基于電腦橫機應用的一種新型織物密度調節裝置

李 寧，吳曉光，張 馳，張成俊，朱 里

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基于電腦橫機應用的一種新型織物密度調節裝置

李 寧，吳曉光*，張 馳，張成俊，朱 里

(武漢紡織大學 機械工程與自動化學院，湖北 武漢 430073)

密度調節裝置是電腦橫機編織的關鍵部件，其可以改變織物密度，編制出較復雜的嵌花組織。本文提出了一種新型的密度調節裝置，該裝置利用棘輪、凸輪及滑塊機構，并通過步進電機驅動齒輪傳動，快速精確的實現了橫機度目密度調節功能。利用該裝置可將現有國產雙系統電腦橫機所需配置的八個步進電機控制的密度調節機構，簡化為僅需要四個步進電機驅動即可實現，且機構簡單、運行穩定、準確，降低了企業的生產成本、管理和維修方便，具有實際工程價值。文中控制部分采用DSP以及CAN總線控制系統來實現。

電腦橫機；織物；密度調節裝置；DSP

我國電腦橫機發展迅速，尤其是近年來，從國外引進了不少發達國家的先進的電腦橫機，如德國的CMS系列、日本的SEC等系列電腦橫機。迄今為止，國產電腦橫機總體而言是以消化吸收、再創新的基礎上形成了我國電腦橫機品牌，如郁翔的FS系列，天元TY系列等[1]。由于電腦橫機編織原理相對其它針織機的編織過程復雜，因此，國產電腦橫機的織物密度調節機構的驅動方式仍參考國外機型，其結果造成所需的控制度目電機過多，控制繁瑣等缺點。

本文提出一種實現雙系統電腦橫機織物密度調節機構新的方法，該機構簡化了國產現有雙系統密度調節過程中的驅動方式，利用文中所提出的密度調節裝置可頂替原有織物密度調節裝置，且機構簡單、運行穩定，易實現織物密度調節和控制自動化。

1 雙系統橫機密度調節裝置

本文以12G雙系統電腦橫機為例。圖1所示為雙系統機頭單面結構圖，其中，分為左右度目機構。現有雙系統雙機頭需配置八個度目，分別由八個二相四拍度目電機（步進電機）獨立控制。

圖1 雙系統機頭單面結構圖

圖2所示為度目在雙系統電腦橫機中的簡化圖，圖中度目編號依次為M1、M2、M3、M4（后板度目），M5、M6、M7、M8（前板度目）。當機頭右行時，奇數度目（M1、M3、M5、M7）工作；當機頭左行時，偶數度目（M2、M4、M6、M8）工作。工作度目通過上下（前后）運動完成織物的密度調節。

圖2 度目在雙系統電腦橫機中的簡化圖

1.1 雙系統密度調節裝置的工作原理

所謂調密是指調節針織織物的線圈結構的松緊程度，即調節密度三角的壓針深度。目前，雙系統電腦橫機主要是通過步進電機（度目電機）控制驅動機構來實現密度調節。如圖3所示，采用步進電機控制螺旋凸輪，然后由凸輪驅動滑塊（圖4度目斜槽）上下運動，驅動度目沿著450的斜槽滑動，從而實現密度的調節[2]。如圖5所示為度目初始位置，圖6所示為度目處于最低位置，其高度間連續可調，可調范圍在[0,649]區間內，且數值越大，織物越松。

圖3 度目電機與螺旋凸輪實物圖

圖4 度目三角斜槽實物圖

圖5 度目三角初始位置示意圖

圖6 度目三角最低位置示意圖

圖7 傳統密度調節裝置結構圖

由圖1至圖6可知，雙系統電腦橫機度目密度調節是以一對一的控制，即一個步進電機控制一個度目三角。

為了滿足編織出不同密度的織物，應根據花型的需要對密度三角進行實時調節，如圖7所示，步進電機的旋轉量根據密度要求進行控制，密度三角嵌于螺旋凸輪凹槽中。在步進電機轉動下，帶動凸輪槽轉動，從而使密度三角沿著密度軌道上下運動，實現密度調節。

1.2 雙系統密度調節裝置存在的不足

現有密度調節機構的驅動方式是采用單片機控制，從控制數量來看，共需控制八個步進電機完成密度調節，其缺點是處理信號速度慢，編織效率低；所需步進電機與驅動器過多，增加了控制工作量，生產效率低。本文提出一種新型密度調節裝置，該裝置只需四個步進電機來代替原有八個步進電機驅動，使控制系統大大簡化，而且驅動機構便于加工制造，同時控制系統采用DSP以及CAN總線控制，系統集成度高，實時響應快等特點。

2 新型密度調節裝置

本密度調節裝置是用一個步進電機控制兩個度目（圖1中左右度目）運動，其傳動結構為對稱關系，圖8所示為該調節裝置的結構示意圖。圖9為該調節裝置結構圖（圖8）中的棘輪棘爪機構示意圖。圖8中，當步進電機1逆時針轉動時，驅動棘爪11作用于齒輪6與齒輪5進行嚙合，最終作用于左側凸輪4與滑塊機構及左側度目3上下運動來完成調節工作。當步進電機1順時針轉動時，驅動棘爪10作用于齒輪2與齒輪7進行嚙合，最終作用于右側凸輪8與滑塊機構及右側度目9上下運動來完成調節工作。因此，采用本機構可以實現上述步進電機控制螺旋凸輪，然后由凸輪驅動滑塊上下運動，驅動度目沿著45°的斜槽滑動，從而實現密度的調節，其過程簡單，控制電機數量少，左右度目互瑣性好，可靠性高，不易出錯等優點。

圖8 新型密度調節裝置的結構示意圖

圖9 棘輪棘爪機構示意圖

3 硬件設計

如圖10所示為控制總體結構方案圖，每個控制器驅動兩個步進電機，每個步進電機控制兩個度目的運動，兩臺步進電機的運動相互獨立。

圖10 控制總體結構方案圖

系統通信采用CAN現場總線，下位機各節點由控制器、電機驅動器、步進電機和度目組成，上位機PC通過CAN適配卡負責控制和監控步進電機的運動，從而控制電腦橫機中所有度目的上下運動。

步進電機的控制器以DSP芯片TMS320LF2407為核心，該芯片帶有CAN控制模塊，可以與CAN總線通信[3]。TMS320LF2407事件管理器A、B分別控制2臺步進電機，在TMS320LF2407與步進電機間選用脈沖分配和驅動電路芯片THB6064AH，硬件連接如圖11所示。

4 軟件設計

4.1 步進電機位置控制

若步進電機順時針轉動時，奇數度目（圖2中的度目）參加編織工作；步進電機逆時針轉動時，偶數度目（圖2中的度目）參加編織工作。對度目的位置控制需要2個參數：絕對位置即度目的當前位置，相對位置(移動到目標的距離)將被折算成電機步數。位置控制的一般做法是：步進電機每走1步，步數減1，當度目到達目標位置時,步數正好為0。位置控制子程序流程圖如圖12所示。

圖11 TMS320LF2407與電機連接圖

圖12 位置控制子程序圖

4.2 步進電機加減速控制

步進電動機在旋轉過程中要經歷加速、恒速、減速過程，這樣可以在最短的時間里完成度目的運動，同時也避免了失步現象與過沖現象的發生，提高了電腦橫機編織的工作效率。

步進電機的加減速控制就是控制度目通過加速、恒速、減速過程，從一個位置運行到另一個位置。這就有2個要求：總步數要符合給定值；總的走步時間要盡量短。用DSP對步進電機進行加減速控制實際上就是控制每次換相的時間間隔。升速時，使脈沖串逐漸加密，減速時則相反，即不斷改變定時器的裝載值。加減速子程序流程圖如圖13所示。

圖13 加減速子程序圖

4.3 脈寬調制PWM程序設計

本文設計的步進電機1是由DSP芯片中的事件管理器EVA控制的，步進電機2是由事件管理器EVB控制的。

EVA模塊的PWM設置程序代碼如下：

int pwm1() ／*電機1初始化*／

{

／*產生PWM1*／

*DBTCONA=0x0000； ／*不使能死區控制*／

*T1PR=0x07d0； ／*設置定時器1周期寄存器*／

*CMPR1=0x03e8； ／*決定PWM1，PWM2占空比*／

*ACTRA=0x000D； ／* PWM1低有效，PWM2強制高*／

*COMCONA=0x8200； ／*使能比較操作*／

*T1CON=0x1002； ／*使能比較操作，分頻系數為1*／

}

EVB模塊的PWM設置程序代碼如下：

int pwm2() ／*電機2初始化*／

{

／*產生 PWM7*／

*DBTCONB=0x0000； ／*不使能死區控制*／

*T3PR=0x07d0； ／*設置定時器3周期寄存器*／

*CMPR4=0x03e8； ／*決定PWM7，PWM8占空比*／

*ACTRB=0x000D； ／* PWM7低有效，PWM8強制高*／

*COMCONB=0x8200； ／*使能比較操作*／

*T3CON=0x1002； ／*使能比較操作，分頻系數為1*／

}

5 結語

本文以雙系統電腦橫機中的密度調節裝置為研究對象，在分析現有的密度調節裝置原理及控制方式的基礎上，設計了一種新型的密度調節裝置。該裝置通過實際運用，從原理上滿足了雙系統電腦橫機密度調節，同時，密度調節機構簡單，易于制造加工；而控制步進電機的硬軟件系統因數量比現有機型少，又因采用DSP芯片與CAN總線技術，信號處理速度快，企業投資成本低。本裝置已在12G雙系統電腦橫機應用，效果顯著。

[1] 宋廣禮. 電腦橫機實用手冊[M]. 北京：中國紡織出版社，2010.

[2] 吳興良. 電腦橫機密度調節機構[J]. 機電產品開發與創新，2011,24（1）：83-84.

[3] 劉和平. TMS320LF240x DSP結構、原理及應用[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2002.

A New Type of Fabric Density Regulating Device Base on The Application of Computer Flat Knitting Machine

LI Ning, WU Xiao-guang, ZHANG Chi, ZHANG Cheng-jun, ZHU Li

(College of Mechanical Engineering and Automation, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073,China)

The density regulating device is the key weaving component of computer knitting machine, which can change the fabric density and produce more complex intarsia organization. In this paper, it presents a new density adjusting device using ratchet mechanisms, cams, slide mechanisms, also fast and accurately implement the stitch density adjusting function of computer knitting machine through the stepper motor to drive the gear drive. Using the device can simplify the control from the eight stepper motor of the density adjusting mechanisms of the existing domestic dual system computer knitting machine to only require four stepper motor. The structure of the mechanism is simple, the operation is stable and accurate, reducing the cost of the enterprise production, management and repair convenient and having the practical engineering value, the control part in the paper adopts DSP chip and the CAN bus control system.

Computer Knitting Machine; Fabric; Density Regulating Device; DSP

TS183.92

A

2095－414X(2013)03－0023－05

湖北省科技廳自然基金創新群體項目（20074023）.

吳曉光（1954-），男，教授，研究方向：數字化紡織裝備及其關鍵技術.