驅動控制系統(tǒng)，其特征在于所述光電編碼器(4-2)通過3個位置信號發(fā)生器產(chǎn)生位置信號Sa、位置信號Sb、位置信號Sc和一個速度信號發(fā)生器產(chǎn)生速度信號M-Speed，以得到直流伺服電機(4-1)轉動特性，并經(jīng)數(shù)據(jù)輸出口直接傳輸給數(shù)字信號處理器(3-1)進行運算處理；所述同步器(4-3)的針位信號輸入口 SYN_UP和針位信號輸入口 SYN_D0WN接收來自直流伺服電機(4-l)的上下針位信號并傳輸給可編程邏輯陣列(3-2)。
5.根據(jù)權利要求4所述的針織專用電器驅動控制系統(tǒng)，其特征在于所述用于感應3個位置信號和一個速度信號的光電編碼器(4-2 )和用于感應上下針位信號的霍爾傳感器安裝在同一個線路板上，并裝置于直流伺服電機(4-1)的轉軸(9 )上。
6.根據(jù)權利要求I所述的針織專用電器驅動控制系統(tǒng)，其特征在于所述人機界面電路(5)包括RS485通訊模塊(5-1)、單片機(5-2)以及鍵盤和顯示器(5_3)，單片機(5_2)的一端與鍵盤和顯示器(5-3)相連，用于操作和顯示，另一端經(jīng)RS485通訊模塊(5-1)的RXD和TXD與可編程邏輯陣列(3-2)進行通訊。
7.根據(jù)權利要求I所述的針織專用電器驅動控制系統(tǒng)，其特征在于所述過流制動電路(6)包括比較器IC1和開關電源(6-1)，該比較器的一個輸入端IPMC經(jīng)采樣電阻Rt接智能功率模塊(2-1)的IC驅動芯片，另一個輸入端IPMS接開關電源(6-1)，其輸出端連接至可編程邏輯陣列(3-2)。
8.根據(jù)權利要求I所述的針織專用電器驅動控制系統(tǒng)，其特征在于所述直流伺服電機(4-1)的轉軸(9)依次通過電機傳動嚙合機構(7)和機頭傳動機構(8)連接至縫紉機機頭。
9.根據(jù)權利要求8所述的針織專用電器驅動控制系統(tǒng)，其特征在于所述電機傳動嚙合機構(7)包括通過螺釘與直流伺服電機(4-1)的轉軸(9)同軸連接的圓柱形過渡件(7-1)，該過渡件的連接端面上以轉軸(9)為中心均勻布置三個與過渡件(7-1)—體的插接塊(7-2)。
10.根據(jù)權利要求8所述的針織專用電器驅動控制系統(tǒng)，其特征在于所述機頭傳動機構(8)與縫紉機轉軸(10)同軸布置，且其中一個端面上開設三個與插接塊(7-2)相配合的插接槽(8-1)。
專利摘要本實用新型涉及一種針織專用電器驅動控制系統(tǒng)。本實用新型的目的是提供一種結構簡單、體積小的針織專用電器驅動控制系統(tǒng)，降低運轉中傳動環(huán)節(jié)的能量損耗、提高安全系數(shù)，同時能快速起動，精確控制電機停車位置，在待機時不會發(fā)生電機空轉。本實用新型的技術方案是針織專用電器驅動控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括電源輸入電路、電機驅動電路、主控制模塊、伺服控制器部件、人機界面電路和過流制動電路。本實用新型適用于針織機械設備，尤其是高速包縫機、繃縫機直驅伺服控制系統(tǒng)。
文檔編號D05B69/10GK202509240SQ20122004663
公開日2012年10月31日 申請日期2012年2月14日 優(yōu)先權日2012年2月14日
發(fā)明者李志軍, 杞曉航 申請人:杭州暉能自動化技術有限公司