雙PLC控制的智能鋪布機(jī)的電子齒輪設(shè)計計算

摘? 要：面對當(dāng)前服裝制造業(yè)發(fā)展的窘境，采用雙PLC與觸摸屏相結(jié)合的智能鋪布機(jī)可以改善傳統(tǒng)人工鋪布方式的不足，減輕工人勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)效率;而且智能鋪布機(jī)操作簡單，可控性高，有助于產(chǎn)品質(zhì)量提高和企業(yè)持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)出。鑒于此，從智能鋪布機(jī)鋪布工藝及流程和智能鋪布機(jī)設(shè)計結(jié)構(gòu)及工作原理分析入手，研究雙PLC與觸摸屏控制系統(tǒng)的運用和電子齒輪的設(shè)計計算。

關(guān)鍵詞：雙PLC控制;智能鋪布機(jī);電子齒輪;設(shè)計計算

0? ? 引言

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促使密集型制造業(yè)、加工業(yè)等產(chǎn)業(yè)迅速成長，在經(jīng)濟(jì)全球化和改革開放的時代背景下，中國已經(jīng)成為服裝產(chǎn)品的最大出口國。根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，目前國內(nèi)總計有10萬余家從事服裝生產(chǎn)貿(mào)易的企業(yè)，其中中小型企業(yè)的比例較高，生產(chǎn)制造技術(shù)化程度不高，依賴于傳統(tǒng)的手工勞動。在傳統(tǒng)發(fā)展模式下，勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、鋪層存在誤差等問題嚴(yán)重影響著成品質(zhì)量。

雙PLC與觸摸屏相結(jié)合的智能鋪布機(jī)可以有效控制布料切割寬度、鋪布長度、鋪布速度和層數(shù)等，鋪布的效果遠(yuǎn)高于人工鋪布方式，而且工作穩(wěn)定程度高，能夠有效改善勞動密集型產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率低和用工成本大等問題，可以充分保障生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量提高，推動企業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

1? ? 雙PLC智能鋪布機(jī)的鋪布工藝及流程

1.1? ? 鋪布工藝

智能鋪布機(jī)的鋪布工藝設(shè)計是靈活的，根據(jù)所用面料的質(zhì)地、軟硬程度和服裝樣式設(shè)計的不同，鋪布方向、鋪布層數(shù)等有著不同要求，可以在單拉鋪布、雙拉鋪布和雙拉切斷鋪布三種鋪布工藝中靈活應(yīng)變，如圖1所示。

1.1.1? ? 單拉鋪布工藝

單拉鋪布工藝是比較簡單的鋪布方式，只需將面料的一個面固定朝一個方向鋪布切斷即可，工藝較為簡單，適用于產(chǎn)品設(shè)計簡單和面料質(zhì)地較柔軟或面料相同的服裝。

1.1.2? ? 雙拉鋪布工藝

雙拉鋪布工藝相較于單拉鋪布工藝來說較為復(fù)雜，雖然在鋪布的中間部分不需要切斷，但在鋪布開始和結(jié)束的兩個節(jié)點要將布料堆疊整齊。雙拉鋪布要求將面料的正反面展開，使得所鋪設(shè)布料呈現(xiàn)面面相對的陳列，在沿一個方向鋪設(shè)到設(shè)定長度時還需返回起點，這樣的鋪布設(shè)計工序多，鋪布時間也較長。

1.1.3? ? 雙拉切斷鋪布工藝

雙拉切斷鋪布工藝是單拉鋪布和雙拉鋪布兩種工藝的結(jié)合，與單拉比較不僅需要切斷，還需要在起點和終點都進(jìn)行切布動作;相對于雙拉鋪布來說，唯一的不同在于起始點和終點都需要將布料切斷。

1.2? ? 鋪布流程

為了保證布料裁剪的質(zhì)量和效果，必須根據(jù)鋪布工藝選擇鋪布方式和鋪布的流程，同一工序、同一工藝下鋪布方式應(yīng)保持一致，鋪設(shè)時要在設(shè)計長度和寬度上，版面的布料寬度要稍微留長，防止裁剪時材料寬度不夠。

1.2.1? ? 提前設(shè)計鋪布長度

雙拉鋪布和雙拉切斷鋪布方式都需要對布料進(jìn)行裁剪，鋪設(shè)長度的計算必須在開工之前完成，這是保證進(jìn)度和工期的關(guān)鍵。要實現(xiàn)通過排版的方式計算出鋪布的長度，實際的鋪設(shè)長度以比原有設(shè)計多出10 mm為準(zhǔn)，因為在裁剪和機(jī)器運轉(zhuǎn)的過程中會損耗布料，加上鋪布精準(zhǔn)度誤差的原因，如不稍微留長，可能會因裁剪效果不達(dá)標(biāo)，致使重新開工，造成耽擱、浪費。

1.2.2? ? 保證鋪面平整

鋪面的平整與否直接關(guān)系到布料裁剪是否標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計上布料的裁剪尺寸和裁剪成果的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制定完成，這是廠商與賣方達(dá)成的協(xié)議。鋪布機(jī)在開動的過程中因為鋪設(shè)層數(shù)較多，是難以發(fā)現(xiàn)面料之間的其他雜質(zhì)或者褶皺現(xiàn)象的，不加以人為干預(yù)，要么可能裁剪時缺料，要么可能裁剪不精確，出現(xiàn)成品偏大、偏小等問題。

1.2.3? ? 保證鋪設(shè)時三邊對齊

鋪設(shè)時起始端或者終端一邊對齊、起始端和終端都對齊的鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，無法確保布料裁剪的精確度小于1 cm，三邊對齊的方式可以確保裁片質(zhì)量，又可以節(jié)省布料。

2? ? 智能鋪布機(jī)結(jié)構(gòu)及其工作原理

智能鋪布機(jī)是由多種裝置構(gòu)成的整體，包括機(jī)器運轉(zhuǎn)裝置、布料傳送裝置、精準(zhǔn)對邊裝置、布料裁剪裝置等，依靠雙PLC與觸摸屏的控制運轉(zhuǎn)，相互配合完成布料裁片，如圖2所示。

智能鋪布機(jī)的工作原理：首先將布料放到送布裝置上，布料的起始端分展開并用布料裁剪裝置壓緊，手動將起始端布料切齊做好鋪布準(zhǔn)備。在計算機(jī)界面設(shè)置好鋪布機(jī)自動工作的各項參數(shù)，以“開始”按鈕下達(dá)執(zhí)行命令，機(jī)器開動后送布裝置將布料送到指定長度位置后停止工作，布料裁剪裝置切斷布料后提升裝置高度并回到起始端位置，如此反復(fù)多次運轉(zhuǎn)，直到鋪設(shè)層數(shù)合格。

3? ? 雙PLC+觸摸屏控制系統(tǒng)與電子齒輪設(shè)計計算

3.1? ? 雙PLC控制系統(tǒng)

雙PLC控制系統(tǒng)的工作原理是該系統(tǒng)能夠?qū)斎氲臏?zhǔn)確信息作出反應(yīng)，之后再輸出信息。這個系統(tǒng)由編寫的程序代碼控制，各項工序流程與實際工序相對應(yīng)，邏輯性嚴(yán)密，在服裝生產(chǎn)加工行業(yè)的鋪布使用過程中穩(wěn)定性高，影響因素少，使用簡單，是改變傳統(tǒng)發(fā)展模式困境的有效方式。

3.2? ? 伺服控制系統(tǒng)

伺服控制系統(tǒng)由控制器、功率驅(qū)動裝置、伺服電動機(jī)和傳感器4個部分組成，其中位置傳感器、電壓傳感器、電流傳感器和速度傳感器是傳感器配套設(shè)施，缺一不可，多種裝置的聯(lián)動才能保障智能鋪布機(jī)的正常使用。目前市場上以微機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字化伺服控制、以數(shù)字信號高速處理器為核心的全數(shù)字交流伺服控制和以PLC為核心的全數(shù)字交流伺服控制最為常見，如圖3所示。

3.3? ? 電子齒輪設(shè)計計算

電子齒輪在性能機(jī)械傳動系統(tǒng)中地位顯著，伺服控制系統(tǒng)的電子齒輪是將機(jī)械傳動中傳動比電氣化的重要裝置，可以在有效范圍內(nèi)對一種或多種傳動比進(jìn)行更改后交替使用。面對不同的生產(chǎn)實際，電子齒輪運用靈活且簡單方便，傳動的準(zhǔn)確性較高，大大提高了機(jī)械傳動的性能?；谟布哪M式電子齒輪和基于軟件實現(xiàn)的電子齒輪依靠鎖相環(huán)的方式發(fā)揮作用。電子齒輪設(shè)計計算過程如下：

3.3.1? ? 確定傳動機(jī)械的具體參數(shù)

精確測量出絲杠的節(jié)距、機(jī)械傳動系統(tǒng)的減速比等參數(shù)，是電子齒輪設(shè)計的重要依據(jù)。以智能鋪布機(jī)滾輪直徑為120 mm、周長為377 mm的實際裝置為例，所需要的同步帶輪齒數(shù)為30，步進(jìn)電機(jī)需要配置的同步帶齒輪則為18，有效的機(jī)械傳動減速比是5：3。

3.3.2? ? 確定伺服電機(jī)編碼器的最大分辨率

以PLC為核心的全數(shù)字交流伺服控制系統(tǒng)需要增量省線型式編碼器輔助使用，脈沖信號保持在四倍頻率，也就是說，編碼器的脈沖以每轉(zhuǎn)一萬為標(biāo)準(zhǔn)。

3.3.3? ? 確定指令單位

智能鋪布機(jī)通過對指令進(jìn)行解讀和反應(yīng)開始工作，一臺整體的鋪布機(jī)需要一個確定的指令單位。指令單位是指機(jī)器設(shè)備在運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生負(fù)荷時，當(dāng)時位置數(shù)據(jù)面臨的最小值，指令單位的大小可以人為控制，根據(jù)實際生產(chǎn)中的情況，可將指令單位確定為1×10-5 m。還有就是需要確定計算末端控制轉(zhuǎn)軸一圈所需要的指令單位，像滾輪周長為377 mm，指令單位就為0.01 mm，則動作臺的移動量為37 700。

3.3.4? ? 電子齒輪比計算

電子齒輪比的計算要運用電子齒輪比計算公式，假如機(jī)械電機(jī)轉(zhuǎn)m圈，負(fù)載就轉(zhuǎn)n圈，減速比為m：n，電子齒輪比可根據(jù)電子齒輪計算公式得到：

×=4×PG×m

==×

式中，P為滾珠絲杠節(jié)距;PG是編碼器脈沖;Δl是指令單位;m：n是減速比。

在計算結(jié)束之后還要對結(jié)果進(jìn)行一個驗算，看看電子齒輪的計算結(jié)果是不是滿足以下條件：

≤-≤100

3.3.5? ? 設(shè)定驅(qū)動參數(shù)

將計算得出的電子齒輪比結(jié)果輸入到驅(qū)動設(shè)備上，這是電子齒輪設(shè)計計算的最后一個階段，也是事先準(zhǔn)備的最后一環(huán)，接下來就可以對面料進(jìn)行裁剪。

4? ? 結(jié)語

智能鋪布機(jī)是科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新的成果，其適應(yīng)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。面對全面開放的發(fā)展環(huán)境和全球化帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，改變傳統(tǒng)生產(chǎn)模式需要大量勞動力、生產(chǎn)效率低、成品質(zhì)量存在問題等現(xiàn)狀，是當(dāng)前國內(nèi)服裝行業(yè)急需關(guān)注的重點。智能鋪布機(jī)作為一種針對服裝行業(yè)布料裁片的新工藝設(shè)備，操作簡單且快速，具有很高的生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性。雙PLC控制技術(shù)的加持使得智能鋪布機(jī)的運行更加可靠和穩(wěn)定，其應(yīng)用有利于推動國內(nèi)服裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展的智能化、信息化。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 楊正軍.用好自動鋪布系統(tǒng) 發(fā)揮裁剪車間的最佳效益[J].國際紡織導(dǎo)報，2011（12）：64.

[2] 蔡錦達(dá)，黃樹根，尤黔林，等.雙PLC技術(shù)在多軸運動控制中的應(yīng)用[J].電氣傳動，2012（5）：42-45.

收稿日期：2020-03-24

作者簡介：何賢安（1982—），男，浙江臺州人，工程師，研究方向：機(jī)電一體化。