PLC控制槽针运动设计.pdf

第 1 期 2 0 1 1 年 1月 机 械 设 计 与 制 造 Ma c hi n e r y De s i g nMa n u f a c t ur e 1 5 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 1 0 1 0 0 1 5 0 2 P L C控制槽针运动设计 钱 秋 波王传 洋 苏州大学 机电工程学院 ， 苏州 2 1 5 0 2 1 De s i g n t h e mo v eme n t o f g r o o v e wit h t h e c o n t r ol o f PL ． C Q I A N Q i u - b o ， WA N G C h u a n y a n g S c h o o l o f Me c h a n i c a n d E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g o f S o o c h o w U n i v e r s i t y ， S u z h o u 2 1 5 0 2 1 ， C h i n a 【 摘 要 】 经编机是依靠由槽针与针 芯之 间的相互运动关 系， 从 而达到不同的控制运动 ， 而槽针 与针芯的运动是由不同的原动件所驱动的。采用伺服驱动来代替传统的凸轮驱动 ， 由已知槽针针尖的 运动轨迹， 通过机构之 间的联接 关系， 推导 出两原动件与槽针针尖坐标之 间的数学表达式， 构建 了控 制的硬件 系统 ， 并且通过编写 P L C的程序来控制伺服 电机的转角， 由P L C伺服直接驱动输入轴运动。 不同类型的产品只需要改变 P L C的程序 ， 即可达到灵活控制的目的， 实现控制的 自 动化。 关键词 槽针针尖 ； P L C； 伺服电机 【 Ab s t r a c t 】T h o u g h g r o o v e - n e e d l e a n d n e e d l e c o r e o r e r e s p e c t i v e l y d r i v e n b y d { 移 r e n t o r i g i n a l 一 n a mi c p a r t s ， t h e i r mu t u a l m o v e me n t s c a n h e lp t h e w a r p k n i t t i n g ma c h i n e r e a l i z e d if f e r e n t c o n t r o l l i n g g o 越 s ． S e r v o d r i v e w i l l r e p l a c e t h e t r a d i t i o n al c a m- d r i v e ． S i n c e t r a j e c t o r y o fgro o v e n e e d l e p o i n t i s alr e a d y k n o w n ， t h r o u g h t h e i n s t i t u t i o n al l i n k s t h e ma t h e ma t i c al e x pr e s s i o n b e t w e e n t w o o r i gin a l d y n a mi c pa r t s a n d t h e C O -- o r d i n at e s ofgro o v e n e e d l e p o i n t c a n b e d e d u c e d ． C o n s t r u c t t h e h a r d w a r e c o n t r o l s y s t e mf o r c o n t r o l l i n g ， a n d t h e P L C p r o c e d u r e s are p r e p a r e d t o c o n t r o l t h e c o r n e ofs e r y o m o t o r s ， S O t h e i n p u t s h of t i s d i r e c t l y d r i v e n b y P L C s e u v o ． Wh e n p r o d u c i n g d if f e r e n t k i n d s o f p r o d u c t s ， o n l y P L C p r o c e d u r e s n e e d t o b e c h a n g e d ． I n t h i s w a y ， t h e g o al ofc o n t r o l a u t o mat i o n c a n b e r e ach e d ． Ke y wo r d s Gr oo v e - ne e d l e po i n t ；PLCSe r vo m o t o r 中图分类号 T H1 6 ， T P 2 7 文献标识码 A l } j lJ西 偏心轮和凸轮是经编机成圈装置的驱动元件，传统的经编 机以冗长的机械传动链作为机械装置， 无法及时适应多种产品之 间的差异 。采用的伺服电机驱动作为新 型的驱动方式 ， 伺服电机 的运动是 由 P L C的程序来控制 ，而当需要 改变槽针 的运 动轨迹 时 ， 不用对成圈的结构装置重新 设计 ， 只需要通 过改变 P L C控 制 程序就可实现对槽针和针芯 的运动控制 。 2 经编机结构的优化设计 成 圈运动是经编机编织织物的主要运动 ，相应 的运动装置 称为成圈机构经编机完成成圈过程的末端动作执行件称为槽针 和针芯， 经编机上又称成圈机构为槽针针芯运动机构。槽针机构 与针芯机构有类似的运动轨迹，现在取某型号经编机槽针机构， 该槽针装置的自由度为 F 2 ， 需要由两个原动件来驱动。传统方 案， 如图 1 所示。 在此基础上， 利用伺服驱动代替了传统的凸轮驱 动， 获得新的方案， 如图 2 所示。 通过控制伺服电机来控制槽针针 尖 C运动轨迹 。 该结构的设计大大的简化了传统的凸轮设计结构，采用伺 服驱动来代替原来的凸轮驱动， 通过伺服电机的转动来控制槽针 针尖的运动轨迹 ， 这样不仅使得整体的槽针装置结构紧凑， 提高 整体装置的稳定性， 有利于自动化的控制， 提高结构整体对不同 的生产的适应能力 。 ★来稿 日期 2 0 1 0 0 3 1 0 ⋯】 ⋯， ⋯】 ⋯⋯⋯■ ⋯⋯】 ～一】 一⋯⋯⋯】 ～’ ⋯⋯一⋯】 ⋯】 h一⋯】H 信号量、 消息队列及内存块 ； 建立任务。 5总结 u C ／ O S I I 多任务实时操作系统为软件设计人员节省很多时 间， 尤其在控制系统任务繁多时， 更显示 出其优越性。利用 u C ／ O S I I 控制主控模块各任务 ， 同时建立主控模块 的输出函数 ， 最终 将有效的控制结果传递给执行模块， 实现车辆的多桥转向动作。 参考文献 1 李炎亮 ．重型车辆多桥动态转 向系统研究 [ 博士学位论文 ] ．吉林 吉林 大学 ． 2 0 0 6 9 2 i e a n J ． L a b r o s s e ． 邵贝贝译 嵌入式实时操作系统 p C ／ O S I I ．北京航空航天 大学 出版社 ， 2 0 0 3 5 3 S h i b a h a t a Y ， I r l e N， I t o h H．T h e De v e l 0 pme n t o f a n Ex p e r i me n t a l F o u r W he e l S t e e r i n g Ve h i c l e， S AE T e c h n i c a l P a p e r ， 1 9 8 6 4 Ve hi c l e Hy d r a u l i c S y s t e ms a n d Di g i t a l ／ El e c t r o hy d r a u l i c c o n t r o l s ， 1 9 9 1 5 Q i n Z h a n g ． A g e n e ri c f u z z y e l e c t r o h y d r a u l i c s t e e ri n g c o n t r o l l e r f o r o ff r o a d v e h i c l e s ， P r o c ． I n s t n Me c h ． En g r s Vo 1 ． 21 7 P a r t D J ． Au t o mo b i l e En g i n e e rin g 2 0 0 5 7 91 7 9 9 6 B r i a n An d o n i a n a n d Wi l l i a mRa u c h ， Dr i v e r S t e e r i ng Pe r f o r ma n e e Us i n g J o y s t i e k V S ．S t e e r i n gW h e e l Co n t r o l s ， S AE T e c h n i c a l P a p e rS e rie s， 2 0 0 3 l 6 钱秋波等 P L C控制槽针运动设计 第 1 期 图 1凸轮控制槽针针尖 的运动图 2伺服电机控制槽针针尖的运动 3 机构的运动分析 机构的运动分析与综合包含两方面的含义，一是根据槽针针 尖运动轨迹要求， 综合出相应连杆机构的尺度并设计出伺服电机的 相应的转角 ； 二是对已知的原动件的输入 ， 确定槽针针尖 C的运动 轨迹， 通常将前者称之为机构的逆解分析， 后者又称之为机构的正 解分析。求解机构的逆解是谢 十 机构的关键， 而通过求取机构的正 解， 可以检验逆解的求解结果是否正确。 槽针机构中构件2 2 和构件 2 3 为两个原动件， 使针尖 C有确定的运动轨迹， 在独立带有槽针针 尖C的形式链机构 D o U Q C和C G 2 Q U D 。 中分析。 在 D o U Q C机构中有 D 。 U q c 。 C， 将矢量等式化成 指数形式的方程进行整理求解， 得到了摆臂 2 2的摆角与槽针针 尖 C之 间的数学关 系式 1 [ C O S 1c o s ㈩ 【f， i J “ 【 J u u 式中 r 一 矢量D o C的模 ， 且 幅角； e 一矢量D 。 的模 ， 且 幅 角； 固定角度， 值为／C Q U - 9 0 。 在 C 0 Q U D o 机构中有 C o C 2 Q C o D 0 U ， 将矢量 等式化为指数形式的方程进行整理得到方程组 ，摆臂 2 3 与槽针 针尖的数学表达式为 2 r c 0 s 【 J -- -e c o s s l nq 一 手 ～n n 一 2 f 23 ， b - 2 d ， c z 乏 d l ／ 2 7 C O 0 2 7 - I- e C O S e C O S s f 1 s i n o ， ， e s i n S ⋯ s i n o ⋯ ．． ． ． ． ． ． ．． ． ． ． ． ． ． 式中 一矢J R C o C 2 的模， 且 ， 一其幅角； 矢量c 2 Q的模 ， 且 ．。。 ． ． 。 其幅角； f 2 一矢量C O Do 的模，且 其幅角； 一矢 ． ．． ．． 量U Q的模 ， 且 其幅角。 图 3理论与实际 x坐标之间 的误差曲线表 图 4理论与实际 Y坐标之间 的误差曲线 求解出原动件的转动角度后，对用逆解后的转角作为已知 条件反求槽针针尖的坐标，再与理论的槽针针尖坐标的进行比 较， 如图 3 、 图4所示， 实际的轨迹坐标与理论坐标的偏差都小于 1 0 ， 符合实际的生成需求 。 4 P L C控硬件制 选取 P a n a s o n i c MI N A S A 4电机的 MD M A系列 ， 额定功率为 1 ． 0 k w的电机， 适配驱动器型号是 MD D O T 3 5 3 0 。P L C 选择西门子 7 - 3 0 0 组合式， 由机架 , P S 3 0 7 2 A电源、 C P U 3 1 2 , S M3 2 1 D I 1 6 * D C 2 4 V 输入模块、 S M3 2 2 D O 1 6 * D C 2 4 V晶体管输出模块。按 Y O点数确 定模块规格及数量， I ／ O模块可多可少，但其最大数受 C P U所能 管理的基本配置的能力。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保 证， 分析知道所需控制的伺服电机每次的转角不小于 l 0 ． 8 s ， 也就 是所需的最小分辨率约为 3 6 0 ／ 0 ． 0 0 3 1 2 0 0 0 0 ， 所选择的伺服电机 可以实现精确的转角控制， 以满足控制所要求的精度。在运行程 序前 ， 需要把计算所得的每次伺服电机转动相应角度所需要 的脉 冲数目存入 P L C的数据块中， 程序的流程图， 如图 5 所示。 图 5 P L C控制流程图 该程序用于控制伺服电机的转角，由于控制槽针针尖的确 切运动时需要两个原动件的相互配合， 每个程序控制一个伺服电 机 的转角，所以需要在 P L C的控制程序 中注意两段程序之间的 相互配合以达到理想的目的。 5 结束语 现在采用伺服电机来代替凸轮作为原动件，来控制槽针针 芯的运动， 达到织物的目的， 槽针针芯的不同的运动轨迹可以编 织不同的产品， 改变槽针针芯的轨迹只需要改变伺服电机的转角 达到目的，而改变伺服电机的转角只需要通过改变 P L C的程序 就可以达到目的。采用的新型原动件驱动方式之后， 缩短了产品 开发周期， 增强了机器对不同成圈运动的适应性， 从而提高所开 发的新型经编机对企业有更加好的经济性。 参考文献 1 蒋高明， 丛洪莲 现代经编技术最新进展[ J ] 助织导报 ， 2 0 0 2 ， 4 7 7 6 2 - 6 8 2徐撷． 机械设计手册 [ M] ．北京 机械工业 出版社， 1 9 9 1 3 K a r l Ma y e r ． T e x t i h n a s c h i n e n f a b r i k G mb H ． R i s i n g a b o v e t h e c o n v e n t i o n a l [ J ] ． K e t t e n w i r k P r a x i s ， 2 0 0 3 3 3 ～ 5 4 夏金国． 槽针型高速经编机成圈机构的动力学分析[ J ] _ 中国纺织大学学 报 ， 1 9 9 7 ， 7 6 3 3 7 4 ～ 3 8 0 5 孙恒． 机械原理E M] ．北京 高等教育出版社 ， 2 0 0 0 6 王三 民_机械原理与设计课程设计[ M] ．北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 4