專利名稱：全電腦橫機控制器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種采用電腦橫機專用驅(qū)動器的全電腦橫機控制器。
背景技術(shù)：
橫機就是針織橫編織機，全電腦橫編織機是一種采用微電腦控制的編織機，可以自動完成羊毛衫衣片的編織。我國作為傳統(tǒng)的毛紡大國，由于近幾年的勞動力短缺，傳統(tǒng)的靠人工工作的手搖橫機已經(jīng)很難再生存下去了，急需產(chǎn)業(yè)升級。全電腦橫機控制器作為一種技術(shù)密度較大的產(chǎn)品，它涉及到人機界面、運動控制、電源管理、伺服驅(qū)動、步進電機控制等，一直以來，國內(nèi)在這個領域都很難突破，跟國外有相當大的差距，不過最近幾年通過國內(nèi)幾家公司的努力，情況已經(jīng)有所好轉(zhuǎn)，但是，這幾家公司的產(chǎn)品所采用的技術(shù)方案還是跟國外最新技術(shù)還有很大的差距；這幾家公司的方案基本 類似，都是采用自己設計一個CPU控制主板分別連接其它廠家生產(chǎn)的商用主電機伺服驅(qū)動器、移床電機伺服驅(qū)動器、卷布步進電機驅(qū)動器，UPS不間斷電源和正負24V、12V、5V四個商用開關(guān)電源等，通過機頭控制箱和操作盒來完成橫機的控制。這種方式的優(yōu)點是控制器的開發(fā)簡單，但其缺點是整個控制器體積龐大、線路復雜，維修困難，耗電，成本高，可靠性差，控制器只是一個半成品，需要廠家外購其他公司的驅(qū)動器進行安裝；同時，系統(tǒng)安裝調(diào)試都需要專業(yè)技術(shù)人員，售后服務繁瑣，這很大程度上制約了全電腦橫機的普及推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述存在問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理、減少大量接線、方便維修維護、系統(tǒng)運行可靠、成本更低、更節(jié)能的全電腦橫機控制器。本發(fā)明的工作原理由上位機的打版系統(tǒng)生成需要編織織物的動作數(shù)據(jù)，通過U盤拷貝到操作盒里，系統(tǒng)開機后，由所述電腦橫機專用驅(qū)動器向操作盒供電，電腦橫機專用驅(qū)動器開始自檢，系統(tǒng)自檢正常后，等待用戶操作，用戶拉動啟動把手，由電腦橫機專用驅(qū)動器檢測通過CAN通訊告訴操作盒，操作盒進行判斷后再通過CAN通訊告訴電腦橫機專用驅(qū)動器和機頭控制箱，由橫機控制器根據(jù)動作數(shù)據(jù)控制橫機按照原先導入的編織動作文件開始進行織物的編織。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的包括電腦橫機專用驅(qū)動器、操作盒和機頭控制箱，所述電腦橫機專用驅(qū)動器包括電源轉(zhuǎn)換單元、CPU控制單元、主伺服電機驅(qū)動單元、移床伺服電機驅(qū)動單元、卷布步進電機驅(qū)動單元、副卷布交流電機驅(qū)動、送紗器交流電機驅(qū)動和傳感器接口單元；
所述電源轉(zhuǎn)換單元包括交流電源依順序經(jīng)過零檢測、整流、母線電壓監(jiān)視的直流310V輸出電壓供主伺服電機驅(qū)動單元和移床伺服電機驅(qū)動單元及外部24V開關(guān)電源使用；母線電壓監(jiān)視的另一路輸出經(jīng)開關(guān)電源轉(zhuǎn)換輸出直流15V、12V、5V電源；交流電源經(jīng)過零檢測后的另一路輸出供副卷布交流電機驅(qū)動單元和送紗器交流電機驅(qū)動單元使用；
所述主伺服電機驅(qū)動單元包括主伺服IGBT功率驅(qū)動部分和主伺服編碼器接口，主伺服編碼器接口為主伺服連接外部絕對編碼通訊接口 ；開關(guān)電源的一組5V輸出電源提供給主伺服編碼器接口 ；開關(guān)電源的15V輸出電源連接IGBT功率驅(qū)動部分，CPU的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換接口通過電流傳感器讀取主伺服電機相電流，CPU根據(jù)該值與當前控制所需相電流以及外部編碼器反饋回來的位置數(shù)據(jù)，再通過FOC算法確定主伺服電機的工作電流，再經(jīng)CPU的三相PWM輸出單元一輸出對應的控制信號到IGBT智能功率驅(qū)動模塊，驅(qū)動主伺服電機；所述移床伺服電機驅(qū)動單元包括移床伺服IGBT功率驅(qū)動部分和移床伺服編碼器接口，移床伺服編碼器接口為移床伺服連接外部絕對編碼通訊接口 ；開關(guān)電源的一組5V輸出電源提供給移床伺服編碼器接口 ；開關(guān)電源的15V輸出電源連接IGBT功率驅(qū)動部分，CPU的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換接口通過電流傳感器讀取移床伺服電機相電流，CPU根據(jù)該值與當前控制所需相電流以及外部編碼器反饋回來的位置數(shù)據(jù)，再通過FOC算法確定移床伺服電機的工作電流，再經(jīng)CPU的三相PWM輸出單元二輸出對應的控制信號到IGBT智能功率驅(qū)動模塊，驅(qū)動移床伺服電機；
所述卷布步進電機驅(qū)動單元包括控制電源、步進電機工作電源監(jiān)視和雙H橋驅(qū)動電路；開關(guān)電源的5V輸出電源連接雙H橋控制電路；CPU給出當前所需要的速度、轉(zhuǎn)矩和方向信號到雙H橋控制電路，由該電路通過雙H橋驅(qū)動步進電機工作，電源監(jiān)視單元負責監(jiān)視當 前步進電機是否工作正常，該電路反饋監(jiān)視信號給CPU，由CPU來給出報警與保護信號；所述副卷布交流電機驅(qū)動和送紗器交流電機驅(qū)動控制連接到CPU，交流電源過零檢測電路給出相位同步信號到CPU，CPU根據(jù)該信號控制雙向可控硅實現(xiàn)副卷布交流電機、左右送紗器交流電機的停機、速度的控制；同時，CPU還根據(jù)該過零檢測電路給出的相位同步信號來判斷外部是否是斷電，進行斷電數(shù)據(jù)保存；
所述傳感器接口單元包括開關(guān)電源的12V輸出電源連接到該控制器的工作溫度監(jiān)視電路、運行狀態(tài)指示電路、I/O接口、調(diào)試接口、擴展接口和CAN通訊接口 ； I/O接口連接外部各傳感器，調(diào)試接口為生產(chǎn)調(diào)試以及脫機調(diào)試工作用，擴展接口為以后功能擴展用，CAN通訊接口是連接操作盒和機頭控制箱。本發(fā)明，通過所述電腦橫機專用驅(qū)動器實現(xiàn)所有主伺服電機、移床伺服電機、卷布步進電機、副卷布交流電機、左右送紗器交流電機的全部控制以及外部傳感器的檢測。本發(fā)明，所述操作盒控制所述電腦橫機專用驅(qū)動器；操作盒為系統(tǒng)操作核心，提供系統(tǒng)界面、系統(tǒng)工作的監(jiān)視、動作測試、動作文件的輸入、編輯、管理以及運行動作判斷的控制，并由機頭控制箱完成對應動作。本發(fā)明，所述機頭控制箱包括電源轉(zhuǎn)接板和機頭控制驅(qū)動板，由操作盒通過CAN通訊發(fā)送過來的對應驅(qū)動機頭的動作命名，機頭控制驅(qū)動板接收命令將對應命令解釋為對應動作；機頭控制驅(qū)動板相應的電磁鐵、密度步進電機、選針器完成對應編織織物的動作。本發(fā)明，系統(tǒng)開機后，由所述電腦橫機專用驅(qū)動器供操作盒供電，電腦橫機專用驅(qū)動器開始自檢，系統(tǒng)自檢正常后，等待用戶操作，用戶拉動啟動把手，由電腦橫機專用驅(qū)動器檢測通過CAN通訊告訴操作盒，操作盒進行判斷后再通過CAN通訊告訴電腦橫機專用驅(qū)動器和機頭控制箱，讓橫機按照原先導入的編織動作文件開始進行織物的編織。本發(fā)明，所述電腦橫機專用驅(qū)動器程序開始，初始化I/O和CAN通訊，判斷有主程序及主電源正常后，初始化定時器，通過FOC初始化參數(shù)正常后，通過CAN通訊命令，控制主伺服電機、移床伺服電機、卷布步進電機、左右送紗器交流電機動作；同時實現(xiàn)外部故障檢測、母線電壓檢測、系統(tǒng)溫度檢測、按鍵檢測和步進電機工作電流檢測。本發(fā)明的有益效果是
1)、整個控制器只有電腦橫機專用驅(qū)動器、機頭控制器和操作盒三個組成模塊，無需UPS不間斷電源，也無需12V電源、5V電源兩個商用開關(guān)電源，使橫機控制器變成了一個完整產(chǎn)品，體積縮小了 2/3 ;由于產(chǎn)品模塊化，不再需要用戶自己組裝，這樣系統(tǒng)安裝不再需要專業(yè)技術(shù)人員，售后服務更加簡單，使全電腦橫機的應用普及推廣更加容易；
2)、電腦橫機專用驅(qū)動器縮減了系統(tǒng)板；機頭控制箱引入了現(xiàn)在最新的技術(shù)，使機頭控制箱集成度更高、更完善；操作盒引入了虛擬內(nèi)存慨念，使系統(tǒng)不需要在很高的工作頻率下就能流暢工作，提高了系統(tǒng)的抗干擾性； 3)、電腦橫機專用驅(qū)動器實現(xiàn)所有主伺服電機、移床伺服電機、卷布步進電機、副卷布交流電機、左右送紗器交流電機的控制以及外部傳感器的檢測。本發(fā)明，具有結(jié)構(gòu)簡單合理、減少大量接線、方便維修維護、系統(tǒng)運行可靠、成本更低、更節(jié)能的優(yōu)點。下面實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。


圖I是本發(fā)明的一個實施例的工作原理 圖2是圖I實施例的驅(qū)動器程序工作流程示意圖。
具體實施例方式參照圖1，本實施例是一種全電腦橫機控制器，包括電腦橫機專用驅(qū)動器、操作盒和機頭控制箱，所述電腦橫機專用驅(qū)動器包括電源轉(zhuǎn)換單元、CPU控制單元、主伺服電機驅(qū)動單元、移床伺服電機驅(qū)動單元、卷布步進電機驅(qū)動單元、副卷布交流電機驅(qū)動、送紗器交流電機驅(qū)動和傳感器接口單元；所述電源轉(zhuǎn)換單元包括 220V交流電源依順序經(jīng)過零檢測、整流、母線電壓監(jiān)視的直流310V輸出電壓供主伺服電機驅(qū)動單元和移床伺服電機驅(qū)動單元及外部24V開關(guān)電源使用；母線電壓監(jiān)視的另一路輸出經(jīng)開關(guān)電源轉(zhuǎn)換輸出直流15V、12V、5V電源廣220V交流電源經(jīng)過零檢測后的另一路輸出供副卷布交流電機驅(qū)動單元和送紗器交流電機驅(qū)動單元使用；所述主伺服電機驅(qū)動單元包括主伺服IGBT功率驅(qū)動部分和主伺服編碼器接口，主伺服編碼器接口為主伺服連接外部絕對編碼通訊接口 ；開關(guān)電源的一組5V輸出電源提供給主伺服編碼器接口 ；開關(guān)電源的15V輸出電源連接IGBT功率驅(qū)動部分，CPU的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換接口通過電流傳感器讀取主伺服電機相電流，CPU根據(jù)該值與當前控制所需相電流以及外部編碼器反饋回來的位置數(shù)據(jù)，再通過FOC算法確定主伺服電機的工作電流，再經(jīng)CPU的三相PWM輸出單元一輸出對應的控制信號到IGBT智能功率驅(qū)動模塊，驅(qū)動主伺服電機；所述移床伺服電機驅(qū)動單元包括移床伺服IGBT功率驅(qū)動部分和移床伺服編碼器接口，移床伺服編碼器接口為移床伺服連接外部絕對編碼通訊接口；開關(guān)電源的一組5V輸出電源提供給移床伺服編碼器接口 ；開關(guān)電源的15V輸出電源連接IGBT功率驅(qū)動部分，CPU的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換接口通過電流傳感器讀取移床伺服電機相電流，CPU根據(jù)該值與當前控制所需相電流以及外部編碼器反饋回來的位置數(shù)據(jù)，再通過FOC算法確定移床伺服電機的工作電流，再經(jīng)CPU的三相PWM輸出單元二輸出對應的控制信號到IGBT智能功率驅(qū)動模塊，驅(qū)動移床伺服電機；所述卷布步進電機驅(qū)動單元包括控制電源、步進電機工作電源監(jiān)視和雙H橋驅(qū)動電路；開關(guān)電源的5V輸出電源連接雙H橋控制電路；CPU給出當前所需要的速度、轉(zhuǎn)矩和方向信號到雙H橋控制電路，由該電路通過雙H橋驅(qū)動步進電機工作，電源監(jiān)視單元負責監(jiān)視當前步進電機是否工作正常，該電路反饋監(jiān)視信號給CPU，由CPU來給出報警與保護信號；所述副卷布交流電機驅(qū)動和送紗器交流電機驅(qū)動控制連接到CPU廣220V交流電源過零檢測電路給出相位同步信號到CPU，CPU根據(jù)該信號控制雙向可控硅實現(xiàn)副卷布交流電機、左右送紗器交流電機的停機、速度的控制；同時，CPU還根據(jù)該過零檢測電路給出的相位同步信號來判斷外部是否是斷電，進行斷電數(shù)據(jù)保存；所述傳感器接口單元包括開關(guān)電源的12V輸出電源連接到該控制器的工作溫度監(jiān)視電路、運行狀態(tài)指示電路、I/O接口、調(diào)試接口、擴展接口和CAN 通訊接口 ； I/O接口連接外部各傳感器，調(diào)試接口為生產(chǎn)調(diào)試以及脫機調(diào)試工作用，擴展接口為以后功能擴展用，CAN通訊接口是連接操作盒和機頭控制箱；通過所述電腦橫機專用驅(qū)動器實現(xiàn)所有主伺服電機、移床伺服電機、卷布步進電機、副卷布交流電機、左右送紗器交流電機的全部控制以及外部傳感器的檢測；所述操作盒控制所述電腦橫機專用驅(qū)動器；操作盒為系統(tǒng)操作核心，提供系統(tǒng)界面、系統(tǒng)工作的監(jiān)視、動作測試、動作文件的輸入、編輯、管理以及運行動作判斷的控制，并由機頭控制箱完成對應動作；所述機頭控制箱包括電源轉(zhuǎn)接板和機頭控制驅(qū)動板，由操作盒通過CAN通訊發(fā)送過來的對應驅(qū)動機頭的動作命名，機頭控制驅(qū)動板接收命令將對應命令解釋為對應動作；機頭控制驅(qū)動板相應的電磁鐵、密度步進電機和選針器完成對應編織織物的動作。本發(fā)明，系統(tǒng)開機后，由所述電腦橫機專用驅(qū)動器供操作盒供電，電腦橫機專用驅(qū)動器開始自檢，系統(tǒng)自檢正常后，等待用戶操作，用戶拉動啟動把手，由電腦橫機專用驅(qū)動器檢測通過CAN通訊告訴操作盒，操作盒進行判斷后再通過CAN通訊告訴電腦橫機專用驅(qū)動器和機頭控制箱，讓橫機按照原先導入的編織動作文件開始進行織物的編織。本發(fā)明的程序工作流程參照圖2，程序開始，初始化I/O和CAN通訊，判斷有主程序及主電源正常后，初始化定時器，通過FOC初始化參數(shù)正常后，通過CAN通訊命令，控制主伺服電機、移床伺服電機、卷布步進電機、左右送紗器交流電機動作；同時實現(xiàn)外部故障檢測、母線電壓檢測、系統(tǒng)溫度檢測、按鍵檢測和步進電機工作電流檢測。作為本發(fā)明的替代方案，控制主機可以不集成卷布步進電機驅(qū)動器，而采用商用卷布步進電機驅(qū)動器，只是結(jié)構(gòu)稍微復雜點，但也比現(xiàn)有公開的技術(shù)方案簡單。
權(quán)利要求
1.一種全電腦橫機控制器，其特征在于包括電腦橫機專用驅(qū)動器、操作盒和機頭控制箱，所述電腦橫機專用驅(qū)動器包括電源轉(zhuǎn)換單元、CPU控制單元、主伺服電機驅(qū)動單元、移床伺服電機驅(qū)動單元、卷布步進電機驅(qū)動單元、副卷布交流電機驅(qū)動、送紗器交流電機驅(qū)動和傳感器接口單元；所述電源轉(zhuǎn)換單元包括交流電源依順序經(jīng)過零檢測、整流、母線電壓監(jiān)視的直流310V輸出電壓供主伺服電機驅(qū)動單元和移床伺服電機驅(qū)動單元及外部24V開關(guān)電源使用；母線電壓監(jiān)視的另一路輸出經(jīng)開關(guān)電源轉(zhuǎn)換輸出直流15V、12V、5V電源；交流電源經(jīng)過零檢測后的另一路輸出供副卷布交流電機驅(qū)動單元和送紗器交流電機驅(qū)動單元使用；所述主伺服電機驅(qū)動單元包括主伺服IGBT功率驅(qū)動部分和主伺服編碼器接口，主伺服編碼器接口為主伺服連接外部絕對編碼通訊接口 ；開關(guān)電源的一組5V輸出電源提供給主伺服編碼器接口 ；開關(guān)電源的15V輸出電源連接IGBT功率驅(qū)動部分，CPU的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換接口通過電流傳感器讀取主伺服電機相電流，CPU根據(jù)該值與當前控制所需相電流以及外部編碼器反饋回來的位置數(shù)據(jù)，再通過FOC算法確定主伺服電機的工作電流，再經(jīng)CPU的三相PWM輸出單元一輸出對應的控制信號到IGBT智能功率驅(qū)動模塊，驅(qū)動主伺服電機；所述移床伺服電機驅(qū)動單元包括移床伺服IGBT功率驅(qū)動部分和移床伺服編碼器接口，移床伺服編碼器接口為移床伺服連接外部絕對編碼通訊接口 ；開關(guān)電源的一組5V輸出電源提供給移床伺服編碼器接口 ；開關(guān)電源的15V輸出電源連接IGBT功率驅(qū)動部分，CPU的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換接口通過電流傳感器讀取移床伺服電機相電流，CPU根據(jù)該值與當前控制所需相電流以及外部編碼器反饋回來的位置數(shù)據(jù)，再通過FOC算法確定移床伺服電機的工作電流，再經(jīng)CPU的三相PWM輸出單元二輸出對應的控制信號到IGBT智能功率驅(qū)動模塊，驅(qū)動移床伺服電機；所述卷布步進電機驅(qū)動單元包括控制電源、步進電機工作電源監(jiān)視和雙H橋驅(qū)動電路；開關(guān)電源的5V輸出電源連接雙H橋控制電路；CPU給出當前所需要的速度、轉(zhuǎn)矩和方向信號到雙H橋控制電路，由該電路通過雙H橋驅(qū)動步進電機工作，電源監(jiān)視單元負責監(jiān)視當前步進電機是否工作正常，該電路反饋監(jiān)視信號給CPU，由CPU來給出報警與保護信號；所述副卷布交流電機驅(qū)動和送紗器交流電機驅(qū)動控制連接到CPU，交流電源過零檢測電路給出相位同步信號到CPU，CPU根據(jù)該信號控制雙向可控硅實現(xiàn)副卷布交流電機、左右送紗器交流電機的停機、速度的控制；同時，CPU還根據(jù)該過零檢測電路給出的相位同步信號來判斷外部是否是斷電，進行斷電數(shù)據(jù)保存；所述傳感器接口單元包括開關(guān)電源的12V輸出電源連接到該控制器的工作溫度監(jiān)視電路、運行狀態(tài)指示電路、I/O接口、調(diào)試接口、擴展接口和CAN通訊接口 ； I/O接口連接外部各傳感器，調(diào)試接口為生產(chǎn)調(diào)試以及脫機調(diào)試工作用，擴展接口為以后功能擴展用，CAN通訊接口是連接操作盒和機頭控制箱。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全電腦橫機控制器，其特征在于通過所述電腦橫機專用驅(qū)動器實現(xiàn)所有主伺服電機、移床伺服電機、卷布步進電機、副卷布交流電機、左右送紗器交流電機的全部控制以及外部傳感器的檢測。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全電腦橫機控制器，其特征在于所述操作盒控制所述電腦橫機專用驅(qū)動器；操作盒為系統(tǒng)操作核心，提供系統(tǒng)界面、系統(tǒng)工作的監(jiān)視、動作測試、動作文件的輸入、編輯、管理以及運行動作判斷的控制，并由機頭控制箱完成對應動作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全電腦橫機控制器，其特征在于所述機頭控制箱包括電源轉(zhuǎn)接板和機頭控制驅(qū)動板，由操作盒通過CAN通訊發(fā)送過來的對應驅(qū)動機頭的動作命名，機頭控制驅(qū)動板接收命令將對應命令解釋為對應動作；機頭控制驅(qū)動板相應的電磁鐵、密度步進電機、選針器完成對應編織織物的動作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的全電腦橫機控制器，其特征在于系統(tǒng)開機后，由所述電腦橫機專用驅(qū)動器給操作盒供電，電腦橫機專用驅(qū)動器開始自檢，系統(tǒng)自檢正常后，等待用戶操作，用戶拉動啟動把手，由電腦橫機專用驅(qū)動器檢測通過CAN通訊告訴操作盒，操作盒進行判斷后再通過CAN通訊告訴電腦橫機專用驅(qū)動器和機頭控制箱，讓橫機按照原先導入的編織動作文件開始進行織物的編織。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全電腦橫機控制器，其特征在于所述電腦橫機專用驅(qū)動器程序開始，初始化I/O和CAN通訊，判斷有主程序及主電源正常后，初始化定時器，通過FOC初始化參數(shù)正常后，通過CAN通訊命令，控制主伺服電機、移床伺服電機、卷布步進電機、左右送紗器交流電機動作；同時實現(xiàn)外部故障檢測、母線電壓檢測、系統(tǒng)溫度檢測、按鍵檢測和步進電機工作電流檢測。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全電腦橫機控制器，包括電腦橫機專用驅(qū)動器、操作盒和機頭控制箱，電腦橫機專用驅(qū)動器包括電源轉(zhuǎn)換單元、CPU控制單元、主伺服電機驅(qū)動單元、移床伺服電機驅(qū)動單元、卷布步進電機驅(qū)動單元、副卷布交流電機驅(qū)動、送紗器交流電機驅(qū)動和傳感器接口單元；通過電腦橫機專用驅(qū)動器實現(xiàn)所有主伺服電機、移床伺服電機、卷布步進電機、副卷布交流電機、左右送紗器交流電機的全部控制以及外部傳感器的檢測。具有結(jié)構(gòu)簡單合理、減少大量接線、方便維修維護、系統(tǒng)運行可靠、成本更低、更節(jié)能的優(yōu)點。
文檔編號G05B19/04GK102929168SQ201210460969
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者梁博宇, 張萬新, 李榕健 申請人:揭陽市南星機械有限公司