ARM和DSP设计的竹节纱控制系统伺服控制器方案
16:07:22来源: 互联网
&&& ARM微处理器具有体积小、低功耗、低成本、高性能的特点，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位／16位微控制器基。提出了挑战。ARM微处理器及技术应用到了许多不同的领域，如工业控制领域、无线电通讯领域、网譬络应用、消费类电子产品以及数字成象与安全产品当中，凭借其优点将来还会得到更加广泛的应用。显本文通过分析竹节纱装置的工艺要求，设计了具有竹独立控制结构的永磁同步电机伺服控制系统，由ARM和触摸屏构成控制器，并在ARM核中移植嵌入式操作系统Windows CE，使其具有图形化的人机丕界面操作功能，支持触摸操作，可以方便快捷地进行j系统参数和工艺控制参数的设置，而且可以动态显示控制系统当前的运行状态；以DSP为核心的驱动i器完成永磁同步电动机的控制整个系统采用高级诨!计算机语言进行编程，可以较容易实现所需的工业与生产控制要求。
&1 竹节纱生产的工艺要求
&&& 在纺纱过程中通过改变瞬时牵伸倍数或增加附加纤维，使在纱线长度方向上产生符合一定要求的粗节的纱线称为竹节纱，其中所产生的粗节称为竹节，两粗节之间的纱线称为基纱。如图1所示，L1、L3为基纱节长，L2、L4 为竹节节长，D为基纱直径，D1、D2 为竹节直径。目前一般采用变牵伸倍数的方法生产竹节纱，用伺服电动机单独驱动中、后罗拉，改变中、后罗拉与前罗拉的转速比就能改变纱线的牵伸倍数即纱线的粗细，控制伺服电动机转过的角度即可控制纱线的长度。
&&& 由于前罗拉的速度因工艺需求及外部原因发生变化，为保持给定的转速比，中、后罗拉的速度必须跟随前罗拉的变化。将每圈脉冲数为Ⅳf的正交编码器与前罗拉联结，测速周期 秒内计数器读得的编码器脉冲数为rb (计数器工作于4倍频方式)，则前罗拉的转速为：
中、后罗拉的基本转速为：
式中：c为牵伸倍数；η为牵伸效率；e为中、后罗拉与前罗拉的转速比，当中、后罗拉以此速度运行时，所纺纱的直径便为基纱直径。通常用中、后罗拉的转速与基本转速的百分比口，aj(j=1，2，?)表示某一节纱与基纱直径的比，乘以伺服电动机所联减速齿轮箱的速比i可得伺服电动机的速度：
将式(1)、式(2)代入式(3)得到伺服电动机速度：
设前罗拉直径为d ，则前罗拉的周长为πd，为获得长度为，Lj(j=1，2，?)的节纱，前罗拉应旋转。由式(1)和式(4)可知，伺服电动机与前罗拉的转速比为 ，因此伺服电动机应旋转。若伺服电动机正交编码器每圈脉冲数为N ，DSP中的计数单元工作于4倍频方式，则伺服电动机转过相应转数计数得的脉冲数为：
2& 伺服系统的设计
&&& 根据竹节纱生产工艺要求设计的伺服系统结构框图如图2所示。控制器主要由ARM和触摸液晶屏组成，并辅以其它外围电路。以ARM为核心的控制器需要完成系统参数及工艺参数的输入、工艺过程显示、密码设置、报警等功能。控制器接收系统的输入量如机器的高速运行信号、低速运行信号、紧急停车信号，输出系统控制信号如竹节纱指示、伺服系统准备好、系统故障等信号；为测量前罗拉的转速，前罗拉编码器的A、 正交信号也输入到控制器当中，控制器根据相关参数实时计算出应发给驱动器的脉冲的周期与个数，驱动器根据脉冲周期与个数控制永磁同步伺服电机的速度和转过的角度，以此带动中、后罗拉运转。只要控制器能连续给驱动器发出脉冲，永磁电动机便能够连续的运转。控制器使用Modbus协议，与驱动器中的DSP进行串行通讯，接收DSP送来的运行参数，如电机的实际转速、电流等。
2．1基于ARM的控制器
&&& 控制器选用三星公司的S3C2440作为控制芯片，其内核为ARM公司的ARM920T处理器核，属于32位微控制器。片内集成了丰富的功能模块，如USB接口、LCD控制器、ADC和DAC、DSP协处理器等，既可简化系统设计，又能提高系统可靠性。图3为采用该芯片设计的竹节纱伺服系统控制器。触摸液晶屏选用四线5．7英寸模拟屏，EEPROM用于储存现场设置的参数。
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编辑：什么鱼
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北京航空航天大学教授，20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。基于ARM和DSP的竹节纱控制系统伺服控制器_百度文库
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基于ARM和DSP的竹节纱控制系统伺服控制器
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&&基于ARM和DSP的竹节纱控制系统伺服控制器
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&&&CCZ装置轻松搞定多种花式纱
CCZ装置轻松搞定多种花式纱
14:47:32来源：中国纺织报
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　　花式纱由于其结构特殊，形态各异，用它织成的织物立体感强，富有时尚感，广受消费者喜爱。但大多花式纱线生产设备与装置功能单一，一台设备只能生产一种花式纱线，限制了花式纱线的发展。江苏无锡恒久电器技术公司生产的CCZ花式纱装置可生产多种花式纱线，实现了一机多用，受到国内外用户的高度关注。　　从20世纪80年代开始，为了适应市场及用户对花式纱线的要求，国内开始引进和制造了许多花式纱线生产设备与装置，但大多数设备或装置功能单一，一台设备只能生产一种花式纱线，如用空芯锭子生产的尼尔纱，通过改造细纱机生产的竹节纱等。从各种花式纱线机控制原理分析，由于受到当时技术的限制，只采用机械控制手段，以至于一台花式纱线设备不能生产多个品种的纱线。　　江苏无锡恒久电器技术公司从20世纪90年代开始就着手开发研究花式纱线生产设备与装置，在分析国内外花式纱线机优缺点的基础上，依靠公司的研发团队先后推出了CCZ花式纱装置的I型、II型、III型等设备。其共同特点是：充分利用现有环锭细纱机并进行改造，配套花式纱装置。在花式纱生产控制系统中采用了智能化编程，数字式控制罗拉传动，从单伺服电机发展到目前多台伺服电机来控制各根罗拉动作，从而在一台细纱机上实现多品种生产。尤其是最近推出的CCZ-VIT花式纱装置，创新应用了数字化、智能化、程控化等新技术，在改造后的环锭细纱机上应用，已生产出6种特色花式纱线，有竹节纱、段彩纱、渐变式波浪竹节纱、波浪式段彩纱、波浪式节中节竹节纱、波浪式节中节段彩纱，实现了一机多用。　　CCZ装置可生产多种竹节纱与段彩纱　　传统型竹节纱，节粗、节长、节距可任意设计，有规律、无规律均可。传统型段彩纱用两根粗纱分别从中后罗拉喂入，其中中罗拉匀速，后罗拉间歇喂入，产生时续时断的段彩效果。渐变式波浪竹节纱，在一个定长的竹节上通过伺服电机控制改变形状来纺制，期间有波浪变化。渐变式波浪段彩纱，在渐变式波浪竹节纱基础上通过另一根粗纱从后罗拉时断时续喂入，在竹节纱段上增加段彩形状。波浪式节中节竹节纱是指在波浪式竹节上通过伺服电机控制再加一个竹节，呈现出节中节风格。波浪式节中节段彩纱是在波浪式竹节纱基础上，通过另一根粗纱，从后罗拉的时续时断喂入，从而在节中节上形成段彩风格。　　纺制普通竹节纱时，节形变化通过屏幕上的节形参数进行微调。有的竹节形状需要平坦，有的竹节形状需要陡些，这需根据市场来样纺制。市场上的竹节纱，一般竹节倍率是固定的，除了节形部分，一个竹节整体粗度是一致的。还可以开发一个竹节从头部到尾部像抛物线方式的变化，即较长的竹节纱慢慢过度到某一高点再缓慢地回到基纱，或者在同一个竹节上有起有伏，对于长竹节可以满足要求。　　在纺制段彩纱时，中罗拉用一台伺服电机传动，后罗拉由另一台伺服电机单独传动。用中罗拉纺渐变竹节纱时，后罗拉将粗纱间歇喂入，既能生成竹节中部有彩节的纱，也可以生成后部有彩节的纱。段彩竹节粗度随时变化，只要认真分析，就能纺出市场需要的特色纱。　　正确安装导纱喇叭头避免产生不良现象　　连体双眼导纱喇叭头是段彩纱装置配套设计研制的专用件，正确安装与否，会影响使用效果。　　双眼大孔口朝上，小孔朝下，不能颠倒反向，否则会使通道对粗纱条的牵引阻力变大，甚至导致粗纱条无法通过。连体双眼喇叭头的双耳卡口应卡住小铁辊两侧。在双耳卡住小铁辊芯轴前，将连体双眼喇叭头中腔对准塑料上销的尾端，再发力推入，使喇叭头中腔及双耳都卡住塑料上销尾端和小铁辊芯轴，确保喇叭头的安装高度定位。如不按上述安装方法，会出现各种不良现象，如粗纱条拉断、段彩粗纱条被阻等。常见的安装不良是塑料上销尾端没有插入喇叭头中腔内，使得喇叭头安装位置高低无法定位，不是过高就是过低。　　建议粗纱定量稍微轻一些，以便于粗纱在喇叭头中顺利通过。　　用好驱动器、伺服电机保证产品品质　　CCZ花式纱装置利用显示屏进行人机对话，把各种纺纱工艺参数写入PLC编程器。PLC编程器根据编程发指令给驱动器，再由驱动器控制伺服电机，实现了闭环式自动调速。伺服电机是按事先确定的一连串要求进行运转。正确用好伺服电机很重要，否则会影响段彩纱、竹节纱的品质和正常生产。如对驱动器、伺服电机认识不够，常会发生参数设置不恰当和接地不良等现象，要引起重视。　　参数设置不恰当有两种情况，一是纺纱工艺参数设置不恰当，二是驱动器参数设置不恰当。任何一种参数设置不恰当，都会造成或引起伺服电机执行偏差，甚至报警。　　所谓接地，是指PLC、驱动器、伺服电机的金属外壳接地。在自动系统中，抗干扰很重要，如果接地不良会影响抗干扰能力。在伺服电机工作场地，难免有干扰源存在，不可避免地受到外界杂信号干扰，影响到伺服电机的执行能力。多数电子产品都有抗干扰要求，驱动器、伺服电机也不例外。驱动器、伺服电机的抗干扰预防措施之一便是接地，必须切实做到。若不接地或接地不良，不但影响抗干扰能力，还有可能引发触电事故。　　用好驱动器、伺服电机就必须严格按使用说明书规定去做，其中包括它们的连接、设定及调整等。所以在使用前，要对驱动器、伺服电机的性能作用有清楚的认识，这对用好CCZ系列花式纱装置也有很好的帮助。伺服电机是目前电动驱动中技术领先的高端产品。CCZ系列花式纱装置应用了该技术，确保了该装置的先进性、可靠性和稳定性，也成为传统纺竹节纱装置的更新换代产品。驱动器与伺服电机只能是一对一的配套使用，如果更换驱动器或伺服电机，应是相同型号，必须使用指定的组合。切勿在主电源侧用电磁接触器进行电动机的运转和停止，不要频繁地开关驱动器主电源。建议采用 220V照明电源作为驱动器主电源。如果采用380V三相电中的A、B、C相中一相与地线作为220V主电源，会造成380V三相电源不平衡，而且极不安全。　　不同生产厂家的驱动器，其参数设置方法也不同，要参照说明书提示进行设置。在设置前要了解参数清单内容，不能盲目修改。一般需重新设置的参数不多，而且都在基本设定项中，其它均可用标准出厂设定值。　　为防止标准出厂设定值有误而影响正常使用，建议先一键恢复全部标准出厂值，然后逐一修改需要的参数值即可。如旋转方向、控制模式、实时自动调整、实时自动调整机器刚性、电机每旋转1次的指令脉冲数等，在基本设定项中都能找到，可以根据实际重新设置，不然会造成设置不恰当。　　总之，用好驱动器、伺服电机是用好CCZ系列花式纱装置的基础，在此基础上，掌握和使用纺纱工艺参数设置便得心应手，才能提高工作效率，纺好花式纱线。　　后区牵伸改造杜绝段彩纱拖尾　　段彩纱拖尾是段彩纱生产中较常出现的问题。产生段彩纱拖尾主要有两方面原因。　　一是机械传动问题。有的是在PLC程序控制软件上存在缺陷，没能及时控制后罗拉的启动与停止。虽然“停止”信号发出，但有微弱的脉冲信号余波存在，使驱动器和伺服电机仍以极微弱的驱动传动后罗拉，从而产生拖尾。另一种情况是，虽然PLC对微弱脉冲信号余波滤波良好，但由于驱动器刚性扭矩参数设置不合理，也会产生拖尾。为避免伺服电机在启动与停止瞬间产生振动，一般都采用低值。刚性设定值变高，则速度应答性变高，伺服刚性也提高，但变得容易产生电机振动。所以，在确认动作的同时，应将低值变更为高值。还有，驱动器惯性比参数设定不正确时，也会影响后罗拉转动惯量。该参数需要根据实际负载惯量进行实时调整。　　二是原棉与工艺设计问题。原棉及工艺设计属于同一问题，就是如何有效控制浮游纤维问题。如果纤维长度整齐度差，离散系数大，后区工艺又难以有效控制浮游纤维，就会产生拖尾。拖尾有两种现象，一是不该有段彩的纱段上出现段彩，另一种是段彩纱段部分有拖尾。前者肯定是由失控的浮游纤维产生。后者产生原因较复杂，机械传动问题和浮游纤维都有可能产生拖尾现象。　　要杜绝拖尾现象发生，既要在软件上预防，又要在工艺上满足段彩纱加工的特殊要求，可以进行后区牵伸改造。　　方案一的改造对浮游纤维控制十分有利，但改造较麻烦，改造费用高。由于原后罗拉表面呈斜纹滚花，存在一定轴向推力，如果不更换网纹滚花罗拉，下皮圈在运转过程中极易产生跑偏。所以，必须换成与中罗拉一样的网纹罗拉，才能克服下皮圈跑偏问题。　　上销结合件可以采用原前区牵伸的上销结合件，用来替代后皮辊即可，改造十分简单方便。下销结合件可以采用原前区牵伸的下销，但下皮圈长度须定制。由于各机型的后罗拉直径不同，各企业应根据细纱机型号自行改造，也可定做。保留原后罗拉滑座不变的同时，加装下销座，否则，无法固定下销。　　方案二对方案一略有改进，不使用下皮圈，不必更换网纹滚花罗拉，原后罗拉仍可使用，但要求下销工作面保持光滑。　　笔者认为采用方案二较为经济合理。经过后区牵伸改造后，不但能解决段彩纱拖尾，而且改纺普通平纱（无竹节、无段彩）时，双区双皮圈牵伸也比单区双皮圈牵伸好，对成纱条干质量的提高亦有利。此外，还可以尽可能减小后区罗拉隔距，这对减少拖尾也有帮助，但不能杜绝段彩纱拖尾。　　无锡恒久电器技术有限公司在纺好各式竹节纱与段彩纱方面积累了一定经验，目前已为全国近两千个厂家提供了纺纱服务，纺出的产品出口到韩国、日本、美国等市场；同时该装置也出口达东南亚等国，深受客户喜爱。
责任编辑：张燕
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★ 利用可控触屏作为操作界面，操作系统采用windows多级中文菜单方式，简单易学，形象生动&
　　★ 采用快速跟踪前罗拉速度，进口伺服电机快速旋转定位，使得中后罗拉能够极快的并且精确的与前罗拉保持同步，确保竹节纱得节长，节距以及粗度得一致性和稳定性。&
　　★ 该装置具有超大得内存容量，能够为用户提供最多达200个品种存储，如此之多的工艺存储为用户随心所欲地进行设定，查询和调用，无需另外手工记忆。&
　　★ 能够轻松实现正常纱和竹节纱之间的相互切换。纺制竹节纱时有有规律，无规律，随机，模糊等多种模式可以选择。
　　★ 智能软件时时记忆生产过程中的状态，即使开关车和中途停车也不影响竹节得产生，并且不产生不符合要求的竹节和基纱。&
　　★ 如果细纱机或控制器出现故障，该控制器会自动停车，及时把故障原因和排除方法在触摸屏上通过中文的形式显示出来，使你能尽快地排除故障。
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