三合一绣花机电控方案课件

绣花机电控系统（三合一）研制方案报告,一概述,随着电脑技术的不断成熟和电子产品成本的不断降低，在控制系统中使用高性能的MCU和嵌入式操作系统，简化了外围电路和接口，缩短了软件开发周期，能够大大提高系统的性能,同时并不显著提高成本，这符合市场对产品高性价比的需求。经过充分比较和调研分析，我们提出了一款集平绣、金片绣及特种绣为一体的三合一绣花机电控系统方案。,二基本性能和技术指标,基本性能：花样数据的输入输出及储存(2)补绣。跳跃和越框。自动换色和手动换色。自动剪线。高速空走和低速空走。手动移框。断线检测。,显示装置正确显示当前工作参数和状态。内存花样删除，总清，拷贝等。断电记忆。返回花样起绣点。正确控制金片装置的起落,可手动送片。特种头进行缠绕绣，盘带绣和绳绣。特种头的M轴手动旋转,压脚轴可独自起落，摆杆可手动前后摆动。特种头和平绣头切换。,技术指标：,最高刺绣速度：不小于1200针/分(针距4mm时)。基本数据格式：二进制、三进制。最大针迹距：不大于12.7mm。针迹分辨率：0.1mm。支持的数据交换方式：U盘、网络。内存存储最大花样数：400个。内存存储容量：1600万针。显示屏分辨率：480640。网络接口速度：10Mbps。电源电压：220V10%单相交流电。电源频率：(501)Hz。,环境温度：040。相对湿度：30%85%(无凝露)。刺绣金片直径范围：3mm9mm。平绣头与特种绣头针位顺序：第1针位为特种绣针位，第2和最后一个针位为金片绣针位，从第3针位起向后(除最后一个针位)均为平绣针位。特种绣转速最高转速：800转/分，调节量10转。符合中华人民共和国国家标准GB5226.42005（2006-09-01实施）机械安全机械电气设备；第31部分：缝纫机、缝制单元和缝制系统的特殊安全和EMC要求。,三原理及组成,基本原理先用打版软件制版，生成机器格式的花样文件后，将存有磁盘花样文件的U盘放入磁盘驱动器中,在绣花机电脑程序的控制下将花样文件内的坐标值转换成绣框X、Y的位移量相当的电信号，再传输到X、Y、Z的MCU系统进行电机升降速处理，电机的驱动板进行细分、功率放大，X、Y步进电机带动绣框完成X、Y方向的平面运动，同时主（Z）轴电机带动机针上下运动，使绣花机持续的工作。三合一绣花机的原理在前面所述的基本原理的基础上，加上金片绣和特种绣；自动或手动换色；自动剪线。,注：斜体字部分一般由绣花机整机厂配置，虚线以上部分为操作盒内容整机组成整个电控系统由以下几部分组成：操作盒、主控箱、译码板、针位板、平绣机头断检板(每头1个)、特种绣机头断检板(每头1个)、主轴电机驱动器、移框驱动器、特种绣(含左右金片绣）驱动板(每头1个)、金片装置开关和指示灯板；其中操作盒和主控箱之间通过CAN总线进行数据交换,主控板通过带底线译码板跟针位板及断检板进行信息交换,主控板把针迹信息发送给移框驱动器，主控板上的主轴控制接口电路通过主轴电机驱动器完成对主轴电机的控制(起动、停止和调速功能),主控板通过RS485与特种绣驱动板进行串行通信。,操作盒a)ARM核心板b)扩展板c)通信接口板d)触摸屏驱动板(可选,带触摸屏时才有)。e)背光板F）键盘板：若干个按键开关,蜂鸣器。,控制箱,a）主控板：监控及复位电路时钟电路存储器电路CAN接口电路I/O输入/输出控制电路与断线检测译码板的接口电路与针位板的接口电路编码器接口电路与移框步进电机驱动器的接口电路与电源板的接口电路。与主轴驱动器的接口电路。与特种绣驱动板通信的接口电路板。与限位开关，拉杆开关的接口电路。控制换色电机的电路b)电源：电源板、2个开关电源，变压器、空气开关,四方案设计,电源整个电控系统的外部电源使用220V单相交流电，除了步进电机驱动器、伺服电机驱动器、变压器、照明灯和电源板部分使用交流电源(接线端子)外，其它部分均使用来自开关电源的+5V,+12V和+24V电源。,整个电控系统的电源布局图如图2所示:,控制箱主控板,主控板应该完成的功能如下：a)绣框在X和Y两个方向上的运动控制。b)按系统要求完成对主轴电机的闭环控制。c)对主轴编码器的解码，实现对系统的同步控制。d)对针位数据的接收、换色电机的控制。e)对绣头的断线检测的接收、绣针与主轴的同步控制、绣头状态的检测，调试指示灯的控制,机头电磁铁的控制f)与操作箱的所有通讯工作，包括对操作箱命令的接收、解码执行、下位机状态与参数的上传、可执行的针迹数据文件的下传、绣作过程中针迹位置相关参数的上传。g)对金片绣和特种绣头的控制与信息交换、所有的底层动作协调与控制。h)对绣框限位开关及拉杆开关的识别及响应。,主控板上的各个功能电路,a)I/O输入、输出控制电路b)存储器电路c)CAN接口电路d)采用韩国三星公司的S3C2410A芯片作为主处理器e)与针位板和换色电机的接口电路f)编码器的接口电路g)与断线检测译码板的接口电路h)与步进驱动器的接口电路i)与限位开关及拉杆开关的接口电路j)与主轴驱动器的接口电路,操作盒操作盒应该完成的功能:a)完成人机交互操作界面，包括按键识别和显示。b)花样文件的输入输出操作。c)多个花样文件及其相关参数的存储。d)内存花样文件的编辑,编译等操作。e)网络功能。f)与下位机主控板的实时通信。g)实现多任务并行操作。h)公共参数的存储。i)自动换色顺序的设定与修改。j)内存花样文件的复制、删除、预览、排序等操作。k)设定和修改各种绣作、机器参数、工作方式的转换等辅助刺绣功能。,操作盒中各个功能电路:a)ARM核心板b)扩展板c)通信接口板d)键盘板e)触摸屏驱动板(可选)f)背光板,特种绣和左右金片绣驱动板,特种绣和左右金片绣驱动板应该完成的功能:a)控制金片绣装置的起落。b)金片绣装置上步进电机的驱动控制。c)接收金片绣装置上的开关和按键信号,并控制其上的金片绣状态指示灯。e)接收金片绣机头上带底线检测板上的机头开关信号和补绣信号,以此为依据去控制金片绣装置上的断检指示灯。f)特种绣头上M轴电机，压脚轴电机，摆杆电机的驱动和控制，M轴电机的编码器和压脚轴编码器的控制。g)接收特种绣机头上带底线检测板上的机头开关信号。h)与主控板通信.,驱动板底硬件设计原理框图如图3所示,图3,左金片绣开关,平绣断检信号,RS485,特种绣断检信号,右金片绣开关,左金片绣气阀,左金片绣气阀,左金片绣送片电机,主处理器C8051,右金片绣送片电机,摆杆电机,勾线电机,M轴编码器,从处理器DSP,压脚编码器,M轴电机,压脚电机,硬件设计详述（图3）:,a)驱动板和主控板通过485总线进行通信，驱动板接收主控板发来的控制信号，在做特种绣时，把信号的执行情况反馈给主控板。b)驱动板主要由两片CPU实施控制。主处理器实现对4个两相步进电机专用集成芯片的直接控制，同时还实现对特种绣的间接控制，如绣作方式的处理。从控制器负责对M轴电机(包括所配编码器)和压脚轴电机(包括所配编码器)的控制。,针位板,针位板应该完成的功能:a)检测当前针位.b)换色是否完成.带底线译码板带底线译码板应该完成的功能:a)把针位板上送来的针位信号经过译码,送给机头带底线两位断检板。b)把主控板送来的主轴状态和控制信号转送给机头带底线两位断检板。c)把来自于断检板的断线检测信号送给主控板。,平绣机头(带金片绣)带底线两位断检板,带底线两位断检板应该完成的功能:a)通过挑线簧和夹线座铜柱构成的断线传感器,在此处检测到断线(这是一位断检)。b)接收来自于底线检测板的断线检测信号(这是另一位断检)。c)断线时完成报警,并把断检信号通过带底线译码板送给主控板。d)把机头开关状态通过带底线译码板送给主控板，通过连接线送给左右金片绣和特种绣驱动板。e)驱动机头电磁铁。f)接收来自于带底线译码板的针位信号。功能设计:三态拨动开关来控制机头；挑线簧和夹线座铜柱构成的断线传感器,底线检测板,通过光电传感器来检测是否断线；夹线轮带动斩光轮旋转利用光电传感器通过斩光轮的旋转，产生脉冲并发送到带底线两位断检板特种头的断检板类似于平绣机头(带金片绣)带底线两位断检板,只是比后者少了一位断线检测,即为带底线一位断检板,绣框的两个步进电机驱动器（暂外购）,该驱动器应该完成的功能:a)接收来自于主控板的X、Y方向的运动步数、方向和主轴的同步信号。b)驱动X、Y方向的步进电机精确而平稳地运动(细分控制)，从而带动绣框运动。c)把步进电机的执行情况反馈给主控板。交流伺服电机驱动器（暂由绣花机厂外购）结构方案操作盒的外壳，控制箱的箱体,五关键技术与难点,操作盒中的ARM核心板和主控箱中的主控板上的ARM技术（软硬件）都是初次使用，因此这块既是系统中的关键技术，对我们来说也是难点。X、Y轴步进电机驱动器中的细分技术（考虑外协）。主轴与绣针落针、绣框运动、送金片、特种头上3个电机的动作的同步，这些要依靠反映主轴转速和位置的光电编码器，光电编码器能及时检测出主轴位置，并把该位置信号反馈给主控板，主控板将该信号作为时间基准，去控制各个电磁铁和电机等去完成各项预先规定好的动作。主轴所用的交流伺服电机的伺服包考虑技术外协或者外购。操作盒塑料外壳设计、开模。,整机的EMC指标控制，绣花机出口占很大比例，不同于其它纺织电子设备，绣花机电控有专门的EMC国家标准，绣花机的特点就是电机多，除主轴、绣框三个大功率电机外，还有换色电机、自动剪线中的勾线电机和每一个特种绣（含左右金片绣）驱动板控制的6个电机，以绣花机20头为例，仅绣花机的特种绣（含左右金片绣）驱动板控制就需120个电机，EMC指标是一个设计难点。,六技术特点,平绣、左右金片绣和特种绣集于一体，可任意自动切换。人性化的触摸屏界面。液晶显示器定时关灭。超大花样存储空间。单花样最大可达100万针。多任务并行工作与自由的工作任务切换。绣作参数的分组管理。U盘输入输出花样。,通过网络输入花样及换色顺序、多机联网功能。花样起绣点记忆功能。软机支持中英文切换。绣花机各个机器部件的调试与测试功能。生成字母花样。自动剪线功能。自动或手动换色功能。,七材料成本预算（不含软件和工厂成本）,操作盒,主控箱,其它控制板,对于一个完整的三合一电控系统，它包括：1个操作箱、1个主控箱、1个绣框驱动器、1个针位板、1个带底线译码板、1个给特种绣和金片绣驱动板供电的开关电源，以上这些是公用的，合计5990元。此外每个机头要配1个特种绣和金片绣驱动板、1个平绣头(带金片绣)断检板、1个特种头断检板，合计680。因此就以我们的三合一样机为例，6个头(平绣、金片绣和特种绣全部配齐)