工業(yè)繡花機俗稱(chēng)電腦繡花機，是當代最先進(jìn)的繡花機械，是隨著(zhù)微電子、計算機技術(shù)、精密機械的發(fā)展和應用而逐漸發(fā)展、成熟起來(lái)的一種高自動(dòng)化、高生產(chǎn)效率的光、機、電技術(shù)相結合的刺繡設備。繡花機是通過(guò)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據形成針跡完成刺繡?？刂葡到y作為電腦繡花機工作的核心部件，需要配備穩定可靠的供電方案，以保證控制系統的正常運行。金升陽(yáng)為客戶(hù)提供高可靠、高性能的電源產(chǎn)品，幫助客戶(hù)解決控制系統中的供電設計難題，使系統設計更加靈活、簡(jiǎn)便。

 

我國的紡織業(yè)歷史悠久，加入世貿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(lái)了寬闊的發(fā)展空間。繡花機是隨著(zhù)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(lái)的刺繡設備，它使傳統的手工繡花實(shí)現高速度、高效率，并且還滿(mǎn)足手工繡花無(wú)法達到的“多層次、多功能、統一性和完美性”的要求。

 

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

 

 

電腦繡花機的基本功能就是通過(guò)控制各電機協(xié)同配合工作，在布料上按照花樣數據形成針跡完成刺繡過(guò)程?；游募梢酝ㄟ^(guò)如軟盤(pán)、U盤(pán)等存儲介質(zhì)拷貝到控制系統內部的存儲器中，控制系統根據花樣的要求來(lái)控制電機及其檢測機構，使其協(xié)同工作，完成繡花功能。繡花機工作時(shí)，主軸電機通過(guò)傳動(dòng)輪帶動(dòng)針桿上下運動(dòng)，而X軸和Y軸的步進(jìn)電機帶動(dòng)著(zhù)繡框在X、Y軸方向運動(dòng)，刺繡品隨繡框運動(dòng)，從而刺繡出圖案。當需要換色時(shí)，主控制器通過(guò)控制換色電機轉動(dòng)，通過(guò)換色機構帶動(dòng)換色桿移動(dòng)，將穿有其它顏色線(xiàn)的針換上，繼續刺繡。電腦繡花機控制系統由主控電路和外部設備構成，控制系統的結構框圖如下。

 

 

圖1：繡花機控制系統結構框圖

 

 

圖2為繡花機控制系統供電原理框圖，系統工作情況如下：

 

系統供電說(shuō)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(shí)通過(guò)LDO芯片轉換成3.3V、1.8V電壓給主板CPU供電。

 

工作過(guò)程：系統上電時(shí)，顯示屏、編碼器、主軸電機、主軸驅動(dòng)板通過(guò)主板CPU的初始化后正常工作。當人按鍵操作顯示屏按鈕，顯示屏將信號反饋給主板CPU ,CPU將接受的指令內部處理，然后將處理后的信號傳給主軸驅動(dòng)板，通過(guò)驅動(dòng)信號去控制電機的轉動(dòng)（方向、轉速），電機將轉軸信息傳給編碼器，編碼器將接受的反饋信號傳給電機，并且同時(shí)將信號傳給CPU、主軸電機控制板，實(shí)現控制、編碼、顯示等一系列閉環(huán)控制的過(guò)程。

 

 

圖2：繡花機控制系統供電原理框圖

 

 

首先，繡花機在工作過(guò)程中涉及到多個(gè)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載設備影響，需要選擇隔離的供電電源；另一方面電機啟動(dòng)瞬間會(huì )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(xiàn)其他電路供電有影響；同時(shí)，因電機內部是線(xiàn)圈，瞬間啟動(dòng)需要很大的啟動(dòng)電流，需要供電電源提供足夠的啟動(dòng)功率。

 

其次，在刺繡過(guò)程中，電機負載是不斷變化的，因此電機轉速必須實(shí)行閉環(huán)控制，對電源功率要求不僅僅保證穩態(tài)性能，在瞬間負載動(dòng)態(tài)變化時(shí)也需要電源能穩定、可靠工作， DC/DC模塊應當在大動(dòng)態(tài)的變化下都保證系統能穩定工作。

 

再次，供電時(shí)主板控制系統正常啟動(dòng)工作后，也是CPU內部進(jìn)行初始化的過(guò)程，這時(shí)初始化時(shí)間必須要保證其他系統已經(jīng)正常啟動(dòng)，否則初始化時(shí)讀取的數據可能是電源未完全啟動(dòng)的非正常數據，從而使系統產(chǎn)生誤動(dòng)作。

 

 

控制繡花機動(dòng)作的相關(guān)信號都通過(guò)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(gè)控制系統各電路板之間都采用12V電壓來(lái)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(guò)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(xiàn)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(xiàn)電壓供電（如36V、48V等電壓），只要AC/DC的輸出電壓和功率滿(mǎn)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(guò)LDO進(jìn)行轉換，LDO輸入與輸出的低壓差可提高轉換效率。DC/DC電源模塊的功率與負載（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(huì )達到40-50度，低溫下一般在-25度以上，但是在設備啟動(dòng)、溫度還沒(méi)上升時(shí)可能會(huì )更低。因此推薦選擇-40～85℃的工作溫度。

 

根據上面的應用描述，我們推薦選用金升陽(yáng)URB4805LD-15WR2電源模塊，它具備1500VDC隔離電壓，18-75V輸入電壓范圍，5V穩定電壓輸出，15W電源輸出功率，40～85℃的工作溫度范圍，加上模塊的轉換效率高達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(shí)物圖

 

 

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