基于IRMCK201和ZigBee的圓網(wǎng)印花同步控制系統

摘要：針對圓網(wǎng)印花系統中導帶驅動(dòng)輥與圓網(wǎng)驅動(dòng)對速度同步的要求，提出了基于IRMCK201和ZigBee技術(shù)的圓網(wǎng)印花同步控制系統，給出了同步控制系統結構。選用IRMCK201專(zhuān)用電機伺服控制芯片作為各驅動(dòng)電機的伺服控制器，選用基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)芯片CC2430作為系統主控制器和數據通信網(wǎng)絡(luò )。設計了伺服控制電路、主控制器和無(wú)線(xiàn)通信節點(diǎn)電路以及相應的程序流程，實(shí)現了圓網(wǎng)印花系統各單元的速度同步控制。運行結果表明，該系統穩定可靠、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；系統設計；IRMCK201；CC2430

傳統的圓網(wǎng)印花均采用集中傳動(dòng)方式，由電機通過(guò)減速裝置帶動(dòng)長(cháng)軸，長(cháng)軸上根據印花機的套色數，分別傳動(dòng)各套色的過(guò)橋蝸桿經(jīng)蝸輪驅動(dòng)圓網(wǎng)，同時(shí)通過(guò)齒輪減速器和聯(lián)軸節和蝸桿蝸輪副驅動(dòng)導帶主傳動(dòng)輥。這種集中傳動(dòng)的印花系統存在結構復雜，印花精度低，易“跑花”，對花速度慢，效率低，成品率低和設備維修成本高，印花導帶與圓網(wǎng)之間的速差不可調節等缺點(diǎn)，不能應用于高檔的精細印花生產(chǎn)中。隨著(zhù)計算機數字伺服系統和無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)的日趨成熟，將其應用到絲網(wǎng)印花的圓網(wǎng)獨立電機速度控制，實(shí)現精細絲網(wǎng)印花速度同步控制，對提高印花精度和產(chǎn)品質(zhì)量，具有重要的意義。
本研究針對印花系統對圓網(wǎng)速度控制的要求，應用數字伺服控制專(zhuān)用芯片IRMCK201作為伺服控制和基于ZigBee技術(shù)的CC2430芯片作系統控制和網(wǎng)絡(luò )通信，采用交流變頻調速實(shí)現主動(dòng)輥與圓網(wǎng)速度的同步控制系統。

1 系統組成及工作原理
圓網(wǎng)印花同步控制系統由同步控制模塊、速度檢測模塊、ZigBee無(wú)線(xiàn)通信系統等組成。速度檢測模塊采用光電編碼器檢測印花導帶速度，將檢測到的導帶速度傳輸給同步速度控制模塊：同步控制系統通過(guò)速度檢測系統檢測到各單元的速差，通過(guò)相應的處理實(shí)現系統的速度同步，ZigBee無(wú)線(xiàn)通信系統實(shí)現各速度控制單元之間數據可靠的傳輸。系統組成結構如圖1所示。

系統工作原理是：系統運行由ZigBee主控制器控制，各電機運行速度由ZigBee主控制器設定，通過(guò)ZigBee的無(wú)線(xiàn)通信模塊將各電機的轉速指令傳輸到各伺服控制單元的
ZigBee接收模塊上，通過(guò)IRMCK201的SPI接口，通過(guò)IRMCK201控制電機的轉速。由光電檢測器檢測印花導帶的運行速度，經(jīng)光電編碼器節點(diǎn)的ZigBee芯片進(jìn)行處理，然后通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊傳輸至主控制節點(diǎn)，主控制節點(diǎn)的ZigBee處理器將接收到的速度信號與設定值比較，經(jīng)相應處理后，傳輸至主輥電機及圓網(wǎng)電機的驅動(dòng)智能模塊，控制各單元電機的同步運行，滿(mǎn)足印花精度的要求。主輥電機轉速與印花圓網(wǎng)電機轉速計算公式如式(1)所示。

式中，v為導帶設定的工藝速度；ω1為主輥電機設定轉速；ω2為圓網(wǎng)電機轉速；r1為主輥半徑；r2為圓網(wǎng)半徑。
系統主控制器具有液晶顯示以及操作控制按鍵，可顯示系統各種運行狀態(tài)和故障診斷，設定系統運行參數。
系統通信采用基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，主控制器為網(wǎng)絡(luò )主節點(diǎn)，設置為全功能節點(diǎn)(FFD)，與各電機控制單元相連的節點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò )從節點(diǎn)，設置為半功能節點(diǎn)(RFD)。

2 系統設計
為了實(shí)現主輥電機與圓網(wǎng)驅動(dòng)電機之間的速度同步控制，主輥電機和圓網(wǎng)驅動(dòng)電機均采用變頻器進(jìn)行調速。而主輥電機及圓網(wǎng)驅動(dòng)電機均采用交流永磁同步電動(dòng)機(PMSM)，由于本系統中無(wú)需要考慮織物張力對同步速度的影響，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(guò)基于ZigBee的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現數據通信。