一种直驱式单针工业平缝机控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种直驱式单针工业平缝机控制系统，该系统包括处理器、操作板、通信电路、电机驱动电路、电磁阀驱动电路、脚踏板检测电路、位置检测电路、电机、过电流保护电路、电压检测电路、电流检测电路、开关电源、整流电路、脚踏板调速器；系统硬件电路的设计以及软件的设计都采用了模块化的设计，停针速度较快且迅速准确、无滞后，线迹重合度很高，定针缝针数准确，缝纫速度比较稳定；人机操作界面更加人性化、可操作化，克服了传统人机界面只显示英文、数字的缺点，增加了汉字显示。

Direct drive single needle industrial lockstitch sewing machine control system

The invention discloses a sewing machine control system for a direct drive single needle lockstitch, the system includes a processor, operating board, communication circuit, motor drive circuit, solenoid valve drive circuit, pedal detection circuit, position detection circuit, motor, overcurrent protection circuit, voltage detection circuit, current detection circuit, switch power supply, rectifier circuit, pedal sensor; design of system hardware circuit design and software are adopted in modular design, needle speed and quickly and accurately, without delay, stitch a high degree of coincidence, needle needle number accurate, sewing speed is relatively stable; man-machine interface more humane, operation, to overcome the traditional human-computer interface, digital display only English shortcomings, increase Chinese characters display.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种工业平缝机的控制系统，特别是一种直驱式单针工业电 脑平缝机的控制系统。
技术介绍
1.国内外研究现状 随着市场需求的发展，用户对缝纫设备的要求越来越高，直接推动着缝 纫设备控制系统的快速推陈出新。目前，国内外对缝纫机控制系统的研究呈 现如下状况1) 由于直驱式电脑平缝机采用内置的马达直接驱动缝纫机，具有安装 快捷方便、易维护、操作空间加大、缝纫更舒适、整机体积小、运输方便等 优点，所以，直驱式电脑平缝机一经面市，就迅速成为市场上的主流产品， 直驱式电脑控制系统也成为新的研究热点和发展方向。2) 目前，日本的兄弟、重机等国外公司以及台湾的贺欣、鸿鹄等公司 都成功研制了相应的直驱式电脑平缝机控制系统。3) 国内知名的缝纫机厂商都纷纷推出了自己的直驱式电脑平缝机，批 量供应市场，但其控制系统基本都由台湾或国外的公司配套。例如，西安标 准、浙江通宇等公司所生产的GC672系列直驱无油自动剪线平缝机、GC8000 系列直驱微油电脑机等一批新产品。4) 目前，国内尚未开展直驱式电脑缝纫机控制系统的研究，研究热点 还集中在普通型的平缝机控制系统。例如，标准、方正、飞跃、上工等国内 厂商都研制了或联合研制了相应的控制系统，西北工业大学的唐永哲教授提 出了基于196单片机的平缝机电脑控制系统，上海交通大学的赵继敏教授开 发了基于DSP的电脑控制系统，浙江大学的刘峙飞在电脑控制系统中引入了空间电压矢量控制，这些研究都是针对传统的电磁离合器电机或交流调速 电机。缝纫机控制系统的研究发展关键的一点是技术的发展。虽然中国缝纫机 行业近几年得到了长足的发展，生产企业对研发，技术方面等投入相对比较 大，且缝纫机整机生产逐步向中国转移，但与日本等同行相比，研发、技术 方面差距依然很大。2.当前电脑平纫机控制系统存在的缺点 从系统整体上来看，体积笨重、噪音大、速度低、高速控制差、电能消 耗大、成本高；从控制系统电路上来看，干扰严重、元器件成本昂贵、功率器件发热严 重，电路板设计复杂；从应用的电机上来看，主要采用的是离合器电机、感应电动机、伺服电 动机，直流无刷电动机渐渐开始应用到实际中。从中国整个缝纫机控制系统的产品发展来看，产品主要以仿制国外产品 为主，缺乏自主创新。是否需要从仿制逐步转向独立开发、如何逐步进行转 化，在哪些方面首先进行有计划地改进提升，是大部分缝纫机控制系统研发 部门面临的关键战略问题。当前，缺工缺电是国内服装企业所面临的两大困难，服装企业要在激烈 的市场竞争中生存并发展壮大，就必须采用节能高效的先进设备，降低对工 人的要求，所以对于缝纫设备——缝纫机的要求也越来越高，基于此现象， 先后推出了各种各样的电脑工业缝纫机，当前缝纫机控制系统技术的提升、 创新已经成为该领域研究关注热点。
技术实现思路
基于上述当前电脑平缝机控制系统存在的缺点或不足，本专利技术的目的在 于，基于当前的缝纫机控制系统的市场需求和研究技术需求，提供一种直驱式单针工业平缝机控制系统，该系统采用了模块化设计的思想主控制器和 操作板分开，操作板可实现汉字显示，引用永磁式直流无刷电机到缝纫机控 制系统中使得整机体积减小；电路板设计模块化使得各部分功能分割清楚并 且便于产品的维修、更换，程序模块化简化了程序的编写。 为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案 一种直驱式单针工业平缝机控制系统，其特征在于，该系统包括处理器 Ul、操作板、通信电路、电机驱动电路、电磁阀驱动电路、脚踏板检测电 路、电流检测电路、永磁式直流无刷电机、过电流保护电路、电压检测电路、 位置检测电路、开关电源、整流电路、脚踏板调速器；其中，系统由主控制 器和操作板两大部分组成，操作板独自为l块，形成系统的操作板； 操作板与处理器U1通过通信电路进行双向数据传输； 处理器U1分别连接位置检测电路、电机驱动电路、电磁阀驱动电路、 脚踏板检测电路、电压检测电路、电流检测电路；电机分别连接位置检测电路、电机驱动电路、电流检测电路； 电机驱动电路分别与过电流保护电路、整流电路、永磁式直流无刷电机、 处理器U1连接；整流电路与电压检测电路、电机驱动电路相连； 脚踏板调速器与脚踏板检测电路相连；开关电源为整个控制系统提供5V、 12V、 15V、 27V的直流电源； 脚踏板调速器向脚踏板检测电路发送脚踏板位置信号，脚踏板检测电路 对信号进行信号调理后给处理器发送脚踏板位置处理信号；过电流保护电路 主要对电机驱动电路进行保护，处理器对电机驱动电路发送6路驱动信号， 控制调节电机的速度，控制电机按期望速度运动；电流检测电路对电机驱动 电路的电流进行检测，检测信号反馈给处理器进行PID控制形成闭环控制； 位置检测电路对电机位置和速度进行检测，并将信号反馈给处理器，处理器进行PID调节后对电机进行控制，位置检测电路的主要功能是解决永磁式 直流无刷电机的换向问题；电磁阀驱动电路通过处理器给电磁阀驱动电路发 送驱动信号控制各个功能龟磁阀动作。上述的直驱式单针工业平缝机控制系统为多块电路板设计，其中，处理 器、通信电路、电机驱动电路、电磁阀驱动电路、电流检测电路、过电流保 护电路、电压检测电路、整流电路构成控制系统板，脚踏板调速器和脚踏板 检测电路构成脚踏板检测电路板，位置检测电路构成位置检测电路板，开关 电源构成开关电源板，且上述控制系统板、脚踏板检测电路板、位置检测电 路板、开关电源板组成主控制器，操作板独立于主控制器构成系统的操作板。操作板，由LCD、按键，以及驱动电路、处理器U22、外围电路组成； 操作板主要实现LCD显示、按键的处理、缝纫参数的设置保存，与主控制 器连接进行数据、指令、故障信号的双向传输。上述电机驱动电路，由隔离电路、电机驱动芯片U17以及功率管IGBT Q1 Q6形成的单电源供电的全桥驱动电路组成，输出U、 V、 W与电机3 相绕组连接，驱动永磁直流无刷电机正常工作；由于功率管驱动芯片U17 自身的特点，在发生欠压或过流时通过故障信号脚使得驱动芯片停止工作关 断6路驱动输出，达到了自动保护的功能；为了确保电机驱动电路正常运行， 通过一个电流检测电阻R7对全桥驱动电路下桥臂电流进行过电流检测保 护，当过流时，功率管驱动电路会自动关断6路输出，实现过流保护功能。 功率管IGBT的驱动芯片U17的输出L01、 L02、 L03分别串联电阻R33、 R34、 R35后连接逆变桥电路的下桥臂Q4、 Q6、 Q2的栅极，HOl、 H02、 H03分别串联一电阻R30、 R31、 R32连接上桥臂Q1、 Q3、 Q5的栅极，功 率管Ql、 Q3、 Q5源极分别与功率管Q4、 Q6、 Q2的漏极连接，功率管IGBT Ql、 Q3、 Q5的源极分别与直流无刷永磁电动机的U、 V、 W端连接；此外 为防止门极开路或门极损坏时主电路加电损坏IGBT，在栅、射极之间连接电阻R39 R44。驱动芯片U17的输出VS1、 VS2、 VS3分别串联一电阻R36、 R37、 R38连接到上桥臂Q1、 Q3、 Q5的源极，功率管的输出U、 V、 W分 别串联一电阻R45、 R46、 R47与下桥臂的共地端连接。上述电磁阀驱动电路，由UIO、 Q8、 Q9、 QIO、电阻R81、 R82、 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直驱式单针工业平缝机控制系统，其特征在于，该系统包括处理器Ｕ１（１）、操作板（２）、通信电路（３）、电机驱动电路（４）、电磁阀驱动电路（５）、脚踏板检测电路（６）、电流检测电路（７）、永磁式直流无刷电机（８）、过电流保护电路（９）、电压检测电路（１０）、位置检测电路（１１）、开关电源（１２）、整流电路（１３）、脚踏板调速器（１４）；其中，系统由主控制器和操作板两大部分组成，操作板（２）独自为１块，形成系统的操作板；操作板（２）与处理器Ｕ１（１）通过通信电路（２）进行双向数据传输；处理器Ｕ１（１）分别连接位置检测电路（１１）、电机驱动电路（４）、电磁阀驱动电路（５）、脚踏板检测电路（６）、电压检测电路（１０）、电流检测电路（７）；永磁式直流无刷电机（８）分别连接电机驱动电路（４）、位置检测电路（１１）、电流检测电路（７）；电机驱动电路（４）分别与过电流保护电路（９）、整流电路（１３）、永磁无刷式直流无刷电机（８）、处理器（Ｕ１）（１）连接；整流电路（１３）与电压检测电路（１０）相连；脚踏板调速器（１４）与脚踏板检测电路（６）相连；开关电源（１２）为整个控制系统提供５Ｖ、１２Ｖ、１５Ｖ、２７Ｖ的直流电源；脚踏板调速器（１４）向脚踏板检测电路（６）发送脚踏板位置信号，脚踏板检测电路（６）对信号进行信号调理后给处理器Ｕ１（１）发送脚踏板位置处理信号；过电流保护电路（９）主要对电机驱动电路（４）进行保护；处理器Ｕ１（１）对电机驱动电路（４）发送６路驱动信号，调节永磁式直流无刷电机（８）的速度，控制电机（８）按期望速度运动；电流检测电路（７）对永磁式直流无刷电机（８）的绕组上的相电流进行检测，反馈检测信号给处理器Ｕ１（１）进行ＰＩＤ控制形成闭环控制；位置检测电路（１１）对永磁式直流无刷电机（８）转子位置进行检测，并将检测信号反馈给处理器Ｕ１（１）实现对电机的换向信号的处理为电机驱动电路提供正确换相信息；电磁阀驱动电路（５）通过处理器Ｕ１（１）给电磁阀驱动电路（５）发送驱动信号控制各个功能电磁阀动作。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李成，高建民，周秦武，王明娅，艾敏华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[]