一种恒张力输纱器控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明设计了一种恒张力输纱器控制系统，主要包括张力检测模块，张力信号处理模块，输纱轮，输纱电机，卷绕电机，电机驱动，导纱杆，纱筒，单片机处理单元，铝合金支架机构。张力传感器模块是由一个线性霍尔传感器、小型磁铁以及导纱杆组成的检测机构。该控制系统主要用来实现对恒张力的精确控制。恒张力输纱器控制系统可用在纺织行业的多个工艺过程，如织布、纺纱、绕线等。同时该系统能保证时刻严格按照设定值控制纱线张力，从而提高产品的质量，有广阔的应用前景。
【专利说明】
一种恒张力输纱器控制系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种恒张力输纱器控制系统，特别用于对张力控制要求比较高的输纱器控制系统，属于纺织工业领域。
【背景技术】
[0002]自改革开放以来，中国的纺织工业经历了三十几年的高速发展期，凭借着廉价的人力资源和丰富的自然资源，已经发展成为我国国民经济的主体之一。但同时也存在着许多问题，我国的纺织业发展快但是并不稳定。这些问题包括整体纺织生产设备相对陈旧和落后，质量不好，生产效率低等。
[0003]目前，从中国整体纺织业上看，国内的纺织设备和国外的纺织设备还有很大的差距，国产纺织设备的配件主要用于低端市场，高端产品还是被国外所占据。设备的智能化水平也需要提高，同时需要更好的设备来改变行业设备落后的状况。
[0004]在传统的纺纱和织造过程中，无论是纺纱还是绕线，纱线张力是影响织物成型质量的关键参数，纱线张力是否稳定在很大程度上影响着纺织产品的质量，具体表现为纺织产品是否整齐平整，是否有烂边，纱线编制是否均匀等。能否在纱线运动过程中保证纱线上张力的恒定，这会对产品的质量产生很明显的影响，纱线张力是否稳定同时也影响着纺织工业的生产效率，因此能设计出一个好的恒张力输纱器控制系统是提高产品质量的关键。
[0005]纱线的恒张力控制无论在国内还是国外都是一个难题，在国内还没有一个很好的解决方案来对纱线进行恒张力控制，在国外虽然已经研制出了相关的产品，但是如果从经济的问题来考虑，国外的产品价格都比较昂贵，不适合在国内大规模的推广，本发明针对国内市场，以纱线张力为控制对象，应用现代控制理论设计一套经济实用的恒张力控制系统，可用于纺织行业里的多个工艺环节，如织布，绕线等。研发本设计的目的在于解决纺纱过程中纱线张力难以控制的难题，从而可以避免断纱、脱圈、缠绕等不良现象，提高纺织生产效率，加快纺织工业自动化的进程，以满足中国的纺织市场，也有很广阔的应用前景。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的目的是提出一种结构简单、性价比高、适用性强，而又能够对纱线上的张力很好的检测和控制的系统。使其能够满足各种纺织主机的要求，如圆机、无缝机、抹机、横机、经编机等，从而提尚纺织广品质量。
[0007]一种恒张力输纱器控制系统，主要包括张力检测模块(一个线性霍尔传感器和小型磁铁，导纱杆组成的检测机构)，张力信号处理模块，输纱轮，输纱电机(张力调节电机)，卷绕电机，电机驱动，导纱杆，纱筒，单片机处理单元，铝合金支架。
[0008]恒张力输纱器的输纱电机位于支架的中部，与输纱轮连接;卷纱电机位于支架的下部，与卷纱轮连接;张力传感器安装在输纱电机下部，与导纱杆共同构成张力检测模块。纱线由纱筒给出，经过输纱轮缠绕若干圈后进入张力检测机构，然后输送至卷纱轮。单片机处理单元与驱动电机相连。
[0009]张力传感器模块检测原理:由于纱线上面存在张力，使得导纱杆发生形变，产生一定的位移，从而使得导纱杆周围的磁场发生变化，由于霍尔效应的存在，线性霍尔传感器就会输出一个电压，这样输出的电压和张力之间就建立了关系，检测出了纱线张力。由于霍尔传感器的灵敏度较高，可以检测出微弱的磁场变化，从而可以响应导纱杆微弱的位移变化。因此，整个纱线张力控制系统会具有较高的张力检测精度，使该系统在对张力控制精度要求高的场合有广阔的应用前景。
[0010]为了能够能更好的控制纱线上的张力，对输纱电机控制的好坏就显得至关重要。本控制系统的输纱电机的控制算法主要是磁场定向控制算法，简称F0C，该控制策略的主要思想是要通过坐标变换使三相定子电流变换为两相旋转坐标系中的电流，实现电流的解耦控制。先通过相电流检测电路读取电机的定子三相电流ia、ib、ic，通过CLARK变换，将三相120度坐标系的相电流转换为二相正交静止坐标系的定子电流，然后通过Park变换将二相正交静止坐标系的定子电流转变为两相正交旋转坐标系下的定子电流，最后得到了实际的直轴分量id和交轴分量iq，张力设定值和实测张力值经过比较的结果，通过模糊PID控制模块输出转速参考值* ω r，然后与实测转速比较得到交轴电流iq的参考值*iqS，这样id、iq分别与其参考量*iqs、*ids经过电流调节器生成直轴电压Vds和交轴电压Vqs，再经过反Park变换(即将两相正交旋转坐标系下的定子电流转变为二相正交静止坐标系的定子电流)，SVPffM(空间矢量电压)模块，生成六路PffM波形，控制电机驱动模块，从而使电机正常工作。[0011 ]当恒张力控制系统在对纱线张力进行控制时，张力传感器可以实时地检测纱线的张力值，将此值与张力设定值进行比较，当纱线实时张力值大于纱线目标张力值时，便加快输纱电机的转速，当纱线实时张力值小于纱线目标张力值时，便减小输纱电机的转速，以此来实现纱线的恒张力控制。并且整个系统核心板带有CAN总线接口，可以通过它与上位机进行通信，这样可以很容易的通过上位机来控制和监控纱线的张力大小。当设定的张力与实际测量得到的张力有较大的误差时，本系统还可以对进行错误报警，停止工作，以便作业人员有时间查找故障，避免较大的损失。
[0012]本发明能够在条件多变环境复杂的纺织工业中，较为精确的测量纱线上的张力，并且控制纱线的张力恒定，提高纺织产品的质量。
【附图说明】
[0013]图1是恒张力输纱器控制系统结构示意图。
[0014]图中:1.纱筒支撑杆2.导纱固定环3.张力信号调理模块4.输纱电机5.张力传感器模块6.输纱电机驱动模块7.卷纱电机8.卷纱电机驱动模块9.固定轴承10.卷纱轮安装位置11.铝合金支架
[0015]图2是张力传感器模块机构零件图。
[0016]图中:13.固定孔14.检测导杆15.小型磁铁16.金属弹片
[0017]图3是张力传感器模块机构零件图。
[0018]图中:17.线性霍尔传感器
[0019]图4是张力传感器模块整体机构图。
[0020]图中:是将图2与图3装配到一起的张力传感器模块整体机构图5是恒张力输纱器控制系统框图。 图6是输纱器电机控制算法。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图实例对本发明作进一步的说明。
[0022]本发明恒张力输纱器控制系统结构包括主要包括张力检测模块(一个线性霍尔传感器和小型磁铁，导纱杆组成的检测机构)，张力信号处理模块，输纱轮，输纱电机(张力调节电机)，卷绕电机，电机驱动，导纱杆，纱筒，单片机处理单元，铝合金支架机构。
[0023]恒张力输纱器的输纱电机位于支架的中部，与输纱轮连接;卷纱电机位于支架的下部，与卷纱轮连接;张力传感器安装在输纱电机下部，与导纱杆共同构成张力检测模块。纱线由纱筒给出，经过输纱轮缠绕若干圈后进入张力检测机构，然后输送至卷纱轮。单片机控制板与驱动电机相连。
[0024]恒张力控制系统在对纱线张力进行控制时，张力传感器实时地检测纱线的张力值，将此值与张力设定值进行比较，当纱线实时张力值大于纱线目标张力值时，便加快输纱电机的转速，当纱线实时张力值小于纱线目标张力值时，便减小输纱电机的转速，以此来实现纱线的恒张力控制。并且控制系统核心板带有CAN总线接口，可以通过它与上位机进行通信，这样可以很容易的通过上位机来控制和监控纱线的张力。当设定的张力与实际测量得到的张力有较大的误差时，本系统还可以对进行错误报警，停止工作，以便作业人员有时间查找故障，避免较大的损失。
[0025]恒张力输纱器控制系统可以在一般的小型纺织场合或者对张力控制要求较高的场合适用，并且由于对张力有着较好的控制，也避免了一些纺织过程中出现的断线、脱圈等一些不良现象，提高了纺织产品的效率，增强产品在市场上的竞争力。
【主权项】
1.一种恒张力输纱器控制系统，主要包括纱筒支撑杆(1)、导纱固定环(2)、张力信号调理模块(3)、输纱电机(4)、张力传感器模块(5)、输纱电机驱动模块(6)、卷纱电机(7)、卷纱电机驱动模块(8)、固定轴承(9)、卷纱轮安装位置(10)、铝合金支架(11)、单片机处理单元(12)； 其特征在于，整个机构从上到下，纱筒支撑杆(I)支撑着纱线筒，位于整个铝合金支架(11)的上部，恒张力输纱器的输纱电机(4)位于支架的中部，与输纱轮连接，并且与邻近的输纱电机驱动模块(6)连接，张力传感器安装在输纱电机(4)下部，与导纱杆共同构成张力传感器模块(5)，张力传感器模块(5)与张力信号调理模块(3)相连，卷纱电机(7)位于支架的下部，与固定轴承(9)相连，形成卷纱轮的转动轴，并将纱筒放置于卷纱轮安装位置(10)，纱线由纱筒给出，经过输纱轮缠绕若干圈后进入张力检测机构，然后输送至卷纱轮。单片机处理单元(12)与输纱驱动电机相连。2.张力检测模块主要包括固定孔(13)、检测导杆(14)、小型磁铁(15)、金属弹片(16)、线性霍尔传感器(17); 其特征在于，整个张力检测模块有两部分组成，一部分是带有霍尔传感器(17)的底座配件，另一部分是可将纱线的张力转化为磁通量变化的配件，经过固定孔(13)组合之后，三个检测导杆(14)之间互成60度角，其中一个检测导杆(14)依靠相互平行的两个金属弹片(16)固定，在导杆下面有小型磁铁(15)，磁铁正对着霍尔传感器(17)感受磁力线的那一面。
【文档编号】D04B27/10GK106087230SQ201610531617
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】吴善强, 彭冬冬, 陈莉, 陈建
【申请人】中国计量大学