基于IRMCK201和ZigBee的圓網(wǎng)印花同步控制系統(tǒng)

摘要：針對(duì)圓網(wǎng)印花系統(tǒng)中導(dǎo)帶驅(qū)動(dòng)輥與圓網(wǎng)驅(qū)動(dòng)對(duì)速度同步的要求，提出了基于IRMCK201和ZigBee技術(shù)的圓網(wǎng)印花同步控制系統(tǒng)，給出了同步控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。選用IRMCK201專用電機(jī)伺服控制芯片作為各驅(qū)動(dòng)電機(jī)的伺服控制器，選用基于ZigBee技術(shù)的無線芯片CC2430作為系統(tǒng)主控制器和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計(jì)了伺服控制電路、主控制器和無線通信節(jié)點(diǎn)電路以及相應(yīng)的程序流程，實(shí)現(xiàn)了圓網(wǎng)印花系統(tǒng)各單元的速度同步控制。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、抗干擾、能耗低、體積小、成本低，為紡織生產(chǎn)中圓網(wǎng)印花各驅(qū)動(dòng)單元的同步控制提供了一種新技術(shù)。
關(guān)鍵詞：圓網(wǎng)印花；同步控制；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；IRMCK201；CC2430

傳統(tǒng)的圓網(wǎng)印花均采用集中傳動(dòng)方式，由電機(jī)通過減速裝置帶動(dòng)長軸，長軸上根據(jù)印花機(jī)的套色數(shù)，分別傳動(dòng)各套色的過橋蝸桿經(jīng)蝸輪驅(qū)動(dòng)圓網(wǎng)，同時(shí)通過齒輪減速器和聯(lián)軸節(jié)和蝸桿蝸輪副驅(qū)動(dòng)導(dǎo)帶主傳動(dòng)輥。這種集中傳動(dòng)的印花系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，印花精度低，易“跑花”，對(duì)花速度慢，效率低，成品率低和設(shè)備維修成本高，印花導(dǎo)帶與圓網(wǎng)之間的速差不可調(diào)節(jié)等缺點(diǎn)，不能應(yīng)用于高檔的精細(xì)印花生產(chǎn)中。隨著計(jì)算機(jī)數(shù)字伺服系統(tǒng)和無線傳感器技術(shù)的日趨成熟，將其應(yīng)用到絲網(wǎng)印花的圓網(wǎng)獨(dú)立電機(jī)速度控制，實(shí)現(xiàn)精細(xì)絲網(wǎng)印花速度同步控制，對(duì)提高印花精度和產(chǎn)品質(zhì)量，具有重要的意義。
本研究針對(duì)印花系統(tǒng)對(duì)圓網(wǎng)速度控制的要求，應(yīng)用數(shù)字伺服控制專用芯片IRMCK201作為伺服控制和基于ZigBee技術(shù)的CC2430芯片作系統(tǒng)控制和網(wǎng)絡(luò)通信，采用交流變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)主動(dòng)輥與圓網(wǎng)速度的同步控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成及工作原理
圓網(wǎng)印花同步控制系統(tǒng)由同步控制模塊、速度檢測(cè)模塊、ZigBee無線通信系統(tǒng)等組成。速度檢測(cè)模塊采用光電編碼器檢測(cè)印花導(dǎo)帶速度，將檢測(cè)到的導(dǎo)帶速度傳輸給同步速度控制模塊：同步控制系統(tǒng)通過速度檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到各單元的速差，通過相應(yīng)的處理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的速度同步，ZigBee無線通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各速度控制單元之間數(shù)據(jù)可靠的傳輸。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)工作原理是：系統(tǒng)運(yùn)行由ZigBee主控制器控制，各電機(jī)運(yùn)行速度由ZigBee主控制器設(shè)定，通過ZigBee的無線通信模塊將各電機(jī)的轉(zhuǎn)速指令傳輸?shù)礁魉欧刂茊卧?br /> ZigBee接收模塊上，通過IRMCK201的SPI接口，通過IRMCK201控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由光電檢測(cè)器檢測(cè)印花導(dǎo)帶的運(yùn)行速度，經(jīng)光電編碼器節(jié)點(diǎn)的ZigBee芯片進(jìn)行處理，然后通過ZigBee無線通信模塊傳輸至主控制節(jié)點(diǎn)，主控制節(jié)點(diǎn)的ZigBee處理器將接收到的速度信號(hào)與設(shè)定值比較，經(jīng)相應(yīng)處理后，傳輸至主輥電機(jī)及圓網(wǎng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)智能模塊，控制各單元電機(jī)的同步運(yùn)行，滿足印花精度的要求。主輥電機(jī)轉(zhuǎn)速與印花圓網(wǎng)電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算公式如式(1)所示。

式中，v為導(dǎo)帶設(shè)定的工藝速度；ω1為主輥電機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速；ω2為圓網(wǎng)電機(jī)轉(zhuǎn)速；r1為主輥半徑；r2為圓網(wǎng)半徑。
系統(tǒng)主控制器具有液晶顯示以及操作控制按鍵，可顯示系統(tǒng)各種運(yùn)行狀態(tài)和故障診斷，設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。
系統(tǒng)通信采用基于ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)，主控制器為網(wǎng)絡(luò)主節(jié)點(diǎn)，設(shè)置為全功能節(jié)點(diǎn)(FFD)，與各電機(jī)控制單元相連的節(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)從節(jié)點(diǎn)，設(shè)置為半功能節(jié)點(diǎn)(RFD)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)主輥電機(jī)與圓網(wǎng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的速度同步控制，主輥電機(jī)和圓網(wǎng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)均采用變頻器進(jìn)行調(diào)速。而主輥電機(jī)及圓網(wǎng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)均采用交流永磁同步電動(dòng)機(jī)(PMSM)，由于本系統(tǒng)中無需要考慮織物張力對(duì)同步速度的影響，主輥與圓網(wǎng)的速度同步控制采用IRMCK201控制器，各控制器之間通過基于ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。