工業(yè)繡花機俗稱電腦繡花機，是當(dāng)代最先進(jìn)的繡花機械，是隨著微電子、計算機技術(shù)、精密機械的發(fā)展和應(yīng)用而逐漸發(fā)展、成熟起來的一種高自動化、高生產(chǎn)效率的光、機、電技術(shù)相結(jié)合的刺繡設(shè)備。繡花機是通過控制主軸電機和步進(jìn)電機協(xié)同配合工作，在布料上按照花樣數(shù)據(jù)形成針跡完成刺繡。控制系統(tǒng)作為電腦繡花機工作的核心部件，需要配備穩(wěn)定可靠的供電方案，以保證控制系統(tǒng)的正常運行。金升陽為客戶提供高可靠、高性能的電源產(chǎn)品，幫助客戶解決控制系統(tǒng)中的供電設(shè)計難題，使系統(tǒng)設(shè)計更加靈活、簡便。

 

我國的紡織業(yè)歷史悠久，加入世貿(mào)組織后更是成為世界第一紡織品生產(chǎn)大國，這給刺繡業(yè)帶來了寬闊的發(fā)展空間。繡花機是隨著電子技術(shù)和機電一體化技術(shù)的發(fā)展而逐漸發(fā)展起來的刺繡設(shè)備，它使傳統(tǒng)的手工繡花實現(xiàn)高速度、高效率，并且還滿足手工繡花無法達(dá)到的“多層次、多功能、統(tǒng)一性和完美性”的要求。

 

本文主要介紹了廣州金升陽科技有限公司的一種DC/DC電源模塊在繡花機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用解決方案，同時簡單描述金升陽DC/DC電源模塊的特性。

 

 

電腦繡花機的基本功能就是通過控制各電機協(xié)同配合工作，在布料上按照花樣數(shù)據(jù)形成針跡完成刺繡過程?；游募梢酝ㄟ^如軟盤、U盤等存儲介質(zhì)拷貝到控制系統(tǒng)內(nèi)部的存儲器中，控制系統(tǒng)根據(jù)花樣的要求來控制電機及其檢測機構(gòu)，使其協(xié)同工作，完成繡花功能。繡花機工作時，主軸電機通過傳動輪帶動針桿上下運動，而X軸和Y軸的步進(jìn)電機帶動著繡框在X、Y軸方向運動，刺繡品隨繡框運動，從而刺繡出圖案。當(dāng)需要換色時，主控制器通過控制換色電機轉(zhuǎn)動，通過換色機構(gòu)帶動換色桿移動，將穿有其它顏色線的針換上，繼續(xù)刺繡。電腦繡花機控制系統(tǒng)由主控電路和外部設(shè)備構(gòu)成，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下。

 

 

圖1：繡花機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

 

 

圖2為繡花機控制系統(tǒng)供電原理框圖，系統(tǒng)工作情況如下：

 

系統(tǒng)供電說明：AC/DC電源輸出36V電壓，分別給DC/DC模塊、主軸電機、XY步進(jìn)電機和電壓轉(zhuǎn)換芯片供電，DC/DC模塊輸出5V給顯示屏、主軸電機中的編碼器供電，同時通過LDO芯片轉(zhuǎn)換成3.3V、1.8V電壓給主板CPU供電。

 

工作過程：系統(tǒng)上電時，顯示屏、編碼器、主軸電機、主軸驅(qū)動板通過主板CPU的初始化后正常工作。當(dāng)人按鍵操作顯示屏按鈕，顯示屏將信號反饋給主板CPU ,CPU將接受的指令內(nèi)部處理，然后將處理后的信號傳給主軸驅(qū)動板，通過驅(qū)動信號去控制電機的轉(zhuǎn)動（方向、轉(zhuǎn)速），電機將轉(zhuǎn)軸信息傳給編碼器，編碼器將接受的反饋信號傳給電機，并且同時將信號傳給CPU、主軸電機控制板，實現(xiàn)控制、編碼、顯示等一系列閉環(huán)控制的過程。

 

 

圖2：繡花機控制系統(tǒng)供電原理框圖

 

 

首先，繡花機在工作過程中涉及到多個電機的控制以及供電，一方面為了防止電源電壓受到其他負(fù)載設(shè)備影響，需要選擇隔離的供電電源；另一方面電機啟動瞬間會產(chǎn)生很高的電壓尖峰，需要在電機前端加大電容抑制尖峰電壓，防止對同母線其他電路供電有影響；同時，因電機內(nèi)部是線圈，瞬間啟動需要很大的啟動電流，需要供電電源提供足夠的啟動功率。

 

其次，在刺繡過程中，電機負(fù)載是不斷變化的，因此電機轉(zhuǎn)速必須實行閉環(huán)控制，對電源功率要求不僅僅保證穩(wěn)態(tài)性能，在瞬間負(fù)載動態(tài)變化時也需要電源能穩(wěn)定、可靠工作， DC/DC模塊應(yīng)當(dāng)在大動態(tài)的變化下都保證系統(tǒng)能穩(wěn)定工作。

 

再次，供電時主板控制系統(tǒng)正常啟動工作后，也是CPU內(nèi)部進(jìn)行初始化的過程，這時初始化時間必須要保證其他系統(tǒng)已經(jīng)正常啟動，否則初始化時讀取的數(shù)據(jù)可能是電源未完全啟動的非正常數(shù)據(jù)，從而使系統(tǒng)產(chǎn)生誤動作。

 

 

控制繡花機動作的相關(guān)信號都通過主板CPU的端口進(jìn)行傳輸。為了加強控制的抗干擾能力，整個控制系統(tǒng)各電路板之間都采用12V電壓來傳輸通信信號，所有的主控板上輸出控制信號或輸入到主控板上信號都通過光耦進(jìn)行光電隔離。為了保證主控板和其他電路的可靠隔離，DC/DC主電源供電一般要有1500VDC的隔離電壓。

 

電機和模塊同一母線電壓36V，DC/DC模塊選擇寬輸入電壓范圍18-75V，可與其他型號的電機同母線電壓供電（如36V、48V等電壓），只要AC/DC的輸出電壓和功率滿足要求即可。

 

顯示屏和主軸電機中的編碼器都是5V供電，而主板CPU的供電電壓是3.3V、1.8V，選擇5V輸出電壓經(jīng)過LDO進(jìn)行轉(zhuǎn)換，LDO輸入與輸出的低壓差可提高轉(zhuǎn)換效率。DC/DC電源模塊的功率與負(fù)載（顯示屏、編碼器、主板CPU）有關(guān)，相同封裝體積下我們可供選擇電源功率范圍在10W～20W之間。

 

繡花機的工作環(huán)境溫度一般是常溫，最高溫度可能會達(dá)到40-50度，低溫下一般在-25度以上，但是在設(shè)備啟動、溫度還沒上升時可能會更低。因此推薦選擇-40～85℃的工作溫度。

 

根據(jù)上面的應(yīng)用描述，我們推薦選用金升陽URB4805LD-15WR2電源模塊，它具備1500VDC隔離電壓，18-75V輸入電壓范圍，5V穩(wěn)定電壓輸出，15W電源輸出功率，40～85℃的工作溫度范圍，加上模塊的轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90%，完全不需要在模塊上安裝散熱片就可以可靠工作。

 

 

圖3：產(chǎn)品不同封裝拓展實物圖

 

 

隨著我國紡織行業(yè)的不斷發(fā)展，電腦繡花機也得到了越來越廣泛的應(yīng)用，人們對繡花機的功能和性能也會越來越高，控制系統(tǒng)是核心工作器件，對電源的要求也越來越高，電源必須具備高性能、高可靠性才能滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。