專利名稱：一種高速經(jīng)編機(jī)梳櫛橫移的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速經(jīng)編機(jī)梳櫛橫移的控制系統(tǒng)，特別是一種借助超高速現(xiàn)場總線技術(shù) 將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元內(nèi)嵌于現(xiàn)場驅(qū)動單元，并將花型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電子凸輪以替代機(jī)械花盤的 高速經(jīng)編機(jī)橫移控制系統(tǒng)。它適用于經(jīng)編機(jī)的電子橫移控制，尤其是高速經(jīng)編機(jī)的大花高電 子橫移控制。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)編機(jī)電子化進(jìn)程的不斷深入，采用計(jì)算機(jī)和伺服驅(qū)動系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)經(jīng)編機(jī)梳櫛橫移 系統(tǒng)的技術(shù)提升已經(jīng)很普遍，目前經(jīng)編機(jī)電子橫移控制系統(tǒng)有集中式控制和分散式控制兩種， 都是將主軸的位置信號作為唯一的信號源，利用主軸位置信號的周期性變化來驅(qū)動各梳櫛橫 移執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照花型數(shù)據(jù)完成工藝要求的位移，但目前現(xiàn)有技術(shù)的梳櫛橫移控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都 是將核心控制器，即實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元與位于工作現(xiàn)場的伺服驅(qū)動系統(tǒng)分開，這樣作雖然便 于工程實(shí)現(xiàn)，但實(shí)際卻增加了主軸位置信號源到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元的傳輸延遲，這種細(xì)微的 差別從源頭上消耗了本來就極短的橫移時(shí)間，從根本上限制了經(jīng)編機(jī)主軸速度的提高，因此 采用現(xiàn)有技術(shù)的梳櫛橫移控制系統(tǒng)難以適應(yīng)高速經(jīng)編機(jī)的運(yùn)行需求；而對于使用目前機(jī)械花 盤的高速經(jīng)編機(jī)來說，雖然凸輪式機(jī)械花盤良好的光滑外周曲線可以保證很高的機(jī)器主軸轉(zhuǎn) 速，但機(jī)械花盤的外形尺寸大大限制了花型數(shù)據(jù)的長度，不可能實(shí)現(xiàn)高速下大花高工藝的編

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是利用內(nèi)嵌技術(shù)，改變現(xiàn)有經(jīng)編機(jī)梳櫛橫移控制系統(tǒng)中 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元的功能位置，并借助高速實(shí)時(shí)的現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，最大程度減 少信號傳輸延遲，同時(shí)采用電子凸輪模擬機(jī)械花盤技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速下大花高的編織。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是首先，利用總線的分時(shí)復(fù)用技術(shù)，即當(dāng) 傳輸花型數(shù)據(jù)的高速總線(2)上進(jìn)行花型數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，在聯(lián)結(jié)各伺服驅(qū)動單元的超高速現(xiàn)場實(shí) 時(shí)數(shù)據(jù)總線(7)上不進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享，當(dāng)大批量的花型數(shù)據(jù)下載完畢后，超高速現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)總線(7)的數(shù)據(jù)共享功能才正式啟動，這樣即使當(dāng)傳輸花型數(shù)據(jù)的高速總線(2)和超高速現(xiàn)
場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總線(7)采用相同的總線類型且在物理上直接相連，也不會在大批量花型下載和實(shí)200910024570.3
時(shí)數(shù)據(jù)共享時(shí)因帶寬問題而影響總線速度。其次，將上位花型計(jì)算機(jī)(l)只作為花型計(jì)算機(jī)和 監(jiān)控界面，不參與實(shí)時(shí)控制，而將完成本系統(tǒng)內(nèi)所有實(shí)時(shí)運(yùn)算和控制的核心控制器，即實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)處理單元(5)內(nèi)嵌于主伺服驅(qū)動單元(3)內(nèi)部，并借助現(xiàn)場總線的高速實(shí)時(shí)性，將直接送 至主伺服驅(qū)動單元(5)的主軸位置和速度信號在從伺服驅(qū)動單元(4)內(nèi)共享，從而降低因系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)造成的信號傳輸延遲和運(yùn)算滯后，取消了提高主軸轉(zhuǎn)速的瓶頸；同時(shí)，利用伺服驅(qū)動系 統(tǒng)特有的電子凸輪功能，將在經(jīng)編機(jī)機(jī)器主軸開機(jī)前就下載完畢的工藝花型數(shù)據(jù)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 處理單元(5)內(nèi)轉(zhuǎn)換成各伺服驅(qū)動單元的電子凸輪曲線，利用理論上無限大的數(shù)據(jù)存儲空間替 代了外形尺寸受限制的機(jī)械花盤外輪廓長度，從而突破了機(jī)械花盤工藝花高受限制的約束； 利用以上兩大創(chuàng)新性技術(shù)改進(jìn)，突破了普通經(jīng)編機(jī)和高速經(jīng)編機(jī)上梳櫛橫移控制系統(tǒng)各自面 臨的技術(shù)約束，實(shí)現(xiàn)了高速經(jīng)編機(jī)上高速大花高的梳櫛橫移控制。
當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元(5)內(nèi)嵌于主伺服驅(qū)動器(3)內(nèi)部進(jìn)行高速實(shí)時(shí)運(yùn)算時(shí)，考慮到所述 超高速現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總線(7)在進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享時(shí)總線負(fù)荷較大，且傳輸花型數(shù)據(jù)的高速總 線(2)上此時(shí)會有部分無實(shí)時(shí)性要求的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸，為了確保實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸帶寬和數(shù)據(jù)共 享的可靠，從伺服驅(qū)動單元(4)的數(shù)量限定為3套，即由a、 b、 c三套伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī) 組成所述伺服驅(qū)動單元(4)。
作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)，所述傳輸花型數(shù)據(jù)的高速總線(2)和超高速現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總線 (7)分別采用不同的總線類型，即將二者的物理聯(lián)結(jié)完全分開，這樣可從物理介質(zhì)上保證傳輸 花型數(shù)據(jù)的高速總線(2)和超高速現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總線(7)各自的最高帶寬和數(shù)據(jù)速率，在這種 情況下，所述從伺服驅(qū)動單元(4)的數(shù)量最多可擴(kuò)展為7套伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案的控制系統(tǒng)包括存儲花型數(shù)據(jù)并完成監(jiān)控的上位花型計(jì)算機(jī) (1)，傳輸花型數(shù)據(jù)的高速總線(2)，控制各梳櫛橫向移動的主伺服驅(qū)動單元(3)和從伺服驅(qū)動 單元(4)、內(nèi)嵌于主伺服驅(qū)動單元(3)內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元(5)及各1/0卡和通訊卡(6)，各 伺服驅(qū)動單元之間采用超高速現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總線(7)聯(lián)結(jié)，主軸位置絕對編碼器(8)和主軸速 度增量編碼器(9)分別直接與主伺服驅(qū)動單元(3)相連，并為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元(5)的運(yùn)算提供 實(shí)時(shí)的位置和速度信號。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及效果1、核心數(shù)據(jù)處理單元內(nèi)嵌于位于現(xiàn)場層 的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，整個(gè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔高效，性能先進(jìn)穩(wěn)定；2、用電子凸輪模擬機(jī)械花盤， 既實(shí)現(xiàn)了花型工藝的高速連續(xù)運(yùn)行，又突破了機(jī)械花盤安裝尺寸限制工藝花高的約束；


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的控制結(jié)構(gòu)和控制原理進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明控制結(jié)構(gòu)如圖l所示，(l)為存儲花型數(shù)據(jù)并完成監(jiān)控的上位花型計(jì)算機(jī)，(2)為 傳輸花型數(shù)據(jù)的高速總線，(3)為控制梳櫛橫向移動并內(nèi)嵌各種控制卡的主伺服驅(qū)動單元，(4) 為控制余下各梳櫛橫向移動的從伺服驅(qū)動單元，(5)為內(nèi)嵌于主伺服驅(qū)動單元的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理 單元，(6)為內(nèi)嵌于主伺服驅(qū)動單元的各1/0卡和通訊卡，(7)為各伺服驅(qū)動單元之間互聯(lián)的 超高速現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總線，(8)為主軸位置絕對編碼器，(9)為主軸速度增量編碼器。
本發(fā)明控制原理為將大批量工藝花型數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間和大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息的共享時(shí)間 分割成片相互錯(cuò)開，并將工藝花型數(shù)據(jù)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元(l)內(nèi)被預(yù)先處理成主伺服驅(qū)動單 元(3)和從伺服驅(qū)動單元(4)可獨(dú)立使用的電子凸輪曲線，當(dāng)主軸位置絕對編碼器(8)輸出信號 發(fā)生周期性變化時(shí)，主伺服驅(qū)動單元(3)和從伺服驅(qū)動單元(4)內(nèi)的電子凸輪發(fā)生轉(zhuǎn)動，隨主 軸速度增量編碼器(9)的實(shí)時(shí)值不同，實(shí)時(shí)修正凸輪曲線上各點(diǎn)之間的過渡加減速，即用電子 凸輪模擬高速經(jīng)編機(jī)上機(jī)械花盤的運(yùn)行，同時(shí)對電子凸輪上各離散點(diǎn)間的過渡速度實(shí)時(shí)調(diào)整。
本發(fā)明實(shí)施例一為上位花型計(jì)算機(jī)(l)釆用研華工控機(jī)IPC，花型傳輸高速總線(2)采 用雙向IOOM工業(yè)用EtherCat, I/O卡和通訊卡(6)采用EtherCat-Master，主伺服驅(qū)動單元(3) 采用包米勒4000系列伺服驅(qū)動器1臺和2. 0千瓦超低慣量高速伺服電機(jī)1臺，從伺服驅(qū)動單 元(4)采用包米勒3000系列伺服驅(qū)動器3臺和2. 0千瓦超低慣量高速伺服電機(jī)3臺，各驅(qū)動 單元間的高速實(shí)時(shí)現(xiàn)場總線(7)也采用雙向IOOM工業(yè)用EtherCat，主軸位置絕對編碼器(8) 采用SRS50M正余弦編碼器，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元(5)采用包米勒Drive-PLC嵌入卡，整個(gè)經(jīng)編機(jī) 梳櫛橫移控制系統(tǒng)共控制4把梳櫛的高速大花高電子橫移。
本發(fā)明實(shí)施例二為上位花型計(jì)算機(jī)(l)采用研華工控機(jī)IPC,花型傳輸高速總線(2)采 用全雙工CAN通訊，1/0卡和通訊卡(6)采用CANopen—Slave及EtherCat-Master,主伺服驅(qū) 動單元(3)采用包米勒4000系列伺服驅(qū)動器1臺和1. 6千瓦超低慣量高速伺服電機(jī)1臺，從 伺服驅(qū)動單元(4)采用包米勒3000系列伺服驅(qū)動器7臺和1. 6千瓦超低慣量高速伺服電機(jī)7 臺，各驅(qū)動單元間的高速實(shí)時(shí)現(xiàn)場總線(7)采用雙向100M工業(yè)用EtherCat，主軸位置絕對編 碼器(8)采用SRS50M正余弦編碼器，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元(5)采用包米勒Drive-PLC嵌入卡,整 個(gè)經(jīng)編機(jī)梳櫛橫移控制系統(tǒng)共控制8把梳櫛的高速大花高電子橫移。
權(quán)利要求
1、一種高速經(jīng)編機(jī)梳櫛橫移的控制系統(tǒng)，包括上位花型計(jì)算機(jī)(1)、傳輸花型數(shù)據(jù)的高速總線(2)、控制各梳櫛橫向移動的主伺服驅(qū)動單元(3)及從伺服驅(qū)動單元(4)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元(5)、各I/O卡及通訊卡(6)、超高速現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總線(7)、主軸位置絕對編碼器(8)和主軸速度增量編碼器(9)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高速經(jīng)編機(jī)梳櫛橫移的控制系統(tǒng)，其特征在于上位花型計(jì)算 機(jī)(1)由傳輸花型數(shù)據(jù)的髙速總線(2)與主伺服驅(qū)動單元(3)相聯(lián)，主伺服驅(qū)動單元(3)與從伺 服驅(qū)動單元(4)通過超高速現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總線(7)互聯(lián)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元(5)內(nèi)嵌于主伺服驅(qū) 動單元(3)內(nèi)，各I/0卡及通訊卡(6)內(nèi)嵌于主伺服驅(qū)動單元(3)內(nèi)，主軸位置絕對編碼器(8) 和主軸速度增量編碼器(9)通過各I/O卡及通訊卡(6)與主伺服驅(qū)動單元(3)聯(lián)結(jié)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速經(jīng)編機(jī)梳櫛橫移的控制系統(tǒng)，其特征在于所述傳輸花型 數(shù)據(jù)的高速總線(2)與超高速現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總線(7)采用分時(shí)復(fù)用控制，故可選用同種總線類 型，也可選用不同總線類型。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速經(jīng)編機(jī)梳櫛橫移的控制系統(tǒng)，其特征是所述主伺服驅(qū)動 單元(3)包括一臺伺服驅(qū)動器和一臺伺服電機(jī)，從伺服驅(qū)動單元(4)包括三臺伺服驅(qū)動器和三 臺伺服電機(jī)，每臺伺服電機(jī)控制一把梳櫛橫移。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速經(jīng)編機(jī)梳櫛橫移的控制系統(tǒng)，其特征是所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處 理單元(5)內(nèi)嵌于主伺服驅(qū)動單元(3)內(nèi)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元(5)完成系統(tǒng)所有的實(shí)時(shí)運(yùn)算和控 制，是系統(tǒng)的核心控制器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速經(jīng)編機(jī)梳櫛橫移的控制系統(tǒng)，其特征是所述超髙速現(xiàn)場 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總線(7)聯(lián)結(jié)主伺服驅(qū)動單元(3)和從伺服驅(qū)動單元(4)，完成系統(tǒng)內(nèi)所有實(shí)時(shí)信息的 共享傳遞。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速經(jīng)編機(jī)梳櫛橫移的控制系統(tǒng)，其特征是所述上位花型 計(jì)算機(jī)(1)通過傳輸花型數(shù)據(jù)的高速總線(2)將花型數(shù)據(jù)傳輸至主伺服驅(qū)動單元(3)內(nèi)部的實(shí) 時(shí)數(shù)據(jù)處理單元(5),并由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元(5)在主軸開車前完成主伺服驅(qū)動單元(3)和從伺 服驅(qū)動單元(4)的電子凸輪曲線計(jì)算。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的髙速經(jīng)編機(jī)梳櫛橫移的控制系統(tǒng)，其特征是所述主伺服驅(qū)動 單元(3)內(nèi)部的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元(5)利用主軸位置絕對編碼器(8)輸出信號的周期性變化實(shí) 現(xiàn)各伺服驅(qū)動單元所用電子凸輪的高速旋轉(zhuǎn)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速經(jīng)編機(jī)梳櫛橫移的控制系統(tǒng)，其特征是所述主伺服驅(qū)動 單元(3)內(nèi)部的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元(5)利用主軸速度增量編碼器(9)的實(shí)時(shí)值修正各伺服驅(qū)動 單元所用電子凸輪曲線上各點(diǎn)間的過渡加減速，實(shí)現(xiàn)電子凸輪的光滑連續(xù)運(yùn)行。
全文摘要
一種高速經(jīng)編機(jī)梳櫛橫移的控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)包括上位花型計(jì)算機(jī)1、傳輸花型數(shù)據(jù)的高速總線2、控制各梳櫛橫移的主伺服驅(qū)動單元3及從伺服驅(qū)動單元4、內(nèi)嵌于主伺服驅(qū)動單元3內(nèi)的I/O卡和通訊卡6及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理單元5、聯(lián)結(jié)各伺服驅(qū)動單元的超高速現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總線7、主軸位置絕對編碼器8和主軸速度增量編碼器9。所述控制系統(tǒng)中主伺服驅(qū)動單元3利用接收到的花型數(shù)據(jù)，設(shè)置各伺服驅(qū)動單元的電子凸輪曲線，并結(jié)合編碼器8和編碼器9的實(shí)時(shí)值，實(shí)現(xiàn)電子凸輪的高速旋轉(zhuǎn)和凸輪曲線上各點(diǎn)之間的光滑過渡。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡潔，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理完全在伺服驅(qū)動單元內(nèi)完成，利用電子凸輪模擬機(jī)械花盤，機(jī)械沖擊小，性能穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速大花高編織。
文檔編號D04B27/26GK101487168SQ200910024570
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者叢洪蓮, 夏風(fēng)林, 琦 張, 繆旭紅, 蔣高明 申請人:江南大學(xué)