一种智能无水绘染设备的控制方法.pdf

本发明涉及一种智能无水绘染设备的控制方法，包括如下步骤：以布匹运行方向为Y轴、以垂直于布匹运行的方向为X轴建立绘染平面；在伺服控制器中建立电子凸轮及虚拟主轴；在监控计算机图形用户接口中编辑绘染配方；下载绘染配方到伺服控制器中；启动伺服控制器完成绘染操作；所述电子凸轮为两个，分别为X轴电子凸轮及Y轴电子凸轮，二者由同一个虚拟主轴驱动。本发明实现了纺织设备的无网化、无水化及智能化，实现花型图案的全新风格，降低了生产成本，具有绘染的可重复性，代表了纺织绘染行业的发展趋势。

权利要求书
1.  一种智能无水绘染设备的控制方法，其特征在于包括如下步骤：
以布匹运行方向为Y轴、以垂直于布匹运行的方向为X轴建立绘染平面；
在伺服控制器中建立电子凸轮及虚拟主轴；
在监控计算机图形用户接口中编辑绘染配方；
下载绘染配方到伺服控制器中；
启动伺服控制器完成绘染操作。

2.  按权利要求1所述的智能无水绘染设备的控制方法，其特征在于：所述电子凸轮为两个，分别为X轴电子凸轮及Y轴电子凸轮，二者由同一个虚拟主轴驱动。

3.  按权利要求1所述的智能无水绘染设备的控制方法，其特征在于所述编辑绘染配方包括以下步骤：
编辑绘染曲线；
优化绘染曲线；
分析优化后的绘染曲线；
判断优化效果是否满足绘染工艺要求；
上述判断结果如满足工艺要求，则模拟显示绘染效果；
判断对上述模拟绘染效果是否满意；
上述判断结果如满意，则保存绘染曲线；
设置伺服控制器参数及喷嘴电磁阀参数。

4.  按权利要求3所述的智能无水绘染设备的控制方法，其特征在于：如上述优化效果不满足绘染工艺要求，则回到优化绘染曲线步骤。

5.  按权利要求3所述的智能无水绘染设备的控制方法，其特征在于：如对上述模拟绘染效果不满意，则回到编辑绘染曲线步骤。

6.  按权利要求3所述的智能无水绘染设备的控制方法，其特征在于：所述编辑绘染曲线具体为：通过曲线函数生成规则曲线，或通过定时器控制鼠标在定制的区域内绘制二维曲线，或者从规则曲线和手绘曲线中截取任意一段组成新的曲线。

7.  按权利要求6所述的智能无水绘染设备的控制方法，其特征在于：规则曲线的周期及幅值可由参数自由设置。

8.  按权利要求3所述的智能无水绘染设备的控制方法，其特征在于：所述优化绘染曲线包括以下步骤：
读取绘染位移曲线；
判断绘染位移曲线是否完整；
如上述判断结果为否，则修补绘染位移曲线；
计算起始段绘染曲线变化率；
计算与起始段绘染曲线变化率相等的正弦曲线周期及幅值；
用四分之一波长的正弦曲线替代原始绘染曲线起始段；
计算结束段绘染曲线变化率；
计算与结束段绘染曲线变化率相等的正弦曲线周期及幅值；
用四分之一波长的正弦曲线替代原始绘染曲线结束段；
对绘染曲线进行连续三点的平均值滤波。

9.  按权利要求3所述的智能无水绘染设备的控制方法，其特征在于：所述分析优化后的绘染曲线包括以下步骤：
读取绘染曲线中X轴及Y轴绘染位移曲线；
判断上述位移曲线是否满足设计要求；
如满足要求，则分别对X轴及Y轴绘染位移曲线求导，得到X轴及Y轴绘染速度曲线；
判断上述X轴及Y轴绘染速度曲线是否满足伺服控制器要求；
如满足伺服控制器要求，则分别对X轴及Y轴绘染速度曲线求导，得到X轴及Y轴绘染加速度曲线；
判断上述X轴及Y轴绘染加速度曲线是否满足伺服控制器要求；
如满足伺服控制器要求，则编辑的绘染曲线合格。

10.  按权利要求9所述的智能无水绘染设备的控制方法，其特征在于：如果上述各判断结果中至少有一个为否，则编辑的绘染曲线不合格。

说明书一种智能无水绘染设备的控制方法
技术领域
本发明涉及一种绘染设备的控制方法，具体地说是一种可实现纺织品印花技术绿色生产的智能无水绘染设备的控制方法。
背景技术
目前国内外纺织品印花设备以机械设备为主，自动化程度不高，生产效率低。以市场主流设备平网印花机和圆网印花机为例，存在三大不足，一是生产过程中消耗大量淡水且大量排放污水，严重消耗资源、污染环境；二是印花花型的实现必须通过印花网才能完成。由于每一种颜色都需要一个印花网，存在着工艺流程及实现周期长、颜色局限性大、制网成本高、洗网排污量大等弊端；三是设备自动化智能化程度不高，生产劳动强度大，生产效率低。
近年来，智能化绘染设备已成为国内外研究的热点课题，其中最有代表性的为喷墨印花机，该设备是通过计算机软件系统将输入的设计花型用喷墨打印机将颜色喷印在经过前处理的织物上，然后再经过蒸化固色、浮色净洗工序完成印制。由于该项技术成本昂贵，生产速度慢，喷嘴及颜料等关键技术还未解决，且存在环保难题，还不能满足工业化生产的要求。
发明内容
为解决上述绘染工业存在高能耗、高污染、低效率等问题，本发明的目的在于提一种能够实现纺织品印花技术无网化、无水化、数字化及智能化，最终实现纺织面料生产过程及最终产品的绿色生产的智能无水绘染设备的控制方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明包括如下步骤：
以布匹运行方向为Y轴、以垂直于布匹运行的方向为X轴建立绘染平面；
在伺服控制器中建立电子凸轮及虚拟主轴；
在监控计算机图形用户接口中编辑绘染配方；
下载绘染配方到伺服控制器中；
启动伺服控制器完成绘染操作。
其中所述电子凸轮为两个，分别为X轴电子凸轮及Y轴电子凸轮，二者由同一个虚拟主轴驱动；所述编辑绘染配方包括以下步骤：编辑绘染曲线；优化绘染曲线；分析优化后的绘染曲线；判断优化效果是否满足绘染工艺要求；上述判断结果如满足工艺要求，则模拟显示绘染效果；判断对上述模拟绘染效果是否满意；上述判断结果如满意，则保存绘染曲线；设置伺服控制器参数及喷嘴电磁阀参数；如上述优化效果不满足绘染工艺要求，则回到优化绘染曲线步骤；如对上述模拟绘染效果不满意，则回到编辑绘染曲线步骤。
所述编辑绘染曲线具体为：通过曲线函数生成规则曲线，或通过定时器控制鼠标在定制的区域内绘制二维曲线，或者从规则曲线和手绘曲线中截取任意一段组成新的曲线，其中规则曲线的周期及幅值可由参数自由设置。
所述优化绘染曲线包括以下步骤：读取绘染位移曲线；判断绘染位移曲线是否完整；如上述判断结果为否，则修补绘染位移曲线；计算起始段绘染曲线变化率；计算与起始段绘染曲线变化率相等的正弦曲线周期及幅值；用四分之一波长的正弦曲线替代原始绘染曲线起始段；计算结束段绘染曲线变化率；计算与结束段绘染曲线变化率相等的正弦曲线周期及幅值；用四分之一波长的正弦曲线替代原始绘染曲线结束段；对绘染曲线进行连续三点的平均值滤波。
所述分析优化后的绘染曲线包括以下步骤：读取绘染曲线中X轴及Y轴绘染位移曲线；判断上述位移曲线是否满足设计要求；如满足要求，则分别对X轴及Y轴绘染位移曲线求导，得到X轴及Y轴绘染速度曲线；判断上述X轴及Y轴绘染速度曲线是否满足伺服控制器要求；如满足伺服控制器要求，则分别对X轴及Y轴绘染速度曲线求导，得到X轴及Y轴绘染加速度曲线；判断上述X轴及Y轴绘染加速度曲线是否满足伺服控制器要求；如满足伺服控制器要求，则编辑的绘染曲线合格；如果上述各判断结果中至少有一个为否，则编辑的绘染曲线不合格。
本发胆具有以下有益效果及优点：
1.实现了纺织设备的无网化、无水化及智能化。本发明控制方法采用机器人智能控制代替人工控制，取代了传统设备中的印花网，无需消耗大量淡水冲刷印花网，即节约淡水资源，又减少了污水排放，解决了环保问题，同时又满足了工业连续化生产的需求；
2.实现花型图案的全新风格，降低了生产成本。本发明应用于智能装备，通过程序控制进行智能印花，实现了印花图案的全新风格，并突破了传统技术中纺织品印花必须依赖于每一种颜色需要一个印花网才能完成这一问题，且不需消耗淡水，大大降低了生产成本；
3.具有绘染的可重复性。本发明方法通过智能控制，解决了人工操作劳动强度大的问题，提高了作业效率，一改传统工艺中绘染图案单一、绘染图案设计周期长等缺点，可实现批量生产。
4.代表了纺织绘染行业的发展趋势。智能化无水印花设备的先进性表明了世界范围内绘染行业的可持续性发展对于提高产品附加值和市场竞争力有着重要的意义。
附图说明
图1为使用本发明控制方法的设备组成示意图；
图2为本发明控制方法流程图(一)；
图3为本发明控制方法流程图(二)；
图4为本发明控制方法流程图(三)；
图5为本发明控制方法流程图(四)；
图6为应用本发明控制方法的计算机模拟绘染效果图。
具体实施方式
如图1所示，本发明方法应用于智能无水绘染设备中，该智能无水绘染设备包括机器人、颜料输送装置及连接于颜料输送装置终端的绘染装置，绘染装置中的喷嘴安装于机器人上与其连动，颜料输送装置中的电动执行元件的控制信号、机器人控制信号及位置反馈信号与控制装置相连，该控制装置中安装有控制程序。本实施例中的电动执行元件为电磁阀，共有12个，其中控制喷嘴开/关的电磁阀为8个，均安装于喷嘴根部；另外4个电磁阀安装于颜料输送柜中，控制气源以便调节隔膜泵以实现颜料的输送。
所述控制装置为PLC及其监控计算机，其中PLC具有中央处理器模块CPU(西门子315-2DP)、数字量输入模块DI(SM321，32点输入)及数字量输出模块DO(SM322，16点继电器输出)，其中中央处理器模块CPU通过总线接口(Profibus-DP，CPU自带)与机器人的伺服控制器相连，伺服控制器通过CAN总线接至监控计算机；PLC的数字量输出模块接至颜料输送装置及绘染装置中的电动执行元件(具体为各电磁阀)以及继电器，该继电器接点接至伺服控制器的使能输入端，PLC的数字量输入模块接有伺服控制器的使能接通与断开操作信号、X/Y轴的手/自动模式选择、手动模式下的绘染平面内的点动操作、自动模式下的启动/停止，机器人行走区域限位开关信号接至伺服控制器，PLC通过总线接口从伺服控制器获取该限位信号以供手动控制。
所述机器人为一组或多组平面直角机器人(本实施例采用2组)，每组机器人具有X轴伺服电机及Y轴伺服电机，分别通过X轴、Y轴伺服控制器(本实施例中两伺服控制器分别采用伦茨(Lenze)EVS9323EK、伦茨(Lenze)EVS9324EK)控制，各轴伺服电机的位置反馈传感器(本实施例为旋转变压器)将机器人位置信号反馈至伺服控制器的位置反馈输入端，X轴伺服控制器的数字频率输出端与Y轴伺服控制器的数字频率输入端相连，用于实现机器人在X轴及Y轴之间速度的传递，本实施例在X轴、Y轴伺服控制器中利用其内部的功能模块通过编辑分别设立两个电子凸轮，在X轴伺服控制器中设立虚拟主轴，该虚拟主轴的速度通过X轴伺服控制器的数字频率输出端传送至Y轴伺服控制器的数字频率输入端，从而实现X轴及Y轴跟随同一个虚拟主轴运动，实现机器人在绘染平面内运行的位置同步，构成各电子凸轮曲线的数据由监控计算机下载至X轴、Y轴伺服控制器中相应的存储区间。
所述监控计算机具有图形用户接口，以方便人机对话。
监控计算机内插有西门子CP5611 Profibus/MPI通讯卡，该卡通过西门子MPI协议实现与PLC系统的数据通讯；伦茨CAN总线控制器(USB接口)，主要完成伺服系统的编辑、参数配置以及绘染曲线至伺服控制器的下载工作；除此之外，监控计算机还负责绘染曲线的编辑修改、设备运行参数的监控及调整，比如：虚拟主轴速度的设定、修改等。
整套系统由两套直角平面坐标机器人构成，每套独立，也可以两套相互配合使用。
所述颜料输送装置由4组隔膜泵组成，可以提供4种颜色的颜料，每一组平面直角坐标机器人上分别安装有4组喷嘴，由4个高速电磁阀控制喷嘴的开启或关闭，可以通过监控计算机设定各个喷嘴的开启时间和关闭时间，也可以设定到达某个位置后，开启喷嘴，通过设定电磁阀开启时间和关闭时间的不同组合，可以实现绘染图案的多样性。
PLC通过MPI总线完成同监控计算机的数据交换，通过Profibus总线完成与伺服控制器的数据交换；通过PLC内部控制程序完成颜料输送、各个喷嘴电磁阀的开启或关闭控制，以及整个装置的上电、运行、停止、工作状态指示，通过读取伺服控制器当前运行参数来监控伺服控制器状态，并将参数传递给监控计算机进行图形化显示。
由于监控计算机还可以将整个绘染过程中的参数以配方的形式进行保存，故可以实现绘染图案的可重复性。
监控计算机通过安装于其上的以太网卡与其它设备进行远程通讯。
如图2所示，上述智能无水绘染设备的控制方法包括以下步骤：
A.以布匹运行方向为Y轴(本实施例中Y轴行程为200mm)、以垂直于布匹运行的方向为X轴(本实施例中X轴行程为1800mm)建立绘染平面。
B.在伺服控制器中建立两个电子凸轮，分别为X轴及Y轴电子凸轮，二者由同一个虚拟主轴驱动。
C.在监控计算机图形用户接口中编辑绘染配方。如图3所示，所述绘染配方包括编辑绘染曲线、优化绘染曲线、分析优化后的绘染曲线、如优化效果满足工艺要求则模拟显示绘染效果、如对上述绘染效果满意则保存绘染曲线、设置伺服控制器参数(主要包括X轴缩放、Y轴缩放、X轴速度跟随系数、虚拟主轴设定速度，机器人数量(1个或2个，如果设定为2个，还可以设定2个机器人之间的动作延时时间)以及喷嘴电磁阀手/自动工作模式(可分别也可独立设置)及喷嘴电磁阀参数(包括喷嘴电磁阀手/自动工作模式、在自动模式下设定电磁阀的开关频率，即电磁阀的开启时间及关闭时间(单位可为秒))；
如果上述优化效果不满足绘染工艺要求，则回到优化绘染曲线步骤；如果对上述绘染效果不满意，则回到编辑绘染曲线步骤。
所述编辑绘染曲线具体为：通过曲线函数生成规则曲线，或通过定时器控制鼠标在定制的区域内绘制二维曲线，或者从规则曲线和手绘曲线中截取任意一段组成新的曲线，其中规则曲线的周期及幅值可由参数自由设置。规则曲线包括直线、正弦曲线、锯齿波曲线、抛物线曲线、半圆曲线、双半圆曲线以及平方曲线等。
所述优化绘染曲线包括以下步骤，如图4所示：读取绘染位移曲线；判断绘染位移曲线是否完整(本实施例中，具体判断标准是：位移曲线的起点必须为0，且X轴位移曲线上任意一点坐标值变化范围必须在0～1800之间，不得超出X轴行程范围，Y轴位移曲线上任意一点坐标值变化范围必须在0～200之间，不得超出Y轴行程范围)，如上述判断结果为否，则修补绘染位移曲线；计算起始段绘染曲线变化率；计算与起始段绘染曲线变化率相等的正弦曲线周期及幅值；用四分之一波长的正弦曲线替代原始绘染曲线起始段；计算结束段绘染曲线变化率；计算与结束段绘染曲线变化率相等的正弦曲线周期及幅值；用四分之一波长的正弦曲线替代原始绘染曲线结束段。然后用平均值滤波优化算法，计算连续三点的平均值，对X轴及Y轴位移曲线进行平滑优化。
所述分析优化后的绘染曲线包括对优化后的曲线进行位移曲线分析，速度曲线分析，加速度曲线分析，具体步骤如图5所示：读取绘染曲线中X轴及Y轴绘染位移曲线；判断上述位移曲线是否满足设计要求；如满足要求，则分别对X轴及Y轴绘染位移曲线求导，得到X轴及Y轴绘染速度曲线；判断上述X轴及Y轴绘染速度曲线是否满足伺服控制器要求；如满足伺服控制器要求，则分别对X轴及Y轴绘染速度曲线求导，得到X轴及Y轴绘染加速度曲线；判断上述X轴及Y轴绘染加速度曲线是否满足伺服控制器要求；如满足伺服控制器要求，则编辑的绘染曲线合格，返回至设计绘染曲线步骤中判断优化效果是否满足绘染工艺要求步骤；如果上述各判断结果中至少有一个为否，则编辑的绘染曲线不合格，同样返回至设计绘染曲线步骤中判断优化效果是否满足绘染工艺要求步骤，如该步骤判断结果为否，则返回至曲线优化步骤，继续对该曲线进行优化，该循环过程直到位移曲线、速度曲线及加速度曲线均满足各自要求后结束。
所述模拟显示绘染效果是从监控计算机中装载优化后的曲线，通过曲线显示控件模拟显示绘染效果，其效果图如图6所示。
D.下载绘染配方到伺服控制器中。
在监控计算机上编辑的二维绘染曲线经过优化后，分解成X轴和Y轴曲线，并离散成64～1024(此范围以伺服控制器中存储器的容量确定)个点；
将离散成的点分别下载到X轴及Y轴伺服控制器的存储器中，作为X轴及Y轴的绘染曲线。
E.启动伺服控制器完成绘染操作。
本发明在监控计算机中存有一些固定类型的绘染曲线，如正弦曲线、锯齿波等，用户既可以在整个运行区域内使用同一个曲线，也可以将各个曲线在整个运行区域内分段进行首尾组合连接，同时还可以采用手绘的方式进行曲线编辑、优化，待选定了优化后的曲线，监控计算机将对曲线进行采样分析，将描述曲线运行轨迹的各个点的坐标下载到伺服控制器中的存储器中，X轴及Y轴伺服控制器从存储器中读取绘染曲线数据驱动机器人中X轴及Y轴伺服电机运行，在绘染平面进行绘染操作。
本发明在使用时，只需通过监控计算机的图形用户接口操作，即可控制整套智能无水绘染设备完成绘染。