步進電動驅動繞線機的設計【文獻綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設計開題報告</b></p><p>　　機械設計制造及自動化</p><p>　　步進電動驅動繞線機的設計</p><p><b>　　1前言部分</b></p><p>　　隨著我國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，國民經(jīng)濟各領域對紡織產(chǎn)品的需求日益擴大，紡織制造業(yè)對絲線、毛線的

2、質量要求也越來越高。絲線、毛線的質量好壞、直接關系到下道工序能否順利進行，特別是超細規(guī)格的絲線、毛線制成品對卷取排線的質量要求很高；為在繞排過程中使絲線、毛線疏密均勻、松緊適度、整齊美觀的排列在工字盤上，必須保持張力受限下的恒線速度卷取[1]。目前國內(nèi)使用的繞線機械，卷取主軸多用力矩電機驅動，排線機構與主軸采用機械齒合傳動的硬耦合連接，通過絲杠或光桿帶動導線器左右平移、依靠齒輪或電磁鐵的離合動作實現(xiàn)換向，達到往復排線的工藝要求。這種純機

3、械耦合機構存在零件加工和裝配復雜、因頻繁換向導致機械磨損大、噪聲大、排線精度降低[2]。</p><p>　　此外，由于絲線的規(guī)格品種繁多，每次改變品種規(guī)格、都要重新調整繞線機的機械參數(shù)，甚至更換機械零件，一套排線機構無法同時滿足對不同規(guī)格絲線的繞排線需要?；诖?，我們提出了本課題的研究。</p><p>　　本文介紹一種新型繞線裝置，利用先進的數(shù)字控制技術，將繞線主軸的卷取傳動與排線器的

4、往復傳動機械解耦，分別用兩只電機獨立驅動、實現(xiàn)對繞線與排線軸的柔性連接。兩只電機的速度控制設置成主一從方式，即：排線步進電機作為從動機，其轉速跟隨繞線主軸電機同步運行。采用FX2N一32MT可編程序控制器、脈沖測速碼盤及光電傳感器控制，檢測步進電機的工況，實現(xiàn)了計算機數(shù)字控制和柔性化參數(shù)設置[3]。新系統(tǒng)具有：穩(wěn)定、準確、靈活、快速的特點，適用于對各種規(guī)格絲線的繞排線控制。</p><p><b>　　

5、2主題部分</b></p><p>　　繞線機發(fā)展經(jīng)歷了多次技術革新，從早期的手搖式繞線機到現(xiàn)在的采用高精度控制系統(tǒng)的全自動型，不光是效率和性能得到了大幅的提升，線圈繞線機的自動化程度也越來越高。在整個線圈繞線機發(fā)展歷程中大致可分為三個階段。即簡易控制系統(tǒng)，CNC控制系統(tǒng)、伺服高精度控制三個階段。</p><p><b>　　一、簡易控制系統(tǒng)</b><

6、;/p><p>　　該系統(tǒng)應用于早期的簡易數(shù)控線圈繞線機中，功能非常簡單，僅能實現(xiàn)電子計數(shù)，產(chǎn)量累計、主軸正反向控制等簡易功能，核心控制單元一般都采用單片機。</p><p><b>　　二、CNC控制系統(tǒng)</b></p><p>　　CNC控制系統(tǒng)，也就是我們?nèi)粘Ｋf的全自動數(shù)控繞線機，經(jīng)過了幾年的技術消化和投入，CNC控制器是目前線圈繞線機使用

7、最多的控制器，其優(yōu)越的擴展性能使CNC線圈繞線機的分類非常多，有單軸，多軸等。</p><p>　　三、伺服高精度控制系統(tǒng)</p><p>　　高精度控制系統(tǒng)的出現(xiàn)是為了滿足現(xiàn)代高品質漆包線線圈的要求，由于系統(tǒng)采用了雙伺服加PLC的設計，其控制精度要遠遠高于普通線圈繞線機的，PLC控制單元使繞線機的功能自定義性更強，常用于超細線的線圈加工和高精度要求的線圈加工[4]。</p>

8、<p>　　目前我國繞線機行業(yè)處于非常困難的時期，如何才能使整個行業(yè)從技術的互相模仿與殘酷的價格戰(zhàn)等困境中脫身而出？從業(yè)企業(yè)只有放下急于求成的心態(tài)，從基礎理論、新技術研發(fā)等領域出發(fā)，一絲不茍地修煉自己的自主創(chuàng)新能力。</p><p>　　繞線機結合了機械、傳動、電氣控制等多方面的技術，所以基礎理論研究是開發(fā)新技術的基礎，只有核心技術的發(fā)展才能推動繞線設備的進步，各方面為技術開發(fā)做努力，這樣才會使我國的

9、繞線設備逐步走上自主創(chuàng)新的道路。</p><p>　　國產(chǎn)的繞線機自動化水平低、控制手段落后是普遍存在的問題。只能應用于繞線要求相對不高的場合，高端設備都有日本、瑞士、德國等進口設備占領市場，而國產(chǎn)設備只能在很小的市場份額里以低價來爭得客戶， 分析我國繞線機市場目前處于高速發(fā)展的時期，相反我國的繞線機生產(chǎn)企業(yè)的處境卻相當?shù)钠D難，不難看出，極大的市場份額都是進口設備，在國內(nèi)市場獲得高利潤的回報，在新機型的開發(fā)上就有

10、了強大的資金保障，而我們國內(nèi)企業(yè)的銷售利潤偏低，去掉銷售環(huán)節(jié)中存在的費用，留給企業(yè)的回報已經(jīng)所剩無及了，所以不斷的提升自主創(chuàng)新能力，才能市場份額較大的中高端市場，來打破目前的艱難局面[5]。</p><p>　　繞線機是紡織業(yè)中的主要加工設備，繞線機的質量、數(shù)量及自動化水平，直接影響整個紡織業(yè)的發(fā)展；繞線機的自動化水平對提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量，減輕操作人員的體力勞動等方面都起到極為重要的作用。</p>

11、<p>　　先進的機械制造技術能在很大程度上提高繞線機的自動化水平。機械制造技術是研究產(chǎn)品設計、生產(chǎn)、加工制造、銷售使用、維修服務乃至回收再生的整個過程的工程學科,是以提高質量、效益、競爭力為目標,包含物質流、信息流和能量流的完整的系統(tǒng)工程。隨著社會的發(fā)展,人們對產(chǎn)品的要求也發(fā)生了很大變化,要求品種要多樣、更新要快捷、質量要高檔、使用要方便、價格要合理、外形要美觀、自動化程度要高、售后服務要好、要滿足人們越來越高的要求,就

12、必須采用先進的機械制造技術[6]。</p><p>　　目前高端繞線機普遍采用PLC作為控制系統(tǒng)，它的應用實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進步；通過一臺PLC完成對運動控制、過程控制、及集散控制等各種任務，如今PLC正在成為工業(yè)控制領域的主流控制設備，在各個行業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。</p><p>　　PLC具有很強的抗干擾能力及高可靠性，這點對繞線設備非常重要，設備的穩(wěn)定性很大程度上依賴于電

13、氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，PLC和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障率也就大大降低了；如今的繞線設備由于加工特性的關系，其控制功能和要求都不相同，PLC很好的滿足了設備的要求，如今功能單元大量出現(xiàn)，使PLC可以同時應用于位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中，在研發(fā)繞線設備時通常都需要定制控制系統(tǒng)，由于PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮

14、短[7]。在繞線設備中控制系統(tǒng)中PLC的使用情況大致可歸納為如下幾類： 1、開關量的邏輯控制  這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制。 2、模擬量控制   在繞線設備生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如速度、圈數(shù)、排線桿位置等都是模擬量，PLC將以上數(shù)據(jù)采集后加以運算。 3、運動控制  如今的繞線機都配置有步進電機或伺服電機，可

15、以通過PLC直接對這些執(zhí)行單元進行驅動控制[8]。</p><p><b>　　3 總結部分</b></p><p>　　利用PLC豐富、靈活的編程指令，可預先編制卷取速度控制程序，并寫入PLC的ROM中。生產(chǎn)中只要設定不同規(guī)格的針布片厚、用脈沖旋轉編碼器PG檢測線速度口、并計數(shù)換層信號，PLC就可按預先編制的程序控制卷取速度咒，達到恒線速度卷取的目的。由于步進電機可

16、直接數(shù)字控制，無需反饋以速度開環(huán)方式工作，無累積定位誤差，控制精度高，因此被廣泛用于數(shù)字控制系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)。而可編程序控制器(PLC)是一種適于工業(yè)現(xiàn)場控制的、由單片計算機(CPU)、外圍大規(guī)模集成電路(LSI)、系統(tǒng)軟件及I／O接口等構成的新型控制器，用戶通過軟件設計，可實現(xiàn)以往難以實現(xiàn)的各種復雜邏輯控制。與通用PC機或單片機構成的系統(tǒng)相比，PLC具有：可靠、抗擾能力強、編程簡單等優(yōu)點，已成為替代傳統(tǒng)繼電接觸器控制線路的升級換代

17、產(chǎn)品[9]。因此，本系統(tǒng)采用以PLC為控制核心、交流電機和步進電動機為執(zhí)行元件、脈沖旋轉編碼器和光電傳感器為檢測元件的新型系統(tǒng)，實現(xiàn)了卷取排絲的計算機數(shù)字控制。</p><p>　　利用先進的觸摸屏、PLC、變頻器和步進電機構成的繞線機數(shù)字控制系統(tǒng)具有傳統(tǒng)機械耦合式繞線排線系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點，實現(xiàn)了工藝參數(shù)或規(guī)格變化下的柔性調整與控制，系統(tǒng)具有控制精度高、操作簡單、運行平穩(wěn)、無噪音等優(yōu)點，可實現(xiàn)各種規(guī)格絲線的恒張

18、力、等間距、整齊、均勻的繞絲排絲。此外，系統(tǒng)有較廣泛的推廣應用前景，稍加改進和完善后，可以直接應用到造紙、包裝、印染、金屬線材、帶材等不同領域的主動收料或放料速度控制。</p><p>　　將模糊控制與PLC控制系統(tǒng)相結合，既顯示了PLC的可靠、靈活、適應性強的特點，也大大提高了控制系統(tǒng)的智能化程度。基于模糊控制的PLC系統(tǒng)適用于很多場合，控制程序易于模塊化、標準化，與PLC自帶的PID控制模塊相比，具有編程方式

19、靈活，限制條件少，模糊變量和模糊規(guī)則個數(shù)不受系統(tǒng)硬件限制等特點，降低了系統(tǒng)的開發(fā)成本，擴大了應用范圍[10]。</p><p><b>　　4參考文獻</b></p><p>　　[1] 惠晶. 繞線機步進驅動自動控制系統(tǒng).電氣傳動，2005</p><p>　　[2] 惠晶，陳劍，吳雷等．基于卷徑參數(shù)的卷染機自適應速度控制系統(tǒng)[J]．電氣傳動

20、，2003，33(6)：8～11</p><p>　　[3] 高振華，梁榮海，姜宗林.數(shù)控繞線機研究與設計[J].現(xiàn)代制造技術與裝備，2006年02期</p><p>　　[4] 百度知道.線圈繞線機的發(fā)展史[OL].</p><p>　　http://www.youcnc.net.cn/youcnc_Affiche_300703.html</p>&

21、lt;p>　　[5] 魏公史.首家國外繞線機公司進駐中國[J].中小型機電，1994年01期</p><p>　　[6] 張喜國.繞線機的設計與分析[J].丹東紡專學報，2002年02期</p><p>　　[7] 林錦實，LIN Jin-shi.基于PLC的繞線機自動控制系統(tǒng).機電工程技術,2009</p><p>　　[8] 百度知道. PLC在繞線設備中