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

摘要：針對圓網(wǎng)印花系統(tǒng)中導(dǎo)帶驅(qū)動輥與圓網(wǎng)驅(qū)動對速度同步的要求，提出了基于IRMCK201和ZigBee技術(shù)的圓網(wǎng)印花同步控制系統(tǒng)，給出了同步控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。選用IRMCK201專用電機伺服控制芯片作為各驅(qū)動電機的伺服控制器，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)計了伺服控制電路、主控制器和無線通信節(jié)點電路以及相應(yīng)的程序流程，實現(xiàn)了圓網(wǎng)印花系統(tǒng)各單元的速度同步控制。運行結(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；IRMCK201；CC2430

傳統(tǒng)的圓網(wǎng)印花均采用集中傳動方式，由電機通過減速裝置帶動長軸，長軸上根據(jù)印花機的套色數(shù)，分別傳動各套色的過橋蝸桿經(jīng)蝸輪驅(qū)動圓網(wǎng)，同時通過齒輪減速器和聯(lián)軸節(jié)和蝸桿蝸輪副驅(qū)動導(dǎo)帶主傳動輥。這種集中傳動的印花系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，印花精度低，易“跑花”，對花速度慢，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，不能應(yīng)用于高檔的精細印花生產(chǎn)中。隨著計算機數(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)獨立電機速度控制，實現(xiàn)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(tǒng)對圓網(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)速實現(xiàn)主動輥與圓網(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、速度檢測模塊、ZigBee無線通信系統(tǒng)等組成。速度檢測模塊采用光電編碼器檢測印花導(dǎo)帶速度，將檢測到的導(dǎo)帶速度傳輸給同步速度控制模塊：同步控制系統(tǒng)通過速度檢測系統(tǒng)檢測到各單元的速差，通過相應(yīng)的處理實現(xiàn)系統(tǒng)的速度同步，ZigBee無線通信系統(tǒng)實現(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)運行由ZigBee主控制器控制，各電機運行速度由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控制電機的轉(zhuǎn)速。由光電檢測器檢測印花導(dǎo)帶的運行速度，經(jīng)光電編碼器節(jié)點的ZigBee芯片進行處理，然后通過ZigBee無線通信模塊傳輸至主控制節(jié)點，主控制節(jié)點的ZigBee處理器將接收到的速度信號與設(shè)定值比較，經(jīng)相應(yīng)處理后，傳輸至主輥電機及圓網(wǎng)電機的驅(qū)動智能模塊，控制各單元電機的同步運行，滿足印花精度的要求。主輥電機轉(zhuǎn)速與印花圓網(wǎng)電機轉(zhuǎn)速計算公式如式(1)所示。

式中，v為導(dǎo)帶設(shè)定的工藝速度；ω1為主輥電機設(shè)定轉(zhuǎn)速；ω2為圓網(wǎng)電機轉(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)各種運行狀態(tài)和故障診斷，設(shè)定系統(tǒng)運行參數(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，設(shè)置為全功能節(jié)點(FFD)，與各電機控制單元相連的節(jié)點為網(wǎng)絡(luò)從節(jié)點，設(shè)置為半功能節(jié)點(RFD)。

2 系統(tǒng)設(shè)計
為了實現(xiàn)主輥電機與圓網(wǎng)驅(qū)動電機之間的速度同步控制，主輥電機和圓網(wǎng)驅(qū)動電機均采用變頻器進行調(diào)速。而主輥電機及圓網(wǎng)驅(qū)動電機均采用交流永磁同步電動機(PMSM)，由于本系統(tǒng)中無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，各控制器之間通過基于ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。