一種直驅式單針工業平縫機控制系統技術方案

本發明專利技術公開了一種直驅式單針工業平縫機控制系統，該系統包括處理器、操作板、通信電路、電機驅動電路、電磁閥驅動電路、腳踏板檢測電路、位置檢測電路、電機、過電流保護電路、電壓檢測電路、電流檢測電路、開關電源、整流電路、腳踏板調速器；系統硬件電路的設計以及軟件的設計都采用了模塊化的設計，停針速度較快且迅速準確、無滯后，線跡重合度很高，定針縫針數準確，縫紉速度比較穩定；人機操作界面更加人性化、可操作化，克服了傳統人機界面只顯示英文、數字的缺點，增加了漢字顯示。

Direct drive single needle industrial lockstitch sewing machine control system

The invention discloses a sewing machine control system for a direct drive single needle lockstitch, the system includes a processor, operating board, communication circuit, motor drive circuit, solenoid valve drive circuit, pedal detection circuit, position detection circuit, motor, overcurrent protection circuit, voltage detection circuit, current detection circuit, switch power supply, rectifier circuit, pedal sensor; design of system hardware circuit design and software are adopted in modular design, needle speed and quickly and accurately, without delay, stitch a high degree of coincidence, needle needle number accurate, sewing speed is relatively stable; man-machine interface more humane, operation, to overcome the traditional human-computer interface, digital display only English shortcomings, increase Chinese characters display.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種工業平縫機的控制系統，特別是一種直驅式單針工業電 腦平縫機的控制系統。
技術介紹
1.國內外研究現狀 隨著市場需求的發展，用戶對縫紉設備的要求越來越高，直接推動著縫 紉設備控制系統的快速推陳出新。目前，國內外對縫紉機控制系統的研究呈 現如下狀況1) 由于直驅式電腦平縫機采用內置的馬達直接驅動縫紉機，具有安裝 快捷方便、易維護、操作空間加大、縫紉更舒適、整機體積小、運輸方便等 優點，所以，直驅式電腦平縫機一經面市，就迅速成為市場上的主流產品， 直驅式電腦控制系統也成為新的研究熱點和發展方向。2) 目前，日本的兄弟、重機等國外公司以及臺灣的賀欣、鴻鵠等公司 都成功研制了相應的直驅式電腦平縫機控制系統。3) 國內知名的縫紉機廠商都紛紛推出了自己的直驅式電腦平縫機，批 量供應市場，但其控制系統基本都由臺灣或國外的公司配套。例如，西安標 準、浙江通宇等公司所生產的GC672系列直驅無油自動剪線平縫機、GC8000 系列直驅微油電腦機等一批新產品。4) 目前，國內尚未開展直驅式電腦縫紉機控制系統的研究，研究熱點 還集中在普通型的平縫機控制系統。例如，標準、方正、飛躍、上工等國內 廠商都研制了或聯合研制了相應的控制系統，西北工業大學的唐永哲教授提 出了基于196單片機的平縫機電腦控制系統，上海交通大學的趙繼敏教授開 發了基于DSP的電腦控制系統，浙江大學的劉峙飛在電腦控制系統中引入了空間電壓矢量控制，這些研究都是針對傳統的電磁離合器電機或交流調速 電機。縫紉機控制系統的研究發展關鍵的一點是技術的發展。雖然中國縫紉機 行業近幾年得到了長足的發展，生產企業對研發，技術方面等投入相對比較 大，且縫紉機整機生產逐步向中國轉移，但與日本等同行相比，研發、技術 方面差距依然很大。2.當前電腦平紉機控制系統存在的缺點 從系統整體上來看，體積笨重、噪音大、速度低、高速控制差、電能消 耗大、成本高；從控制系統電路上來看，干擾嚴重、元器件成本昂貴、功率器件發熱嚴 重，電路板設計復雜；從應用的電機上來看，主要采用的是離合器電機、感應電動機、伺服電 動機，直流無刷電動機漸漸開始應用到實際中。從中國整個縫紉機控制系統的產品發展來看，產品主要以仿制國外產品 為主，缺乏自主創新。是否需要從仿制逐步轉向獨立開發、如何逐步進行轉 化，在哪些方面首先進行有計劃地改進提升，是大部分縫紉機控制系統研發 部門面臨的關鍵戰略問題。當前，缺工缺電是國內服裝企業所面臨的兩大困難，服裝企業要在激烈 的市場競爭中生存并發展壯大，就必須采用節能高效的先進設備，降低對工 人的要求，所以對于縫紉設備——縫紉機的要求也越來越高，基于此現象， 先后推出了各種各樣的電腦工業縫紉機，當前縫紉機控制系統技術的提升、 創新已經成為該領域研究關注熱點。
技術實現思路
基于上述當前電腦平縫機控制系統存在的缺點或不足，本專利技術的目的在 于，基于當前的縫紉機控制系統的市場需求和研究技術需求，提供一種直驅式單針工業平縫機控制系統，該系統采用了模塊化設計的思想主控制器和 操作板分開，操作板可實現漢字顯示，引用永磁式直流無刷電機到縫紉機控 制系統中使得整機體積減小；電路板設計模塊化使得各部分功能分割清楚并 且便于產品的維修、更換，程序模塊化簡化了程序的編寫。 為了實現上述任務，本專利技術采取如下的技術解決方案 一種直驅式單針工業平縫機控制系統，其特征在于，該系統包括處理器 Ul、操作板、通信電路、電機驅動電路、電磁閥驅動電路、腳踏板檢測電 路、電流檢測電路、永磁式直流無刷電機、過電流保護電路、電壓檢測電路、 位置檢測電路、開關電源、整流電路、腳踏板調速器；其中，系統由主控制 器和操作板兩大部分組成，操作板獨自為l塊，形成系統的操作板； 操作板與處理器U1通過通信電路進行雙向數據傳輸； 處理器U1分別連接位置檢測電路、電機驅動電路、電磁閥驅動電路、 腳踏板檢測電路、電壓檢測電路、電流檢測電路；電機分別連接位置檢測電路、電機驅動電路、電流檢測電路； 電機驅動電路分別與過電流保護電路、整流電路、永磁式直流無刷電機、 處理器U1連接；整流電路與電壓檢測電路、電機驅動電路相連； 腳踏板調速器與腳踏板檢測電路相連；開關電源為整個控制系統提供5V、 12V、 15V、 27V的直流電源； 腳踏板調速器向腳踏板檢測電路發送腳踏板位置信號，腳踏板檢測電路 對信號進行信號調理后給處理器發送腳踏板位置處理信號；過電流保護電路 主要對電機驅動電路進行保護，處理器對電機驅動電路發送6路驅動信號， 控制調節電機的速度，控制電機按期望速度運動；電流檢測電路對電機驅動 電路的電流進行檢測，檢測信號反饋給處理器進行PID控制形成閉環控制； 位置檢測電路對電機位置和速度進行檢測，并將信號反饋給處理器，處理器進行PID調節后對電機進行控制，位置檢測電路的主要功能是解決永磁式 直流無刷電機的換向問題；電磁閥驅動電路通過處理器給電磁閥驅動電路發 送驅動信號控制各個功能龜磁閥動作。上述的直驅式單針工業平縫機控制系統為多塊電路板設計，其中，處理 器、通信電路、電機驅動電路、電磁閥驅動電路、電流檢測電路、過電流保 護電路、電壓檢測電路、整流電路構成控制系統板，腳踏板調速器和腳踏板 檢測電路構成腳踏板檢測電路板，位置檢測電路構成位置檢測電路板，開關 電源構成開關電源板，且上述控制系統板、腳踏板檢測電路板、位置檢測電 路板、開關電源板組成主控制器，操作板獨立于主控制器構成系統的操作板。操作板，由LCD、按鍵，以及驅動電路、處理器U22、外圍電路組成； 操作板主要實現LCD顯示、按鍵的處理、縫紉參數的設置保存，與主控制 器連接進行數據、指令、故障信號的雙向傳輸。上述電機驅動電路，由隔離電路、電機驅動芯片U17以及功率管IGBT Q1 Q6形成的單電源供電的全橋驅動電路組成，輸出U、 V、 W與電機3 相繞組連接，驅動永磁直流無刷電機正常工作；由于功率管驅動芯片U17 自身的特點，在發生欠壓或過流時通過故障信號腳使得驅動芯片停止工作關 斷6路驅動輸出，達到了自動保護的功能；為了確保電機驅動電路正常運行， 通過一個電流檢測電阻R7對全橋驅動電路下橋臂電流進行過電流檢測保 護，當過流時，功率管驅動電路會自動關斷6路輸出，實現過流保護功能。 功率管IGBT的驅動芯片U17的輸出L01、 L02、 L03分別串聯電阻R33、 R34、 R35后連接逆變橋電路的下橋臂Q4、 Q6、 Q2的柵極，HOl、 H02、 H03分別串聯一電阻R30、 R31、 R32連接上橋臂Q1、 Q3、 Q5的柵極，功 率管Ql、 Q3、 Q5源極分別與功率管Q4、 Q6、 Q2的漏極連接，功率管IGBT Ql、 Q3、 Q5的源極分別與直流無刷永磁電動機的U、 V、 W端連接；此外 為防止門極開路或門極損壞時主電路加電損壞IGBT，在柵、射極之間連接電阻R39 R44。驅動芯片U17的輸出VS1、 VS2、 VS3分別串聯一電阻R36、 R37、 R38連接到上橋臂Q1、 Q3、 Q5的源極，功率管的輸出U、 V、 W分 別串聯一電阻R45、 R46、 R47與下橋臂的共地端連接。上述電磁閥驅動電路，由UIO、 Q8、 Q9、 QIO、電阻R81、 R82、 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種直驅式單針工業平縫機控制系統，其特征在于，該系統包括處理器Ｕ１（１）、操作板（２）、通信電路（３）、電機驅動電路（４）、電磁閥驅動電路（５）、腳踏板檢測電路（６）、電流檢測電路（７）、永磁式直流無刷電機（８）、過電流保護電路（９）、電壓檢測電路（１０）、位置檢測電路（１１）、開關電源（１２）、整流電路（１３）、腳踏板調速器（１４）；其中，系統由主控制器和操作板兩大部分組成，操作板（２）獨自為１塊，形成系統的操作板；操作板（２）與處理器Ｕ１（１）通過通信電路（２）進行雙向數據傳輸；處理器Ｕ１（１）分別連接位置檢測電路（１１）、電機驅動電路（４）、電磁閥驅動電路（５）、腳踏板檢測電路（６）、電壓檢測電路（１０）、電流檢測電路（７）；永磁式直流無刷電機（８）分別連接電機驅動電路（４）、位置檢測電路（１１）、電流檢測電路（７）；電機驅動電路（４）分別與過電流保護電路（９）、整流電路（１３）、永磁無刷式直流無刷電機（８）、處理器（Ｕ１）（１）連接；整流電路（１３）與電壓檢測電路（１０）相連；腳踏板調速器（１４）與腳踏板檢測電路（６）相連；開關電源（１２）為整個控制系統提供５Ｖ、１２Ｖ、１５Ｖ、２７Ｖ的直流電源；腳踏板調速器（１４）向腳踏板檢測電路（６）發送腳踏板位置信號，腳踏板檢測電路（６）對信號進行信號調理后給處理器Ｕ１（１）發送腳踏板位置處理信號；過電流保護電路（９）主要對電機驅動電路（４）進行保護；處理器Ｕ１（１）對電機驅動電路（４）發送６路驅動信號，調節永磁式直流無刷電機（８）的速度，控制電機（８）按期望速度運動；電流檢測電路（７）對永磁式直流無刷電機（８）的繞組上的相電流進行檢測，反饋檢測信號給處理器Ｕ１（１）進行ＰＩＤ控制形成閉環控制；位置檢測電路（１１）對永磁式直流無刷電機（８）轉子位置進行檢測，并將檢測信號反饋給處理器Ｕ１（１）實現對電機的換向信號的處理為電機驅動電路提供正確換相信息；電磁閥驅動電路（５）通過處理器Ｕ１（１）給電磁閥驅動電路（５）發送驅動信號控制各個功能電磁閥動作。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李成，高建民，周秦武，王明婭，艾敏華，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：87[]