基于IRMCK201和ZigBee的圓網印花同步控制系統

摘要：針對圓網印花系統中導帶驅動輥與圓網驅動對速度同步的要求，提出了基于IRMCK201和ZigBee技術的圓網印花同步控制系統，給出了同步控制系統結構。選用IRMCK201專用電機伺服控制芯片作為各驅動電機的伺服控制器，選用基于ZigBee技術的無線芯片CC2430作為系統主控制器和數據通信網絡。設計了伺服控制電路、主控制器和無線通信節點電路以及相應的程序流程，實現了圓網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，為紡織生產中圓網印花各驅動單元的同步控制提供了一種新技術。
關鍵詞：圓網印花；同步控制；系統設計；IRMCK201；CC2430

傳統的圓網印花均采用集中傳動方式，由電機通過減速裝置帶動長軸，長軸上根據印花機的套色數，分別傳動各套色的過橋蝸桿經蝸輪驅動圓網，同時通過齒輪減速器和聯軸節和蝸桿蝸輪副驅動導帶主傳動輥。這種集中傳動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，印花導帶與圓網之間的速差不可調節等缺點，不能應用于高檔的精細印花生產中。隨著計算機數字伺服系統和無線傳感器技術的日趨成熟，將其應用到絲網印花的圓網獨立電機速度控制，實現精細絲網印花速度同步控制，對提高印花精度和產品質量，具有重要的意義。
本研究針對印花系統對圓網速度控制的要求，應用數字伺服控制專用芯片IRMCK201作為伺服控制和基于ZigBee技術的CC2430芯片作系統控制和網絡通信，采用交流變頻調速實現主動輥與圓網速度的同步控制系統。

1 系統組成及工作原理
圓網印花同步控制系統由同步控制模塊、速度檢測模塊、ZigBee無線通信系統等組成。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：同步控制系統通過速度檢測系統檢測到各單元的速差，通過相應的處理實現系統的速度同步，ZigBee無線通信系統實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ZigBee的無線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IRMCK201的SPI接口，通過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，經光電編碼器節點的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點，主控制節點的ZigBee處理器將接收到的速度信號與設定值比較，經相應處理后，傳輸至主輥電機及圓網電機的驅動智能模塊，控制各單元電機的同步運行，滿足印花精度的要求。主輥電機轉速與印花圓網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為圓網電機轉速；r1為主輥半徑；r2為圓網半徑。
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和故障診斷，設定系統運行參數。
系統通信采用基于ZigBee技術的無線網絡，主控制器為網絡主節點，設置為全功能節點(FFD)，與各電機控制單元相連的節點為網絡從節點，設置為半功能節點(RFD)。

2 系統設計
為了實現主輥電機與圓網驅動電機之間的速度同步控制，主輥電機和圓網驅動電機均采用變頻器進行調速。而主輥電機及圓網驅動電機均采用交流永磁同步電動機(PMSM)，由于本系統中無需要考慮織物張力對同步速度的影響，主輥與圓網的速度同步控制采用IRMCK201控制器，各控制器之間通過基于ZigBee的無線網絡實現數據通信。