禾川Q系列中型PLC在工业缝纫机的应用

文:浙江禾川科技有限公司 沙轩2022年第四期

  1. 工业缝纫机的发展概述

  18世纪工业革命之前,人们主要依靠缝制结扎义务,主要使用的工具是“针”。随着工业革命的推进,纺织工业大生产促进了缝纫机的发明和发展。

  现今随着伺服电机、步进电机、气动、数控技术在缝纫机上的应用,实现了变速控制、送料控制、自动剪线、自动倒缝、自动抬压脚等功能。工业缝纫机机械构造趋向简易化,功能趋向智能化,出现了花样机、模板机、自动裁床、带移料工作台的缝纫机等等。

  1.1 工业缝纫机的简述

  缝纫设备是利用专用缝纫线在加工材料上缝制线透,仲各种加工材料缝合在一起的机器,缝纫设备的加工材料可以是生活中常见的物品,如棉、麻、丝、人造纤维等织物,还可以是皮革、塑料、纸张等制品。相比于手工经制,缝纫机加工的线迹更加整齐美观,平整牢固。

电机

图1. 5D工业缝纫机

  1.2 工业缝纫机的发展趋势

  1.2.1国外缝纫机的发展现状分析

  首先,分析国外缝纫机的发展现状。国外致力于研究缝纫机的高速化,可缝性能研究,全自动化研究,直接驱动研究,交流伺服研究,自动补充底线研究等。日本,德国,韩国是交流伺服研究的代表国家。这些国家对交流伺服研究大部分集中在数字控制的交流伺服系统或者交流变频中。由于工业平缝机存在的缺点显著,例如体积较大,结构复杂,难以有效维护,所以人们逐步深人到直接驱动研究

  中。缝纫机主要在鞋帽,箱包,服装等的缝纫工作中有应用这些产品在加工环节必须不受到油污染。但是缝纫机毕竟属于机械产品,在运行的时候又采用高速度运行,所以针对如此高速度运转的缝纫机必须采用润滑系统,保障高速运行下整体结构处于稳定状态近年来,缝纫机公司致力于微油化、无油化技术研究,这也就代表着缝纫设备领域中有了新的发展方向。

  1.2.2国内缝纫机的发展现状分析

  随着时代的发展,我国的各项生产事业也在不断发展,缝纫生产企业也是如此,紧随时代发展的步伐,追赶国际化的发展潮流。仅仅把握国际缝纫机机械前沿技术,紧密围绕机电两个关键结构展开深人探讨。毕竟国内整体技术水平有限,因此相比较国外,还是有一定差距。无论是生产水平还是加工工艺都有待于进一步提升。国内缝纫机行业反映出来的主要问题有,仿制国外产品现象突出。缺乏创新能力,材料及热处理工艺有待提升,对技术开发体系的重视程度有待于强化,产品立项前的市场管理活动有待于进一步规范产品的研发缺乏一个整合企业资源清晰的研发流程等。我国是世界上最大的缝制机械生产和销售国家,国内缝制机械总产量占到世界总量的八成以上。虽然是缝纫机生产大国,但是还不是强国,自动化智能化程度还有待于进一步提升,必须想方设法倡导创新,研发出功能丰富的缝纫机设备,以创新带动缝纫机产业的发展,从跟随式走向跨越式发展阶段。我国在把握好成本方面优势的同时也要注重技术优势的占据,促进缝纫机整机技术水平不断提升,致力于具有自主知识产权的高性能工业平缝机控制系统的研究。在国际缝纫机市场中站稳脚步。

  1.2 工业缝纫机设备简介

  工业缝纫机(industrial sewing machine)是适于缝纫工厂或其他工业部门中大量生产用的缝制工件的缝纫机。服装、鞋帽、等需要用缝纫机的工厂都是用工业缝纫机。

  随着工业缝纫机的不断发展,驱动工业缝纫机的电动机及其控制技术也在产生技术革新,到目前为止已经有四代产品,即摩擦片式异步电机(离合

  器电机)、涡流式异步电机、混合步进式电机和交流伺服电机。

电机

图2. 工业缝纫机结构图

  2. 禾川工业缝纫机解决方案介绍

  2.1目前市场主流解决方案

  离合器电机是工业缝纫机上应用时间最长的电机,主要的优点是结构简单可靠,启动和刹车时间短,满足工业缝纫机快速启停的要求,行业应用量大、成本低,中低端的工业缝纫机主要采用离合器电机。缺点是整机效率低,特别缝纫机停止期间,电机仍然在工作并耗电,同时,离合器和摩擦片需定期更换,维护工作量较大。为了满足定位定针的要求,摩擦片式电子定位定针电动机也有应用,特点是起步快,但速度和针位控制精度差,且摩擦片的磨损会影响定位的可靠性,需经常保养和维护。

  2.2 禾川工业缝纫机解决方案

  为了解决目前主流方案存在的问题,我们推出了一种全新的工业缝纫机解决方案:以禾川Q系列PAC为控制层,搭载X3E伺服一体机为驱动层。

电机

图3. 禾川工业缝纫机系统拓扑图

  这种全新的EtherCAT总线方案通过普通RJ45的网线来通讯,彻底解决了传统方案布线复

  杂,布线时间长的痛点。并且具备可靠性高,抗干扰能力强不会出现丢脉冲的优点。X3E一体机超高功率密度设计实现更轻薄的体积,明显的能耗节省,在同等功率配置下,四合一节省40%,六合一节省50%,在相同制动应用场合下,四合一节省20%,六合一节省30%。

  这是一种辅助送料的工业缝纫机控制系统,适用于平面直线自动缝制作业,该系统涉及PAC编程控制的工业缝纫机技术领域,其主要包括控制层、人机交互层、驱动层和执行设备。

  i.控制层:连接人机交互,用于将操作者所需要的产品参数通过人机交互界面输入至PAC,再通过PAC内部存储的缝纫程序进行处理并生成相应的控制信号驱动下位;

  ii.人机交互层:用于和控制层之间进行数据交互,通过触摸式显示器把人和机器连为一体的智能化界面。它是替代传统控制按钮和指示灯的智能化操作显示终端。它可以用来设置参数,显示数据,监控设备状态。更方便、快捷、表现力更强,并可简化为PLC的控制程序,创造了友好的人机界面。

  ii.驱动层:分别连接控制层以及执行设备,用于接收控制层输出的控制信号,并将控制信号进行放大处理后输出至执行设备执行;

  上述驱动层包括:

  主轴电机:用于驱动缝纫机针杆带动机针做上下往复运动。

  辅助电机:用于驱动送料机构的水平方向运动,以及执行控制层所发出的CNC算法轨迹;

  压脚和剪线气缸:连接执行设备中的压脚和剪线机构,用于驱动压脚沿竖直方向运动,进行剪线操作。

  根据自动缝制的控制要求,该系统主要特征包括:

  自动运行指令:上述控制层对自动运行指令处理并生成相应的控制信号,驱动缝纫机实时缝制加工操作。

  手动运行指令:供操作者控制电机定位,实时调试,参数修改设置。

  回原运行指令:供操作者对整机设备进行初始化调节。

电机

图3. 禾川工业缝纫机系统控制框图

  3. 禾川Q1控制器CNC功能介绍

  CNC功能即实现轨迹控制的一种运控功能,其目标不仅对“起始点” 与“目标点” 的位置,而且对两点之间所经过的轨迹,也要求按希望的运动路径进行控制。

  通过同时控制多个轴的运动,使得设备运动部件,按照所需的轨迹运动,或工具与工件之间的相对运动,实现所需的加工。

  CNC典型的应用包括图形雕绘、立体雕刻、机床加工、机械手搬运、装配、运动平台控制等。

  HCQ1支持PLCopen规范的CNC运控功能,支持直角坐标系的3轴直线和螺旋线插补

  HCQ1系统软件中,带有SM3_CNC.library库,无需特别的附件,即具有CNC轨迹插补控制功能,支持直角坐标系的插补功能、支持SCARA、DELTA等运动机构的坐标变换等功能,用以控制这些设备的动作。

  4、结束语

  禾川工业缝纫机控制系统适用性强,且缝纫过程中不需要缝纫操作工配合辅助送料,节约人力成本的同时有效的提升生产效率,并且使缝制产品的品质和一致性得到充分的保证。

  虽然现在再工业缝纫机市场上仍由许多采用价格低廉的离合器电机,但是伺服电机的普及已成为趋势,顺应了工业缝纫机由简单控制到自动化和机电一体化发展的潮流。

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