一种智能花式纱线控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种智能花式纱线控制系统，包括上位工控机、下位机PLC控制模块、译码器、数字信号处理模块、显示模块和电机驱动模块；上位工控机和多个下位机PLC控制模块通过串行总线相连；下位机PLC控制模块的高速数据口与数字信号处理模块相连；下位机PLC控制模块的低速数据口与译码器输入端相连；译码器输出端与数字信号处理模块相连；数字处理模块与电机驱动模块相连。本发明专利技术改造于现有的细纱机，通过智能花式纱线控制系统实现多伺服机构协同工作，在下位机采用SPI端口控制信号处理模块实现中后罗拉、空心锭子等机构的协同工作，实现符合花式纱线的生产，具有加工精度更高、新产品开发更简易、更容易实现等特点。

An intelligent fancy yarn control system and method

The invention discloses an intelligent fancy yarn control system, which includes upper industrial computer, lower computer PLC control module, decoder, digital signal processing module, display module and motor drive module, upper industrial computer and multiple lower computer PLC control module are connected by serial bus, and high-speed data of lower computer PLC control module. The interface is connected with the digital signal processing module; the low-speed data interface of the PLC control module of the lower computer is connected with the input end of the decoder; the output end of the decoder is connected with the digital signal processing module; and the digital processing module is connected with the motor drive module. The invention is reformed to the existing spinning frame, realizes multi-servo mechanism cooperative work through intelligent fancy yarn control system, realizes the cooperative work of middle and rear roller, hollow spindle and other mechanisms by adopting SPI port control signal processing module in the lower machine, realizes the production of fancy yarn, has higher processing precision and new product opening. It is simpler and easier to implement.

【技术实现步骤摘要】
一种智能花式纱线控制系统及方法
本专利技术属于信息与自动控制领域，涉及一种智能花式纱线控制系统及方法。
技术介绍
花式纱线是多种原料、多种结构和多种色彩复合而成的，能使织物外观立体感强、风格独特，满足现代人追求美及个性化生活的需求，是当前纺织产品的流行趋势。花式纱线对生产设备的要求相对较高，要求设备具有优异的性能和强大的功能。随着智能制造和工业4.0的快速兴起，花式纱线的生产智能化迫在眉睫，实现花式纱线智能制造是必然趋势。国内大多数花式纱线开发与生产是在传统环锭细纱机或并线机上进行，或在其它纺纱机上加装某种花式纱线的控制装置。进入21世纪，我国花式纱线的生产设备有了较大的发展，花式纱线机从过去的纯机械式发展到目前的部分微电脑控制式。1992年，由中国纺织大学与仪征纺织机械厂协作，陈瑞琪教授牵头研制出了多单片机控制的空心锭花式捻线机，该机的牵伸部分采用三罗拉，外加喷射罗拉，成纱部件采用空心锭，卷绕部分采用槽筒。此项研究在当时纺织机械一体化方面做出了典范。1997年，苏州华飞纺织科技有限公司等单位联合设计制造的微电脑双牵伸双空心锭双卷绕多功能型的花式捻线机别具一格。该机采用单摇架四罗拉双牵伸机构，满足双组分纤维原料、双色粗纱喂入，可生产复合型花式纱线，丰富了产品的花色品种，技术上有创新，取得了多项实用专利。2001年，苏州大学和苏州华飞纺织贸易有限公司联合开发了一种以单片机为核心的花式捻线机控制器，整机共分为CPU及外围电路、电池供电RAM电路、LED显示及操作按键电路、频率(脉冲)输出电路、方向控制电路、频率-电压转换电路以及辅助控制电路，该控制器能够对4根罗拉进行联动运动控制，适合多种花式捻线机使用，初步实现了花式捻线机的机电一体化。2004年，西安工程科技学院的任学勤和王香香应用小针筒织带机采用不同工艺开发生产了睫毛纱、包芯带子纱和彩色麦穗纱等，并详细介绍了纺纱工艺过程，同时指出小针筒织带机的调节方法，提出了生产新型花式纱时应注意的问题。2008年，江南大学的陆丽娜、杜守刚和吴敏等人将夜光长丝作为饰纱原料，利用五罗拉花式捻线机纺制圈圈线、辫子线、结子线等夜光花式纱线，从原料准备、辅助装置设计及工艺参数的设定等方面介绍了纺制夜光花式纱线的技术关键，并探讨了相关工艺参数对花式纱线外观和结构的影响。2010年，江阴职业技术学院的周方颖和周恒磊介绍了桑子纱的形态特点、使用原料、成纱方式，对桑子纱的生产加工过程尤其是生产过程中出现的疵点进行了阐述，又针对这些疵点产生的原因进行了分析，根据分析的结果提出了合理可行的解决措施。2011年，盐城工学院的马志鹏、施延刚和西安工程大学任学勤采用小针筒织带机形式的多功能纺纱小样机纺制了羽毛纱，详细介绍了纺纱工艺原理和工艺过程，探讨了羽毛的密度和长度与其他参数的关系，并且总结了生产羽毛纱的影响因素，认为纺制羽毛纱时主副电动机频率应协调配合，并调节好织针、割刀和导纱钩的位置。同年，武汉纺织大学的叶汶祥和沈小林探讨了粗节波形复合线的纺制方法，分别采用一步法和两步法在花式捻线机上试制出了粗节波形复合线，并进行了对比试验与分析，试验结果表明，一步法所纺的粗节波形复合线较好，外观饱满，手感蓬松柔软。一步法生产流程短，但必须在带有牵伸机构和环锭的空心锭花式捻线机上进行生产。2014年，江苏省纺织工业协会的周燕以圈圈纱花式纱线的强伸性能为研究对象，就影响其强伸性能的各项因素与其它花式纱线进行了对比研究，通过选取不同的原料、纱支、纱线形态、加捻程度等，研究了圈圈纱强伸性能的变化规律。综上所述，目前国内花式纱线机仅能生产一些结构简单、造型与造型之间差别较小的复合产品，尚缺乏国际市场竞争力。生产设备综合性能不高，加工精度不高，影响了最终的成纱速度，仅为国外同类产品的1/4～1/2，低速还造成成纱三角区较大、花型不稳定、生产能力相对低下等问题，新产品的开发难度大、工作量大、周期长。当前中国的大多数企业都想成为工业4.0的先行者，工业4.0核心是智能制造。但目前的纺织厂在生产复合花式纱线中实现智能化仍存在很多问题：一是自动化程度低，二是专业化与信息化融合程度低。对于纺织行业而言，若智能化与纺纱不融合，将无法实现复合花式纱线市场变化快速性和多样性的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种花式纱线控制系统及方法，以解决花式纱线控制系统的控制精度不高和单机控制自动化程度低的问题。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种智能花式纱线控制系统，包括上位工控机、下位机PLC控制模块、译码器、数字信号处理模块、显示模块和电机驱动模块；上位工控机和多个下位机PLC控制模块通过串行总线相连；下位机PLC控制模块的高速数据口与数字信号处理模块相连，用于控制各罗拉电机转速，给数字信号处理模块发出数据信息；下位机PLC控制模块的低速数据口与译码器输入端相连，用于选通各路数据信号处理模块，进行每一路控制数据设置；译码器输出端与数字信号处理模块相连；数字处理模块与电机驱动模块相连，数字处理模块输出的数字脉冲，控制电机驱动模块。进一步地，所述上位工控机的人机界面使用台达DOP-B系列触摸屏，上位工控机与触摸屏连接完成显示及设置功能，用于设置花式纱线参数，将伺服电机运动控制指令经总线传输到下位机PLC。进一步地，所述下位机PLC控制模块使用台达系列PLC，通过串行485总线与上位工控机相连。进一步地，所述下位机PLC控制模块用于中后罗拉伺服电机的伺服控制，通过模拟量控制模块读取电机转速检测传感器来控制伺服电机转速，通过对伺服电机编码器信号的处理可计算出罗拉的转速，再根据上位机传输过来的工艺设置参数，通过伺服控制算法，控制数字信号处理模块输出脉冲信号和模拟信号控制伺服电机。除了基本的控制功能以外，控制器还有启动停机、整机联动调速、纱锭成型等辅助控制功能。进一步地，所述数字信号处理模块采用可编程波形发生芯片AD9833，其采用DDS技术、功耗低、外围电路简单；AD9833通过SPI接口和下位机PLC控制模块的高速数据输出端口相连，通过设置控制寄存器的值生成控制伺服电机的0～200kHz数字脉冲。AD9833与PLC的连接图如图3所示，数字脉冲从AD9833的VOUT引脚输出。进一步地，所述电机驱动模块采用功率放大运算芯片OPA541完成，可以完成双向功放功率放大，输入电压范围为-1V-10V，输出脉冲频率为20KHz。OPA541是一款功率放大集成块，该模块功率带宽为70KHz，输出功率在20W以上。本专利技术还提供了一种智能花式纱线控制方法，包括以下步骤：步骤1、将上位工控机和多个下位机PLC控制模块通过串行总线相连；通过上位工控机的控制界面设置复合花式纱线参数，并将复合花式纱线参数转换为对应的运动控制指令经总线传输到下位机PLC控制模块1；步骤2、下位机PLC控制模块根据步骤1得到的运动控制指令，通过20KHz的低速数据输出端口Y4、Y5、Y6输入译码器74LS138选择控制对象，由74LS138的Y0到Y7当中的一个输出端口输出低电平信号输入数字信号处理模块AD9833芯片的端口FSYNC进行使能；步骤3、下位机PLC控制模块由Y0与数字信号处理模块AD9833芯片的同步时钟输入端口SCLK相连，输出100KHz同步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能花式纱线控制系统，其特征在于：包括上位工控机、下位机PLC控制模块、译码器、数字信号处理模块、显示模块和电机驱动模块；上位工控机和多个下位机PLC控制模块通过串行总线相连；下位机PLC控制模块的高速数据口与数字信号处理模块相连，用于控制各罗拉电机转速，给数字信号处理模块发出数据信息；下位机PLC控制模块的低速数据口与译码器输入端相连，用于选通各路数据信号处理模块，进行每一路控制数据设置；译码器输出端与数字信号处理模块相连；数字处理模块与电机驱动模块相连，数字处理模块输出的数字脉冲，控制电机驱动模块。

【技术特征摘要】
1.一种智能花式纱线控制系统，其特征在于：包括上位工控机、下位机PLC控制模块、译码器、数字信号处理模块、显示模块和电机驱动模块；上位工控机和多个下位机PLC控制模块通过串行总线相连；下位机PLC控制模块的高速数据口与数字信号处理模块相连，用于控制各罗拉电机转速，给数字信号处理模块发出数据信息；下位机PLC控制模块的低速数据口与译码器输入端相连，用于选通各路数据信号处理模块，进行每一路控制数据设置；译码器输出端与数字信号处理模块相连；数字处理模块与电机驱动模块相连，数字处理模块输出的数字脉冲，控制电机驱动模块。2.如权利要求1所述的一种智能花式纱线控制系统，其特征在于：所述上位工控机的人机界面使用台达DOP-B系列触摸屏，上位工控机与触摸屏连接完成显示及设置功能，用于设置花式纱线参数，将伺服电机运动控制指令经总线传输到下位机PLC。3.如权利要求1所述的一种智能花式纱线控制系统，其特征在于：所述下位机PLC控制模块使用台达系列PLC，通过串行485总线与上位工控机相连。4.如权利要求1所述的一种智能花式纱线控制系统，其特征在于：所述下位机PLC控制模块用于中后罗拉伺服电机的伺服控制，通过模拟量控制模块读取电机转速检测传感器来控制伺服电机转速，通过对伺服电机编码器信号的处理可计算出罗拉的转速，再根据上位机传输过来的工艺设置参数，通过伺服控制算法，控制数字信号处理模块输出脉冲信号和模拟信号控制伺服电机。5.如权利要求1所述的一种智能花式纱线控制系统，其特征在于：所述数字信号处理模块采用可编程波形发生芯片AD9833，AD9833通过SPI接口和下位机PLC控制模块的高速数...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锦妮，廉继红，王延年，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61