Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển số cho máy dệt jacquard

HỆ THỐNG CAD/CAM Mẫu hoa văn Vẽ bằng tay Thiết kế trên máy tính Máy đục bìa điều khiển bằng tay Bìa được xâu thành chuỗi Máy đục bìa tự động Máy dệt Jacquard cơ khí Thế hệ thứ

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Tóm tắt luận văn thạc sĩ

Chương 1: Tổng quan

1.1.Ngành dệt của Việt Nam và nhu cầu hiện đại hóa 08

1.2 Giới thiệu về công nghệ dệt Jacquard 09

1.3 Các giải pháp về dệt Jacquard 11

1.3.1.Công nghệ dệt Jacquard tại các nước phát triển .13

1.3.2.Công nghệ dệt Jacquard tại Việt Nam hiện nay 20

1.4 Nhu cầu phát triển 22

1.5 Mục tiêu của đề tài 24

Chương 2: Thiết kế cấu hình hệ thống điều khiển số 2.1 Giải pháp thay thế bìa đục lỗ 26

2.2 Cấu hình của hệ thống điều khiển số 26

2.3 Bộ phần mềm CAD/CAM 27

2.4 Phần mềm điều khiển 27

2.5 Bộ điều khiển trung tâm 28

2.6 Bộ khuyếch đại công suất 29

2.7 Bộ tác động 29

Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển số cho máy dệt Jacquard cơ khí 3.1 Nhiệm vụ của bộ điều khiển số 38

3.2 Phân tích và lực chọn phương án truyền dữ liệu 39

3.3 Thiết kế bộ điều khiển trung tâm 43

3.4 Thiết kế bộ khuếch đại công suất .48

3.5 Công suất tiêu thụ .48

3.6 Phần mềm điều khiển 49

3.6.1 Giải thuật chương trình điều khiển 49

3.6.2 Giao diện chương trình điều khiển 51

3.7 Thiết kế bộ tác động .52

Chương 4: Chế tạo mô hình thử nghiệm 4.1.Mục đích 53

4.2 Bo mạch điều khiển 53

4.3 Thử nghiệm mô hình 56

4.4 Kết quả vận hành mô hình .58

Kết luận 59

Tài liệu tham khảo 60

Tóm tắt lý lịch trích ngang 61

Phụ lục Phụ lục 1 Code của chương trình điều khiển 62

phụ lục 2 Máy dệt Jacquard cơ khí dùng bìa đục lỗ 79

Phụ lục 3 Solenoid 87

Phụ lục 4 Truyền thông nối tiếp 94

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 NGÀNH DỆT CỦA VIỆT NAM VÀ NHU CẦU HIỆN ĐẠI HÓA

Dệt may là ngành công nghiệp quan trọng tại các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam

Ở Việt Nam trong thời gian qua, giá trị xuất khẩu hàng dệt may tăng khoảng 25%/ năm, chiếm 13-14% tổng kim ngạch xuất khẩu cả nước và tạo việc làm cho 1,6 triệu lao động Sản phẩm dệt may Việt Nam thâm nhập vào nhiều thị trường Quốc tế, kể cả những thị trường khó tính nhất như Nhật Bản, EU và Canada

20-Theo mục tiêu chiến lược tăng tốc phát triển ngành dệt may Việt Nam đã được Thủ Tướng phê duyệt thì ngành này cần đầu tư 35.000 tỉ đồng đến năm 2005 và thêm 30.000 tỉ đồng đến năm 2010

Theo chương trình mục tiêu phát triển ngành dệt may TP.HCM thì cần đầu tư 18.000 tỉ đồng đến năm 2005 và 15.000 tỉ đồng đến năm 2010

Năm 2003 kim ngạch xuất khẩu của ngành dệt may vào khoảng 3,6 tỉ USD, đứng hàng thứ hai sau ngành dầu khí và dự kiến sẽ là 5 tỉ USD trong năm 2005, 10 tỉ USD vào

năm 2010

Tuy đã là một trong những ngành xuất khẩu chủ yếu của đất nước nhưng nếu so với các nước khác trong khu vực thì ngành dệt may nước ta vẫn còn nhỏ bé về nhiều mặt, còn nếu so với trình độ công nghệ của thế giới thì ngành dệt may nước ta cũng đã lạc hậu hơn 20 năm

Từ 1-1-2005 hạn ngạch của việc xuất khẩu dệt may sẽ được bãi bỏ trên toàn thế giới, cạnh tranh sẽ vô cùng khốc liệt Con số 53 quốc gia và vùng lãnh thổ sản xuất hàng

dệt may (2002) sẽ chỉ còn lại 26 (2005) Đó là những thông tin đưa ra từ hội thảo ”Tìm

kiếm nguồn nguyên liệu cho ngành dệt may Việt Nam” do Hiệp hội Dệt may Việt Nam và

Trung tâm Thương mại quốc tế (ITC) thuộc WTO phối hợp tổ chức 7/12/2004 Vì vậy ngành dệt may Việt Nam sẽ phải gặp nhiều thách thức, đặc biệt là ngành dệt Hiện nay ngành dệt Việt Nam đang gặp khó khăn về nhiều mặt:

- Trình độ công nghệ quá thấp, năng lực sản xuất, chủng loại mẫu mã hàng hóa nghèo nàn, năng suất lao động thấp dẫn đến giá thành sản phẩm cao

- Thiết bị công nghệ ngành dệt hiện nay chỉ mới đổi mới được 45%, trình độ tự động hóa ở mức trung bình, lạc hậu hơn so với các nước trong khu vực khoảng 15 năm

Hình 1.1: Joseph Marie Jacquard

- Sản phẩm của ngành dệt chưa đáp ứng được tốc độ tăng trưởng của ngành may

cả về số lượng lẫn chất lượng, như năm 2003 ngành may của Việt Nam phải nhập hơn 500

triệu mét vải

Điều đó dẫn tới giá cả hàng dệt may Việt Nam cao hơn các sản phẩm cùng loại

của ASEAN khoảng 10-15%, cao hơn hàng Trung Quốc 20% Khi EU bỏ chế độ quota cho

Trung Quốc, sản lượng mặt hàng Jacket của Việt Nam xuất vào thị trường này giảm ngay

60% - 70% Có thể coi đây là minh chứng hùng hồn nhất nhắc nhở các doanh nghiệp Việt

Nam phải tăng sức cạnh tranh trước sức ép cạnh tranh trực tiếp

Như vậy, để tăng sức cạnh tranh của hàng dệt may thì giải pháp cần thiết là hiện

đại hoá công nghệ và thiết bị dệt Cho đến nay hầu hết các máy móc của ngành dệt đều

nhập từ nước ngoài Trong tình hình này việc đầu tư, đổi mới công nghệ và thiết bị trong

tương lai có lẽ cũng sẽ chủ yếu nhập từ nước ngoài nếu không có những nỗ lực thiết kế và

chế tạo thiết bị dệt trong nước

Luận văn này giới hạn trong lĩnh vực máy dệt Jacquard

1.2 GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ DỆT JACQUARD

Tên của máy dệt Jacquard có nguồn gốc từ người phát minh ra nó là Joseph Marie Jacquard

Jacquard sinh ngày 7 tháng 7 năm 1752 ở Lyon, nước Pháp Đương thời, ông chế tạo nó để dùng dệt các vải có hoa văn Chính vì thế mà tên của ông đã được đặt cho máy dệt vải hoa văn - máy dệt Jacquard - như một sự xác nhận ông là người đã phát minh và trong tự điển tiếng Anh ngày nay, Jacquard còn có nghĩa là vải

có hoa văn

Jacquard là công nghệ dệt các sản phẩm có hoa văn phức tạp bằng cách phối hợp

các kiểu dệt khác nhau Đây là công nghệ dệt với qui trình tạo mẫu và điều khiển dệt

phức tạp, mặt vải tạo từ các rappo lớn (mỗi chiều trên dưới 1000 sợi dệt), mỗi điểm nối

dọc/ngang mang tính tự do phụ thuộc vào hoa văn kiểu dệt Đây là mặt hàng dệt cao cấp

ngày càng có nhu cầu lớn trên thị trường trong nước và quốc tế Mẫu dệt được carô hóa,

sau đó chuyển thành các bìa đục lỗ rồi mắt xích bìa trên máy dệt Jacquard để điều khiển

từng sợi Có nhiều loại sản phẩm Jacquard: 1 lớp, 2 lớp… nhưng nguyên lý điều khiển nói

chung không khác biệt lớn

Hình 1.2a : Vải dệt bằng công nghệ dệt Jacquard

Hình 1.2b : Logo dệt bằng công nghệ dệt Jacquard

1.3 CÁC GIẢI PHÁP VỀ DỆT JACQUARD

Cho đến nay máy dệt Jacquard đã trải qua ba thế hệ ( hình 1.3):

máy dệt Jacquard thế hệ thứ nhất)

ứng dụng hệ thống CAD/CAM và điều khiển số liên kết với đầu Jacquard cơ khí (còn gọi

là máy dệt Jacquard thế hệ thứ hai)

Jacquard thế hệ thứ ba)

Hiện nay trên thế giới, tại các nước càng phát triển thì các máy dệt Jacquard thế

hệ thứ hai, thứ ba càng được sử dụng nhiều, đồng thời số lượng các máy dệt Jacquard thế

hệ thứ nhất giảm dần

 Máy dệt Jacquard thế hệ thứ nhất:

Mẫu dệt được carô hóa, sau đó chuyển thành các bìa đục lỗ rồi liên kết các bìa trên

máy dệt Jacquard để điều khiển từng sợi

Nguyên lý hoạt động của máy dệt Jacquard cơ khí:

Hì

Hình 1.4: Máy dệt Jacquard cơ khí

HỆ THỐNG CAD/CAM

Mẫu hoa văn

Vẽ bằng tay

Thiết kế trên máy tính

Máy đục bìa

(điều khiển bằng tay)

Bìa được xâu

thành chuỗi

Máy đục bìa (tự động)

Máy dệt Jacquard cơ khí

(Thế hệ thứ nhất)

Máy dệt Jacquard cơ khí được hiện đại hóa

(Thế hệ thứ hai)

1.3.1.CÔNG NGHỆ DỆT JACQUARD TẠI CÁC NƯỚC PHÁT TRIỂN

Chuyển động của máy dệt Jacquard cơ khí gồm 3 chuyển động chính (phụ lục 2),

đó là:

- Chuyển động lên xuống của dao nâng

- Chuyển động quay của lăng trụ để thay đổi bìa đục lỗ

- Chuyển động qua lại của lăng trụ để tác động bìa đục lỗ lên kim

Nguyên lý hoạt động của máy Jacquard cơ khí dựa trên cơ sở điều khiển riêng biệt

từng sợi dọc hoặc một nhóm rất ít sợi dọc (được mô tả ở hình 1.5) Móc (17) của máy

Jacquard được đặt thẳng đứng và tựa trên bảng đỡ móc (19) Ở dưới mỗi móc tại bảng đỡ

có một lỗ, qua lỗ đó có một dây xà (20) nối với chân móc

Phía trên các móc có một hàng dao (14) Có bao nhiêu hàng móc sẽ có bấy nhiêu

dao Các dao được đặt trong giá dao Ở giữa mỗi móc đều có kim ngang (13) vòng qua

Bên phải của kim được đặt vào một lò xo (16) Lò xo đẩy kim về bên trái, giữ đầu móc

nằm chính xác trên dao Đầu trái của kim được luồn qua lỗ của bảng kim (12) Cạnh bảng

kim có lăng trụ (3) Trên mỗi mặt của lăng trụ có số lỗ tương ứng với số kim hoặc số móc

của máy Jacquard

Lăng trụ có chuyển động quay và chuyển động qua lại (theo phương ngang)

chuyển động quay để thay đổi bìa đục lỗ, chuyển động qua lại để tác động bìa đục lỗ lên

kim Khi lăng trụ và bìa đập ép vào kim tại chỗ bìa không đục lỗ thì chân kim bị đẩy sang

phải, kết quả là các móc không nằm trên đường tác dụng của dao nâng, móc đứng yên

Chỗ bìa có đục lỗ, khi lăng trụ đập vào kim, kim chui qua lỗ của bìa và của lăng

trụ, do đó kim được giữ yên và móc nằm trên đường tác dụng của dao nâng

Muốn mở miệng vải, các móc phải được nâng lên, kéo các dây (21) và các mắt go

lên trên, đồng thời sợi dọc cũng được nâng Các dây (20) được luồn vào các lỗ của bảng

luồn dây (1) Khi dao hạ xuống thì móc cũng hạ theo là nhờ tải trọng (22) treo ở phía dưới

của dây kéo Trong cơ cấu này, bìa đục lỗ chính là sự mã hoá các kiểu dệt khác nhau để

điều khiển móc nâng Khi lăng trụ mang bìa đục lỗ đi vào để ép vào kim dệt thì mỗi vị trí

trên bìa đục lỗ sẽ tương ứng với 1 kim dệt Mỗi kim dệt sẽ mang móc dệt Tại vị trí mà

bìa có đục lỗ thì kim dệt xỏ qua luôn Điều đó dẫn tới kết quả là móc dệt vẫn nằm trên

đường dao nâng và sẽ được dao nâng lên Ngược lại, tại vị trí bìa không bị đục lỗ thì kim

dệt không xỏ qua được, nó bị chặn lại và kết quả là móc dệt không được dao nâng lên

Đây là đối tượng cần nâng cấp của luận văn

Hình 1.5a : Sơ đồ nguyên lý máy dệt Jacquard cơ khí

Hình 1.5b : Các móc dệt đang được bàn dao nâng lên

 Máy dệt Jacquard thế hệ thứ hai:

Đây là máy dệt Jacquard cơ khí thế hệ thứ nhất được hiện đại hóa bằng cách lắp

thêm hệ thống điều khiển số Hệ thống này gồm : phần mềm điều khiển, máy tính điều

khiển, bộ điều khiển trung tâm, bộ khuếch đại công suất, bộ tác động liên kết với đầu

Jacquard cơ khí để điều khiển trực tiếp các móc thực hiện quá trình dệt mà không cần đầu

đọc bìa và các bìa đục lỗ

Những ưu điểm của việc hiện đại hóa này so với máy dệt Jacquard thế hệ thứ nhất

như sau:

+ Nhờ liên kết với hệ thống CAD/CAM nên rút ngắn thời gian thiết kế, mở rộng

năng lực thiết kế, nhờ vậy có thể thiết kế các hoa văn hết sức phức tạp

+ Không còn bị lỗi thiết kế nhờ chức năng kiểm lỗi tự động của phần mềm

CAD/CAM

+ Thay đổi mẫu mã thiết kế nhanh chóng

+ Bất kỳ thiết kế mẫu hoa văn nào cũng có thể dệt được

+ Loại bỏ hẳn thời gian và chi phí thiết kế bìa, đục lỗ bìa, chi phí mua bìa

+ Giảm đáng kể thời gian từ lúc có ý tưởng thiết kế hoặc nhận đơn hàng đến lúc

giao hàng

+ Tăng tính linh hoạt của các thiết bị và tăng hiệu suất sử dụng thiết bị nhờ điều độ

sản xuất tốt hơn

+ Rất thuận lợi khi sản xuất sản phẩm với số lượng nhỏ

+ Tăng năng suất, giảm chi phí sản xuất, đáp ứng tốt hơn nhu cầu của khách hàng,

nâng cao năng lực cạnh tranh và hiệu quả kinh tế lâu dài của doanh nghiệp dệt

Một số nhà cung cấp hệ thống điều khiển số để hiện đại hóa máy dệt Jacquard cơ khí

hiện nay là: SUNG DO (Hàn Quốc), TAKEMURA (Nhật)

Hình 1.6 :Đầu máy dệt Jacquard CNC cải tiến của hãng Sung Do (Hàn Quốc)

 Công nghệ dệt với máy Jacquard thế hệ thứ 3:

Với sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật vi xử lý, các loại đầu máy dệt

Jacquard điện tử lần lượt ra đời cho phép giảm nhẹ công đoạn thiết kế mặt hàng cũng như

chuẩn bị bìa đục lỗ rất tốn kém theo công nghệ truyền thống

Đầu máy dệt Jacquard điện tử cho phép điều khiển trực tiếp hoạt động của các

móc dệt tương ứng với hoa văn cần dệt mà không dùng bìa đục lỗ Đầu máy dệt Jacquard

điện tử này đã tỏ ra có nhiều ưu thế trong sản xuất các loại mặt hàng cao cấp, thay đổi

kiểu dệt nhanh chóng như dệt nhãn hiệu, chân dung…

Dệt vải bằng đầu Jacquard điện tử được thực hiện theo các bước sau:

- Bước 1: Đĩa mềm chứa File hoa văn mẫu vải cần dệt được đưa vào máy tính

sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu số điều khiển

đầu dệt JACQUARD gắn trên máy dệt

- Bước 4: Sự chuyển động của các ty trên đầu máy dệt sẽ tạo thành hình dạng của

hoa văn cần tạo

Phần trình bày sau đây là qui trình dệt vải Jacquard của một số hãng dệt trên thế

giới bằng phần mềm thiết kế ArahPaint (CAD) và phần mềm dệt ArahWeav (CAM)

Ta sẽ bắt đầu với một mẫu hoa văn đã được scan Mẫu hoa văn này có thể lưu

dưới một dạng (format) bất kỳ, nhưng tốt nhất là nên lưu nó dưới dạng JPEG (hình 1.7)

Sau đó file ảnh này được load vào phần mềm CAD (ví dụ ArahPaint) Bằng phần

mềm này ta có thể:

- Thiết kế lại theo ý tưởng của mình

- Chỉnh sửa trên mẫu ảnh này để có được mẫu hoa văn mong muốn

- Định lại kích thước, màu và tạo lưới

Hình 1.7 : Mẫu hoa văn cần dệt được nạp vào phần mềm Sau khi hoàn tất phần thiết kế mẫu vải, file được chuyển sang phần mềm CAM để

tạo ra file dệt (file số )

Sau đó file dệt này được chuyển vào máy tính để điều khiển đầu dệt Jacquard Tất

nhiên file dệt này phải có định dạng phù hợp với đầu Jacquard mà ta đang sử dụng Khi

đó các kim dệt sẽ hoạt động phụ thuộc vào các dữ liệu của file dệt Vải sẽ được dệt theo

đúng kiểu mà ta đã thiết kế trên máy tính (hình 1.7) Tuy nhiên, giá thành của loại máy

dệt này khá cao và đối với một số các doanh nghiệp vừa và nhỏ của Việt Nam thì vấn đề

đầu tư máy dệt loại này hầu như vượt khỏi tầm với

Các nhà cung cấp máy dệt Jacquard điện tử hàng đầu trên thế giới hiện nay:

DORNIER, ICTB (Pháp); TAJIMA, TSUDAKOMA, TOYODA, YOSHIDA (Nhật);

PICANOL (Bỉ); HI-TEX, VAMATEX, SOMET (Ý); SULZUERRUTI, ELTEX (Thụy Sĩ);

BONAS, STAUBLI, DORNIER, AVL LOOM (Anh); GROSSE(Đức); KTM (Hàn Quốc)

Hình 1.8 : Mẫu vải nhận được sau khi dệt

Một số đầu máy dệt Jacquard của các hãng trên thế giới được giới thiệu ở các hình

sau:

Hìn1.9a: Máy dệt Jacquard điện tử của hãng Bonas (Anh)

Hình 1.9.b: Máy dệt Jacquard điện tử của hãng Bonas (Anh)

Hình 1.10 : Máy dệt Jacquard KTM 700L của Hàn Quốc

1.3.2 CÔNG NGHỆ DỆT JACQUARD TẠI VIỆT NAM HIỆN NAY

Tại Việt Nam số lượng các máy dệt Jacquard thế hệ thứ ba được sử dụng chỉ vào

khoảng vài chục tại một số ít công ty so với trên dưới 10.000 máy dệt Jacquard thế hệ thứ

nhất hiện đang phổ biến, còn máy dệt Jacquard thế hệ thứ hai thì hầu như không đáng kể

 Dệt Jacquard tương ứng với máy dệt Jacquard thế hệ thứ nhất:

Qui trình thiết kế mẫu hoa văn trong qui trình này được bắt đầu với việc vẽ và

thiết kế hoa văn trên giấy “point paper”, nó giống như một sự mã hóa các mẫu hoa văn

Các giấy “point paper” là một dạng giấy lưới đặc biệt với các lưới có kích cỡ khác nhau,

miêu tả các sợi ngang và sợi dọc của công việc dệt Người thiết kế trên “point paper”

phải vẽ từng điểm ảnh của mẫu hoa văn Một số lượng màu giới hạn đã dùng cho công

việc thiết kế phức tạp đòi hỏi phải mất nhiều ngày để hoàn thành

Sau khi việc thiết kế trên “point paper“ đã được hoàn thành, nó được đưa vào

xưởng đục lỗ bìa Một người chuyên trách sẽ kiểm tra từng hàng, từng điểm trên giấy và

sau đó chuyển nó vào máy đục bìa cơ điện Việc vận hành máy đục bìa thì khá khó khăn

và không được phạm sai lầm Do vậy việc cho ra đời một mẫu hoa văn từ lúc bắt đầu vẽ

trên giấy cho đến khi đưa vào máy đục bìa thường mất khoảng một tuần

Ngày nay trong xu thế ngành dệt phải đương đầu với sự cạnh tranh toàn cầu và

những thách thức như: tăng năng suất, giảm giá thành, mẫu mã ngày càng nhiều và thay

đổi nhanh chóng, hoa văn ngày càng phức tạp hơn, số lượng sản phẩm cho mỗi đơn hàng

ngày càng giảm, thời gian từ lúc đặt hàng đến lúc giao hàng ngày càng ngắn, thị hiếu

khách hàng thay đổi không ngừng, máy dệt Jacquard cơ khí đã và đang không đáp ứng

được yêu cầu của nhà sản xuất và các công ty dệt Trong nhiều trường hợp thực tế nếu

hoa văn đòi hỏi cần một bộ khoảng 6000 - 7000 bìa (gấp 4 - 5 lần thông thường) hoặc số

luợng đặt hàng chỉ vài trăm mét (để sản xuất cà vạt chẳng hạn), thời gian giao hàng chỉ

trong vài ngày hay một tuần, v.v thì các doanh nghiệp Việt nam phải nói lời từ chối

Để phần nào giảm bớt sự khó khăn trong công việc tạo bìa đục lỗ, máy đục bìa tự

động ra đời (hình 1.11)

Qui trình sản xuất vải hoa văn bằng máy dệt Jacquard cơ khí dùng bìa đục lỗ (bìa

được sản xuất từ hệ thống đục lỗ tự động), như sau:

Mẫu hoa văn cần dệt được quét từ hình ảnh thực hoặc được thiết kế bởi một phần

mềm CAD (PhotoShop, 3D Max Studio ), sau đó được số hóa bởi phần mềm JACAD để

tạo thành dữ liệu điều khiển cho công đoạn đục lỗ bìa

Dữ liệu điều khiển này được nạp cho máy tính, thông qua phần mềm điều khiển

máy tính sẽ xuất dữ liệu, điều khiển hoạt động của các chày đục lỗ bìa của máy đục lỗ

bìa Như vậy bìa được đục lỗ được thiết kế tương ứng với hoa văn cần dệt Đây là một

bước phát triển mới trong công nghệ dệt vải Jacquard của Việt Nam so với việc đục lỗ bìa

thủ công như trước đây

Hình 1.11 : Máy đục bìa CNC loại 12 lỗ Với thế hệ máy này thì năng suất đã phần nào được cải thiện, bởi vì đã không còn

công đoạn tạo bìa đục lỗ bằng thủ công rất khó nhọc và tốn kém Thay vào đó, bìa đã

được sản xuất tự động

Hình 1.12 : Qui trình dệt Jacquard dùng máy đục bìa tự động

1.4 NHU CẦU PHÁT TRIỂN

Tuy nhiên một nhu cầu mới lại nảy sinh trong các doanh nghiệp dệt Hầu hết các

mẫu sản phẩm hiện nay ở Việt Nam chỉ dùng khoảng 1.000÷1.500 bìa Nhưng nếu mẫu

sản phẩm phức tạp, có chiều dài lớn (chẳng hạn hoa văn cho áo dài) cần đến khoảng

10.000 bìa, hoặc có loại sản phẩm chỉ cần dệt 100 - 200 mét (để may cà vạt chẳng hạn)

thì rất khó mà giải quyết được với phương án hiện tại

Hình 1.13 : Bộ bìa bông đang lắp trên đầu máy dệt

Bởi vì, nếu mẫu hoa văn phức tạp thì số lượng bìa đục lỗ tăng lên, khi đó vấn đề

diện tích trở nên khó giải quyết, hơn nữa thời gian tạo ra sản phẩm sẽ lâu hơn rất nhiều

Vì vậy, một nhu cầu cấp thiết là phải đổi mới và nâng cấp máy dệt Jacquard cơ

khí bằng cách không sử dụng bìa đục lỗ, ứng dụng công nghệ CAD/CAM và điều khiển

số cho máy dệt Jacquard cơ khí

Quá trình hiện đại hóa ngành dệt Jacquard có thể tiến hành bằng cách thực hiện

ngay việc chế tạo các đầu Jacquard điện tử như giải pháp mà các nước phát triển đang

hướng tới

Tuy nhiên, hiện nay Việt nam có khoảng 5000 – 6000 máy dệt Jacquard cơ khí

đang hoạt động ở các doanh nghiệp Sẽ rất lãng phí nếu như không sử dụng chúng hoặc

sử dụng không hiệu quả Một giải pháp “cải tiến máy dệt với chi phí thấp” đưa ra ở đây

là CNC hóa các máy dệt Jacquard cơ khí loại này Như vậy, có thể hình dung quá trình

hiện đại hóa ngành dệt sẽ thực hiện theo lộ trình như sau:

Giai đoạn 1 : CNC hóa các máy dệt cơ khí hiện đang sử dụng tại Thành Phố Hồ Chí

Minh

Giai đoạn 2 : Thiết kế và chế tạo các đầu Jacquard điện tử

Trước mắt có thể thực hiện giai đoạn 1

Hình 1.14: Hệ thống điều khiển số cho máy dệt Jacquard cơ khí

1.5 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu hệ thống điều khiển số cho máy dệt máy dệt

Jacquard cơ khí Nói cách khác là cải tiến, nâng cấp máy dệt Jacquard thế hệ thứ nhất lên

thế hệ thứ hai

Thực hiện được điều đó thì sẽ loại bỏ việc dùng bìa đục lỗ trong công nghệ dệt

Jacquard vốn làm giảm năng suất cũng như rất khó khăn khi cần thay đổi mẫu mã sản

phẩm

Sơ đồ khối của máy dệt mới này được biểu diễn như hình 1.15:

Hình 1.15: Sơ đồ khối của máy Jacquard cơ khí cải tiến (Thế hệ 2)

Để đạt được mục tiêu luận văn cần phải giải quyết các vấn đề sau:

1- Thiết kế cấu trúc của hệ thống điều khiển số

2- Thiết kế bộ tác động

3- Thiết kế bộ điều khiển trung tâm

4- Thiết kế bộ khuếch đại công suất

5- Xây dựng phần mềm điều khiển

MÁY TÍNH ĐIỀU

KHIỂN

BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM

BỘ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT

BỘ TÁC ĐỘNG

MÁY DỆT JACQUARD

CƠ KHÍ

CÁC FILE

DỮ LIỆU SỐ

PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN

BỘ PHẦN MỀM

CHÖÔNG 2: THIEÂT KEÂ CAÂU HÌNH HEÔ THOÂNG ÑIEĂU KHIEƠN SOÂ

2.1 GIẠI PHAÙP THAY THEÂ BÌA ÑÚC LOÊ :

Nhieôm vú cụa chöông naøy laø tìm caùch soâ hoùa vieôc ñieău khieơn caùc moùc nađng cụa

maùy deôt hieôn coù thođng qua vieôc thay theâ bìa ñúc loê baỉng moôt cô caâu chaâp haønh khaùc Ñeơ

laøm ñöôïc ñieău naøy coù theơ söû dúng cô caâu chaâp haønh laø solenoid, bieân naíng löôïng ñieôn

thaønh naíng löôïng cô

Nhö ñaõ noùi ôû tređn, trong maùy deôt Jacquard cô khí thì bìa ñúc loê giöõ vai troø maõ hoùa

hoa vaín caăn deôt Ñađy laø boô phaôn maø ta caăn phại thay theâ noù ÔÛ vò trí maø bìa khođng coù loê

thì kim deôt (ti deôt ) bò chaịn lái, vaø trong thieât keâ cại tieân naøy kim deôt laø loõi cụa solenoid

noù seõ ñöôïc ñaơy ra Ôû vò trí bìa coù loê ñúc thì kim deôt ñi qua ñöôïc, vaø trong thieât keâ cại tieân

naøy thì töông ñöông vôùi vieôc laø loõi solenoid naỉm yeđn (solenoid maât ñieôn )

Coù theơ mođ tạ hoát ñoông cụa caùc solenoid nhö sau:

- Khi solenoid chöa ñöôïc caâp ñieôn thì ti deôt (loõi) cụa solenoid vaên giöõ nguyeđn

tráng thaùi ban ñaău, töông ñöông vôùi vò trí bìa ñöôïc ñúc loê

- Khi solenoid ñöôïc caâp ñieôn thì löïc töø tröôøng do cuoôn dađy táo ra seõ ñaơy ti deôt cụa

solenoid ra , töông ñöông vôùi vò trí maø bìa khođng coù ñúc loê

Nhö vaôy ñeơ soậ hoùa ñaău deôt Jacquard cô khí thì caăn boû bìa ñúc loê vaø chuyeơn ñoông

quay khođng caăn thieât cụa laíng trú, giöõ lái chuyeơn ñoông cụa dao nađng Luùc baây giôø caùc

solenoid seõ thay theâ vai troø cụa bìa ñúc loê

2.2 CAÂU HÌNH CỤA HEÔ THOÂNG ÑIEĂU KHIEƠN SOÂ:

Sô ñoă khoâi cụa heô thoâng maùy deôt Jacquard cô khí ñöôïc hieôn ñái hoùa ñöôïc theơ hieôn

tređn hình 1.15 Heô thoâng naøy bao goăm caùc thaønh phaăn:

- Boô phaăn meăm CAD/CAM

- Maùy tính ñieău khieơn

- Phaăn meăm ñieău khieơn

- Bộ điều khiển trung tâm

- Bộ khuếch đại công suất

- Bộ tác động

- Máy dệt Jacquard cơ khí

File dữ liệu của mẫu hoa văn có được từ những nguồn khác nhau như: bản thiết kế

được thực hiện trên máy tính bằng các phần mềm đồ họa, hình quét bằng máy quét mẫu

hoa văn của vải hay bản vẽ trên giấy Sau đó file dữ liệu này được đưa vào máy tính và

nhờ phần mềm CAD/CAM xử lý file dữ liệu mẫu hoa văn thành file dữ liệu số rồi thông

qua mạng truyền thông hoặc đĩa mềm chuyển đến máy tính điều khiển Tại đây phần

mềm điều khiển xử lý file dữ liệu số này và tạo lập chương trình điều khiển Chương trình

này, thông qua hệ thống điều khiển số được lắp đặt tích hợp với máy dệt Jacquard, điều

khiển bộ tác động liên kết với đầu Jacquard cơ khí thực hiện quá trình dệt

2.3 BỘ PHẦN MỀM CAD/CAM:

Hệ chương trình phần mềm thiết kế mẫu được xây dựng với các chức năng chính

như sau:

1 Thiết kế các loại sản phẩm dệt: vải (gấm), vải nhiều lớp, mền len, khăn lông

2 Tạo lập và thiết kế kiểu dệt gồm: kích cỡ; mở rộng; đảo sợi; kiểm lỗi dọc,

ngang, toàn bộ; thiết kế nền/kiểu dệt với các hoa văn phức tạp bằng cách kết hợp

các kiểu dệt khác nhau; quản lý các kiểu dệt (cho vải)/các kiểu biên (cho vải,

khăn lông)/các kiểu nền (cho khăn lông):

a Thiết kế mỹ thuật gồm: Import/Export hình từ các nguồn khác nhau; chấp nhận dữ liệu

hình mỹ thuật, mẫu thiết kế với các kích cỡ, các khuôn dạng khác nhau và tự động đưa về

khuôn dạng phù hợp; edit hình (vẽ, xóa màu sắc), liên kết với các phần mềm edit hình

khác; điều chỉnh kích thước: phóng to/thu nhỏ; hỗ trợ ráp biên trên/dưới, phải/trái

b Thiết kế kỹ thuật gồm: thay đổi kích cỡ theo mật độ sợi; khai báo và chèn kiểu dệt

vào hình mỹ thuật; điều thoi/dệt, biên/dừng, cuốn/dừng xả; tinh chỉnh và kiểm lỗi; xuất

dữ liệu dạng hình, dạng số cho phần mềm điều khiển

Phần mềm thiết kế mẫu dự kiến chạy trong Windows 95/98/NT/2000 (môi trường

32 bit) với các giao diện thân thuộc với người sử dụng

Tuy nhiên, phần này nằm ngoài phạm vi của luận văn Bộ phần mềm CAD/CAM

này đã được xây dựng và phát triển bởi các chuyên gia của “Hội tin học TPHCM”

2.4 PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN:

Phần mềm điều khiển thực hiện các chức năng:

1 Tiếp nhận dữ liệu số từ bộ phần mềm CAD/CAM dệt

2 Xử lý và tạo lập chương trình dệt

3 Điều khiển bộ tác động

Trong những năm gần đây, các họ vi xử lý lần lượt ra đời và trở nên khá thông

dụng vì chúng có những tính năng ưu việt về khả năng và tốc độ xử lý chương trình và có

thểø dễ dàng tìm mua trên thị trường điện tử Vì vậy phương án điều khiển được chọn là

dùng vi xử lý Họ vi xử lý được nhắc đến nhiều là MCS-51 của Intel Phần mềm điều

khiển dự kiến sẽ viết bằng hợp ngữ hoặc các ngôn ngữ bậc cao như: Visual Basic, Visual

C++,

Phần này được thực hiện bởi luận văn

2.5 BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM:

Bộ điều khiển trung tâm gồm:

 10 vi xử lý AT89C51

 20 cổng COM được dùng để kết nối bộ điều khiển theo cơ chế IN – OUT Để gắn

liên kết 10 vi xử lý AT89C51, có thể chọn giải pháp là mỗi một vi xử lý sẽ được

thiết kế như một mô đun riêng biệt với mục đích để dễ dàng trong quá trình lắp

ráp, vận hành và bảo trì Như vậy bộ điều khiển chính sẽ bao gồm 10 mô đun này

ghép lại (hình 2.2)

Ngoài ra , để các tín hiệu đến được bộ tác động cần có thêm:

 10 IC giải mã địa chỉ

 150 bộ đệm dữ liệu 74LS244

 150 IC chốt dữ liệu 74LS574

Phần này thực hiện bởi luận văn

Hình 2.2 : Sơ đồ khối bộ điều khiển trung tâm

2.6 BỘ KHUẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT:

Dòng điện cần cung cấp để cho các solenoid của bộ tác động hoạt động khoảng

chừng 450mA, vì vậy cần thiết phải có bộ khuếch đại công suất Mỗi solenoid cần một

khối khuếch đại công suất, do trong hệ thống có 1200 solenoid nên cần 1200 khối khuếch

đại công suất tương ứng

Phần này thực hiện bởi luận văn

2.7 BỘ TÁC ĐỘNG:

Bộ tác động có vai trò thay thế bìa đục lỗ nó Được thiết kế có kích thước phù hợp

và lắp tương thích với máy dệt Jacquard cơ khí, solenoid được chọn làm cơ cấu chấp hành

Phần này thực hiện bởi luận văn

Phương án thiết kế lõi solenoid (ti dệt ) :

Nhận thấy rằng các ti dệt hoạt động phụ thuộc vào tín hiệu số mà máy tính truyền

đến Các tín hiệu số này có được từ việc xử lý các mẫu hoa văn cần dệt bằng phần mềm

Phương án khả thi là dùng solenoid Khi cuộn dây có điện, lực từ trường sinh ra sẽ đẩy ti

MÁY TÍNH

MÔ ĐUN 1

MÔ ĐUN 2

MÔ ĐUN 10

dệt đi ra Khi cuộn dây mất nguồn thì lò xo sẽ đưa ti về vị trí ban đầu Khi cuộn dây

không được cấp điện thì ti dệt vẫn nằm ở vị trí ban đầu của nó

Trong kỹ thuật, solenoid là bộ phận làm nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng điện

sang năng lượng cơ Solenoid thực chất là một nam châm điện từ Nó bao gồm nhiều vòng

dây dẫn điện được quấn xung quanh một lõi từ Khi có dòng điện trong dây dẫn thì từ

trường được sinh ra và từ trường này tập trung tại trung tâm của lõi từ Nếu ta đặt một lõi

sắt vào vùng này thì nó sẽ bị đẩy khi cuộn dây có điện ( tham khảo thêm phần phụ lục 3

trình bày về nguyên lý hoạt động của solenoid )

Vì tính chất làm việc đặc biệt nên máy dệt Jacquard có rất nhiều kim (trong trường

hợp này là 1200 kim) mà lại tích hợp trong một không gian rất nhỏ hẹp nên một điều rất

khó khăn trong luận văn này là phải thiết kế các solenoid phải đủ nhỏ mà vẫn đủ lực để

đẩy các ti dệt

DC solenoid:

Trong DC solenoid thì chiều của từ trường sinh ra phụ thuộc vào chiều của dòng

điện Khi có dòng điện trong cuộn dây thì từ trường sinh ra có chiều từ Nam ra Bắc Khi

đó ti này sẽ bị hút xuống Khi ta sử dụng DC solenoid thì hiệu điện thế giữa các đầu cuộn

dây cần phải ổn định Bởi vì, điện trở của cuộn dây là không đổi, khi hiệu điện thế thay

đổi thì cường độ dòng điện cũng thay đổi và khi đó lực từ trường sinh ra cũng thay đổi

theo Và nếu có hiện tượng đó thì các ti đẩy sẽ làm việc không ổn định, vì ta sử dụng lực

từ trường do cuộn dây sinh ra để đẩy ti

Đối với DC solenoid thì thời gian đáp ứng có chậm hơn so với AC solenoid

Đối với DC solenoid thì thời gian đáp ứng là khoảng 50 đến 60 ms, có nghĩa là khoảng

15 000 chu kỳ trong một giờ mà không bị cháy hay quá nóng (phụ lục 3 – tài liệu từ

Internet)

Tần số này hoàn toàn đáp ứng được trong ứng dụng này, bởi vì một chu kỳ làm

việc của máy dệt là 0.4s (400ms) như vậy cuộn solenoid nào làm việc nhiều nhất sẽ là:

(1h x 60min x 60s x 1 000ms) / 400ms = 9 000 chu kỳ đóng mở trên 1h, trong khi đó số

lượng cho phép của DC solenoid là 15 000/ 1h

AC solenoid:

AC solenoid thì có cấu tạo cũng giống như DC solenoid, chỉ có khác biệt ở đây là

nguồn AC Đối với AC solenoid thì lực từ trường lớn nhất khi dòng AC ở trạng thái cực

đại (cực dương hoặc cực âm) Khi dòng AC chuyển từ trạng thái cực dương sang cực âm

thì nó phải đi qua vị trí 0, tại đó giá trị dòng điện là bằng 0, tuy nhiên thời gian này rất

ngắn Dù vậy, trong thời gian này thì lực từ trường không tồn tại, nó bị mất đi cho tới khi

dòng AC rơi vào vị trí 0 Và như vậy, dưới tác động của lực lò xo, ti đẩy có thể rời khỏi vị

trí cân bằng Khi dòng điện chuyển pha tăng lên thì thì lực từ trừơng tăng lên và đưa ti về

vị trí cân bằng

Chọn lựa điện thế sử dụng cho solenoid:

Qua sự phân tích trên, ta thấy rằng lựa chọn phù hợp trong ứng dụng này là DC

solenoid Bởi các lý do sau đây:

Hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu về tần số làm việc

Lực từ trường ổn định (dĩ nhiên khi hiệu điện thế của nguồn cung cấp không

đổi), mà điều này rất cần để giữ các ti đẩy trong quá trình hoạt động

Một số các vấn đề cần chú ý khi thiết kế các DC solenoid:

Khi thiết kế các cuộn solenoid ta cần phải chú ý tới các bộ phận như là coil (cuộn

dây), core (lõi từ) và power source (nguồn)

Cuộn dây:

Đường kính của dây dùng để quấn cuộn dây

Chiều dài của dây đã dùng cho cuộn dây

Số vòng dây quấn xung quanh lõi từ

Lõi từ:

Kích thước và hình dạng của lõi từ

Vật liệu dùng làm lõi từ

Nguồn điện:

Điện thế

Một vấn đề cũng nên quan tâm là sự tỏa nhiệt của cuộn dây, giả sử cường độ dòng

điện là I, điện trở của cuộn dây là R, khi đó nhiệt lượng do cuộn dây tỏa ra sẽ là:

W = I2 * R (W) Như vậy phải cần một diện tích đủ lớn để cho sự tỏa nhiệt được hiệu quả

Theo tiêu chuẩn của hiệp hội đo lường Anh Quốc thì tỉ lệ giữa năng lượng và diện tích là:

W/sp.in = 0.5 hay W / cm2 = 0.08 thì cuộn dây có thể làm việc liên tục mà không bị nóng

Hình dạng của ti đẩy(ti dệt ) :

Lực từ trường sinh ra cũng phụ thuộc rất nhiều vào hình hạng của ti đẩy Sau đây

là một số phân tích để có cơ sở thiết kế hình dáng ti đẩy của solenoid trong ứng dụng này

(tham khảo phụ lục 3)

Ti đẩy đầu côn:

Loại này phù hợp khi hành trình cần thực hiện khoảng từ 1mm đến 2mm Đối với

loại này thì lực từ trường có tăng từ 1.5 đến 2 lần khi góc côn là 90 độ

Hình2.3 : Ti đầu côn

Ti đẩy đầu phẳng:

Loại này phù hợp khi hành trình nhỏ hơn 1 mm Lực từ trường có thể tăng từ 3 đến

5 lần

Hình 2.4 : Ti đầu phẳng

Ti đẩy nhiều tầng:

Đối với những ứng dụng mà cần lực để đẩy và cần phải duy trì để giữ ti ở một vị

trí nào đó thì lựa chọn phương án thiết kế ti đẩy có cấu trúc tầng

Hình 2.5 : Ti nhiều tầng

Kết luận :

Qua sự phân tích ở trên, ta đã có cơ sở để chọn phương án thiết kế ti đẩy trong

máy dệt Jacquard cơ khí Đó là các tiêu chí kỹ thuật sau:

DC solenoid :

Chu kỳ dệt của máy Jacquard cơ khí Việt nam là 0.4s, cũng có nghĩa là 9 000 lần

trong một giờ Hơn nữa, khi ti dệt (ngang) được đẩy ra để đẩy các móc (ti dệt đứng ) ra

khỏi bàn dao nâng thì nó phải được duy trì ở vị trí đó trong suốt thời gian chờ đợi chu kỳ

tiếp theo Do vậy, phương án lựa chọn phù hợp ở đây là DC solenoid vì lực từ trường tồn

tại trong suốt thời gian cuộn dây có điện

Hình dạng của ti:

Vì cần cả lực đẩy và sự duy trì của lực này, cho nên phương án thiết kế ti đẩy là

kết cấu 2 tầng

Kích thước của solenoid là:

Đường kính : 4 mm Chiều cao : 50 mm

Đường kính của ti : 1.7 mm

Kết cấu bộ liên kết (1 mô đun ) :

Hình 2.6: Kết cấu của bộ liên kết

Vấn đề giải nhiệt cho các solenoid:

Hệ thống solenoid này phải cần có hệ thống làm mát

Tại sao phải cần hệ thống giải nhiệt cho các solenoid :

Điều kiện họat động chuẩn cho các solenoid trong được xác định tại nhiệt độ môi

trường là 20oC, solenoid được gá bên trong tấm kẹp ( bộ liên kết ) làm bằng nhôm và các

tấm kẹp (100 tấm hay 100 mô đun ) lại được gá bên trong một khung giải nhiệt , được

thiết kế có kích thước phù hợp với đầu máy dệt Jacquard cơ khí hay nói cách khác là phù

hợp với đầu bông của máy dệt Jacquard cơ khí (lăng trụ )

Với một solenoid cho trước, lực của solenoid sẽ giảm với sự tăng của nhiệt độ

cuộn solenoid Ngược lại, lực của solenoid sẽ tăng khi nhiệt độ cuộn giảm đi Đây là kết

quả của sự thay đổi tỷ lệ thuận của điện trở cuộn dây với sự thay đổi nhiệt độ của dây

Nhiệt độ dây càng cao, điện trở cuộn dây càng cao Vì về cơ bản tòan bộ năng lượng đầu

vào của cuộn đều hoán chuyển thành nhiệt, một bể tản nhiệt có năng suất cao hơn, một

môi trường lạnh hơn sẽ làm cho solenoid tạo ra lực mạnh hơn

Trong thực tế, lực sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ thực tế của cuộn dây

Bể tản nhiệt:

Nữa dưới tấm kẹp

Rãnh trượt solennoid

Bể tản nhiệt chuẩn được thiết kế xấp xỉ 20 lần diện tích bề mặt của solenoid Nó

làm ổn định nhiệt độ của solenoid bằng cách làm phân tán lượng nhiệt sinh ra bởi cuộn

dây đúng bằng lượng mà nguồn cung cấp cho lõi solenoid Trong khi bể tản nhiệt (giá hay

khung đỡ) có thể có hình dạng khác với bể tản nhiệt chuẩn được giới thiệu thì tòan bộ

diện tích bề mặt cần xấp xỉ tương đương Sử dụng bể tản nhiệt nhỏ hơn sẽ làm tăng nhiệt

độ ổn định của cuộn dây trừ khi bù trừ bằng cách giảm năng lượng đầu vào, giảm thời

gian làm việc (ON time) cho mỗi chu kỳ, tăng thời gian nghỉ (OFF time) giữa các chu kỳ,

tăng luồng khí xung quanh solenoid, hay giảm nhiệt độ xung quanh Chế tạo bể tản nhiệt

nằm ngoài nhiệm vụ luận văn nhưng theo hướng tác giả có thể chọn giá đỡ của bộ tác

làm bể tản nhiệt

Sự phân tán nhiệt của cuộn dây:

Để giảm nhiệt độ ổn định của cuộn dây, hay cho phép tăng năng lượng đầu vào

của cuộn dây, sự chuyển đổi nhiệt giữa cuộn dây và các giá cần được ngày càng cải tiến

bằng cách bao cuộn dây bằng epoxy Cuộn dây được bao bọc sẽ làm cải tiến các tính chất

môi trường như tránh được sự va chạm và truyền động

được sử dụng khi chế tạo lõi từ Chúng ta biết rằng, khi cuộn dây có điện để tạo ra từ

trường thì lõi từ sẽ bị nhiễm từ Khi đó, ti đẩy được hút dính vào cực Dĩ nhiên là trong

trường hợp này thì lực từ trường sẽ lớn hơn độ lớn của lò xo Hơn nữa, nếu ta chọn vật

liệu thích hợp thì lực từ trường sẽ tăng lên rất nhiều lần Một yêu cầu đặt ra là khi cuộn

solenoid không còn kích hoạt nữa thì từ trường mất đi Lò xo sẽ đẩy ti về vị trí ban đầu

Tuy nhiên, nếu vật liệu ta dùng làm lõi từ cho solenoid có độ từ trễ cao thì khi cuộn

solenoid đã mất nguồn (trước đó lõi từ đã bị nhiễm từ) thì lõi vẫn còn giữ từ Do vậy có

khả năng ti đẩy không trở về vị trí ban đầu được Do đó, vật liệu làm lõi từ phải có độ từ

trở thấp Thông thường người ta dùng các loại nam châm vĩnh cửu

Các thiết bị điện cơ nói chung hoạt động với từ trường thường phải sử dụng từ

mềm (hoặc từ cứng) để tập trung và dẫn hướng nó Vì độ từ thẩm của sắt từ có giá trị rất

lớn (có thể lên tới 10.000 lần so với độ từ thẩm của không gian bao quanh), nên từ thông

đều chuyển động khép kín theo các đường dẫn từ do vật liệu sắt từ tạo ra

Trong vật liệu sắt từ luôn tồn tại các vùng nhỏ, trong đó momen từ của các phần tử

đều được sắp song song với nhau nhờ đó tổng momen từ của từng vùng riêng biệt đạt

được giá trị tương đối lớn Khi vật liệu từ chưa bị từ hóa, momen từ của các vùng nhỏ định

hướng hỗn loạn, vì vậy momen từ tổng của vật liệu có giá trị bằng zero Khi có từ trường

bên ngoài đặt lên vật liệu từ, momen từ của các vùng con có xu hướng sắp xếp lại theo

chiều tác động của từ trường bên ngoài

Kết quả là làm cho tổng momen từ lưỡng cực của vật liệu từ tăng lên rất nhiều

Điều này có nghĩa là từ cảm B trong vật liệu từ có xu hường tăng lên Khi toàn bộ các

momen từ của các vùng con trong vật liệu từ được định hướng theo chiều tác động của từ

trường bên ngoài thì từ cảm B không còn tăng lên được nữa, ta kết luận rằng vật liệu từ

đã bão hòa

Khi không có cường độ từ trường bên ngoài, các momen từ sắp xếp tự nhiên theo

hướng được xác định bởi cấu trúc tinh thể của các vùng con được gọi là hướng trục dễ bị

từ hóa Vì vậy, khi cường độ từ trường bên ngoài tác động lên vật liệu từ giảm xuống, các

momen lưỡng cực của các vùng con định hướng trở về hướng dễ bị từ hóa của mình

Kết quả là khi cường độ từ trường bên ngoài giảm xuống tới giá trị zero, các

momen từ lưỡng cực sẽ không còn tồn tại theo hướng của nó nữa, mà định hướng trở về

hướng tự nhiên, nhưng do quán tính từ, từ cảm bên trong vật liệu từ sẽ đạt một giá trị nhất

định Hiện tượng này được gọi là hiện tượng từ trễ và giá trị từ cảm nhận được khi từ

trường bên ngoài giảm xuống zero được gọi là giá trị từ dư của vật liệu

Mẫu solenoid đã chế tạo:

Hình 2.7: Solenoid đã chế tạo

Hình 2.8: Bộ tác động ( một mô đun )

Hình 2.8 là mô hình bộ tác động ( thể hiện một mô đun [ thực chất là 100 mô

đun ] ) được gắn trên một miếng nhôm nhưng thực chất có 100 mô đun được tích hợp trên

giá đỡ lắp trên đầu máy dệt Jacquard (hình 2.9 )

Khi máy dệt hoạt động các solenoid nhận tín hiệu điều khiển, nếu solenoid nào không

được cấp nguồn (bit 1) thì ti đẩy (lõi hay ti dệt ngang) của solenoid vẫn nằm yên tương

ứng với bìa có lỗ Ngược lại, khi solenoid được cấp nguồn (bit 0) thì ti đẩy bị đẩy ra tương

ứng với bìa không có đục lỗ và như vậy các kim dệt đứng (móc dệt ) sẽ được điều khiển

bởi các kim dệt ngang (ti dệt ngang hay lõi solenoid ) sẽ được bàn dao nâng lên hay

không và tạo nên kiểu dệt tương ứng

Hình 2.9 : tích hợp bộ tác động với đầu Jacquard cơ khí

Bộ tác động liên kết với đầu Jacquard cơ khí

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN SỐ CHO MÁY DỆT

JACQUARD CƠ KHÍ

3.1 NHIỆM VỤ CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN SỐ

Nhiệm vụ của bộ phận điểu khiển này là nhận dữ liệu điều khiển từ máy tính, dữ

liệu này máy tính lấy từ file có được từ sự mã hóa các mẫu hoa văn cần dệt để điều khiển

các solenoid, để từ đó điều khiển các ti của đầu dệt, điều này cũng có nghĩa là tạo ra kiểu

dệt

chuyển đổi thành tín hiệu số điều khiển

truyền đến đầu dệt Jacquard mới gắn trên máy dệt

- Bước 4 : Sự chuyển động của các ti trên đầu máy dệt sẽ tạo thành hình

dạng của hoa văn cần tạo

Các máy dệt Jacquard cơ khí hiện có với kết cấu là 1200 kim nên cần phải có

1200 cuộn solenoid để điều khiển riêng biệt 1200 ti của đầu dệt

Do vậy phương án điều khiển bằng PLC sẽ không khả thi về mặt kinh tế vì cần

1200 đầu ra Chính số lượng đầu ra quá lớn như vậy nên giá thành sẽ tăng lên rất nhiều

Phương án khả thi hơn là dùng vi xử lý để điều khiển Phần mềm điều khiển để

thực hiện việc truy xuất dữ liệu giữa máy tính và mạch điều khiển số để tạo các tín hiệu

điều khiển các solenoid dự kiến sẽ viết bằng hợp ngữ hoặc các ngôn ngữ bậc cao như:

Visual Basic, Visual C 

Sở dĩ chọn phương án vi xử lý là bởi vì trong những năm gần đây, các họ vi xử lý

lần lượt ra đời và trở nên khá thông dụng và dễ dàng tìm mua được trên thị trường điện tử

Họ vi xử lý được nhắc đến nhiều là MCS-51 của Intel

Một điều thuận lợi là các vi mạch này ngày càng rẻ, trong những năm đầu khi mới

xuất hiện thì giá thành của nó khoảng từ 10 – 15 USD, nhưng trong thời điểm hiện nay thì

chỉ còn từ 2 – 3 USD

Vì cần điều khiển 1200 ti nên cần phải có 1200 tín hiệu điều khiển Một byte bằng

8 bit nên cần có 150 byte Tuy mhiên, để điều khiển thì luồng dữ liệu cần thêm các byte

khác như header, footer … Trong trường hợp này ta cần 180 byte dữ liệu

Về nguyên tắc, có thể dùng duy nhất 1 vi mạch 89C51 để xuất ra 180 byte để điều

khiển 1200 solenoid Tuy nhiên, để đơn giản trong vấn đề thiết kế ta chọn phương án

dùng 10 vi mạch 8951 để điều khiển quá trình xuất dữ liệu

Thật vậy, cần 1200 tín hiệu để điều khiển 1200 solenoid, có nghĩa là 150 byte x 8

bit dữ liệu , nếu dùng duy nhất một vi xử lý để điều khiển quá trình xuất dữ liệu thì để dữ

liệu đến được nơi cần đến (ở đây là 150 IC chốt dữ liệu) thì bộ giải mã địa chỉ phải có

150 ngõ ra Điều đó dẫn đến độ tin cậy của mạch điều khiển sẽ giảm vì dùng quá nhiều

IC giải mã địa chỉ

Hơn nữa, thiết kế với mục tiêu là tạo điều kiện tối đa cho công tác bảo trì do vậy

các bộ phận đều được thiết kế dưới dạng mô đun Và một bộ vi xử lý là một mô đun điều

khiển

Chương này của luận văn giải quyết các vấn đề sau:

- Lựa chọn phương án truyền dữ liệu

- Thiết kế bộ điều khiển trung tâm

- Thiết kế bộ khuye6ch1 đại công suất

- Viết chương trình giao tiếp giữa máy tính và mạch vi xử lý

- Viết chương trình điều khiển để mạch vi xử lý điều khiển các solenoid

3.2 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN DỮ LIỆU:

Bất cứ một sự giao tiếp nào cũng cần một ngôn ngữ chung giữa bên cung cấp và

bên nhận Trong kỹ thuật truyền thông, các thành phần phải tuân thủ theo các qui tắc, thủ

tục cho việc giao tiếp, gọi là giao thức

Trong trường hợp này, cứ mỗi một luồng dữ liệu sẽ chứa 18 byte theo qui tắc như

sau:

1 byte 1 byte 15 byte 1 byte

Giải thuật nạp dữ liệu từ máy tính cho các vi xử lý có thể trình bày như sau:

- Máy tính sẽ xuất 180 byte trong một chu kỳ hoạt động

- Mỗi một vi xử lý AT89C51 sẽ nhận 18 byte dữ liệu tương ứng với một luồng dữ

liệu trong tổng số 180 byte Mạch điều khiển có 10 vi xử lý AT89C51

- Làm sao để luồng dữ liệu gồm 18 byte nối tiếp sẽ nạp vào cho bộ vi xử lý tương

ứng Như vậy cần phải phân biệt được các luồng dữ liệu này

Để phân biệt các luồng dữ liệu với nhau thì trong 18 byte nối tiếp của mỗi luồng

sẽ bao gồm:

- 1 byte bắt đầu (header): báo cho phần thiết bị thu sẵn sàng nhận dữ liệu

- 1byte địa chỉ: chứa địa chỉ của vi xử lý mà ta cần nạp

- 15 byte tiếp theo là dữ liệu điều khiển 15 x 8 = 120 ti đẩy

- 1 byte kết thúc (Footer): báo cho thiết bị thu kết thúc quá trình nhận dữ liệu

Trong đó:

- Byte header, byte chứa mã địa chỉ, byte footer do ta qui định

- 15 byte dữ liệu điều khiển các ti đẩy có được từ việc mã hóa hoa văn cần dệt

- 10 vi xử lý sẽ lần lượt nhận được các byte dữ liệu khi được gọi Cứ mỗi 18 byte

dữ liệu mà máy tính gửi đến thì vi xử lý nào được gọi ở thời điểm đó sẽ nhận dữ liệu

Trong khi đó 9 bộ vi xử lý còn lại sẽ chờ cho tới phiên mình được gọi (phần mềm sẽ điều

khiển chúng không làm gì bằng một vòng lặp giả)

- 10 vi xử lý sẽ nhận đủ 180 byte dữ liệu mà máy tính gửi đến Trong 180 byte

này có 150 byte là dữ liệu dùng để điều khiển các ti đẩy, số ti được được điều khiển sẽ là

150 x 8 = 1200, tương ứng với 1200 kim của máy dệt Jacquard cơ khí Việc chốt dữ liệu

được thực hiện bởi các IC 74HC154

- Tín hiệu nào ở mức logic 0 thì cuộn solenoid tương ứng sẽ được cấp điện, ti dệt

(kim dệt ngang ) bị đẩy và đẩy kim dệt đứng lệch khỏi đường dao nâng

- Tín hiệu nào có mức logic 1 thì cuộn solenoid tương ứng không được cấp điện, ti

dệt vẫn nằm yên,và không đẩy kim dệt đứng lệch khỏi đường dao nâng

Như vậy kiểu dệt được hình thành để tạo nên hoa văn tương ứng

 Phương án truyền thông:

Phương án truyền thông được đề cập trong trường hợp này là truyền thông nối tiếp

theo chuẩn RS-232 hoặc RS-485 Sở dĩ chọn truyền thông nối tiếp là bởi vì khả năng

đường truyền xa (15m đối với RS-232 và 1200m đối với RS-485), đây là một điểm rất phù

hợp đối với máy dệt Trong hầu hết các máy dệt thì đầu dệt thường ở trên cao từ 3 – 5 m

so với mặt đất Mặc dù truyền thông qua cổng nối tiếp có hạn chế là tốc độ đường truyền

chậm (20 – 100 kBaud đối với RS-232 và 10Mbaud với RS-485) nhưng trong các máy dệt

Jacquard cơ khí hiện nay thì tốc độ đó hoàn toàn thỏa mãn yêu cầu hoạt động

Tiêu chuẩn RS-232:

Giao diện RS-232 là một chuẩn rất phổ biến ở các máy tính hiện nay, chúng ta vẫn

thường gọi là cổng COM Số lượng thiết bị ngoại vi được ghép nối qua giao diện này là

rất nhiều

Các yêu cầu về mặt điện được qui định trong RS-232 như sau:

1 Mức logic 1 nằm trong khoảng: 3V đến 12V; trong đó khoảng từ 5V đến

-12V là tin cậy Mức logic 0 nằm trong khoảng từ +3V đến +-12V, khoảng từ +5V

đến +12V là tin cậy

2 Trở kháng tải về phía bộ nhận của mạch phải lớn hơn 3000Ω nhưng phải nhỏ

hơn 7000Ω

3 Tốc độ truyền cực đại là 100kbit/giây

4 Độ dài đường truyền không quá 15 mét

Mức điện áp của chuẩn RS-232 được miêu tả như sau:

Như vậy, trong trường hợp của máy dệt đang nghiên cứu cải tiến thì giao diện

RS-232 là có thể đáp ứng được Vì đường truyền cần khoảng 3 – 5 m

Một số các tiêu chuẩn truyền nối tiếp khác:

Ngoài giao diện nối tiếp RS-232 như đã trình bày ở trên còn có những giao diện

nối tiếp khác cũng đã qui định thành các tiêu chuẩn và cũng đều bắt đầu từ hai chữ RS

(viết tắt từ Recommended Standard) Đó là các giao diện RS-422, RS-423 và RS-485

Tuy nhiên các giao diện nối tiếp này không được trang bị bên trong máy tính PC, trên

máy tính PC chỉ trang bị cổng nối tiếp theo tiêu chuẩn RS – 232 Vì vậy, khi ghép nối

máy tính với các thiết bị ngoại vi có giao diện nối tiếp theo các tiêu chuẩn khác thì ta

phải sử dụng các khối chuyển đổi, chẳng hạn từ RS-232 sang RS -422 hoặc sang RS-485

Thí dụ khi ghép nối máy tính với các bộ PLC thì phải cần đến bộ ghép nối này Còn một

khả năng khác là dùng card mở rộng cắm vào các rãnh cắm trên bo mạch chính để tạo ra

các chuẩn ghép nối này

Các đặc tính khác của các giao diện nối tiếp có thể tham khảo ở phụ lục 4

Lựa chọn chuẩn truyền thông cho phương án điều khiển:

Mức Logic 1

Hình 3.1 :Mức điện áp của

RS-232

Với tiêu chí đặt ra là thực hiện phương án cải tiến với giá thành thấp mà vẫn đảm

bảo các yêu cầu kỹ thuật, trong trường hợp này ta chọn phương án truyền thông nối tiếp

qua chuẩn RS-232 vì các lý do sau đây:

Phần cứng đơn giản vì chuẩn RS-232 đã trang bị sẵn trong máy tính PC dẫn đến

chi phí thấp

Khi dùng chuẩn RS – 232 thì các yêu cầu về mặt kỹ thuật cũng đảm bảo, cụ thể

là chiều dài đường truyền cực đại lên đến 15m, trong khi đó trong thực tế thì

khoảng cách từ bộ điều khiển đến máy dệt nằm trong khoảng từ 3 – 5m

Như đã phân tích ở phần trên, nếu ta truyền dữ liệu với tốc độ là 9600 baud thì

thời gian để máy tính truyền hết 180 byte dữ liệu (đây là số byte mà ta cần truyền để điều

khiển 1200 ti đẩy) thì thời gian mất 0.15s Trong khi đó thời gian thực mà ta cần là 0.2s

Như vậy tốc độ truyền của chuẩn RS-232 cũng thỏa mãn yêu cầu công nghệ Chính vì

những lý do đó mà chuẩn RS-232 được sử dụng trong trường hợp này

Cũng cần nói thêm rằng, đặc tính đường truyền của RS-232 là không cân bằng nên

phải sử dụng cáp truyền thông 3 dây gồm một nối đất, một truyền tín hiệu đi và một nhận

tín hiệu trở về Hệ thống điều khiển chắc chắn sẽ chịu nhiều rung động do hoạt động của

máy dệt, khi đó chuẩn RS -232 với điện thế ±12V sẽ ổn định và đây là một thuận lợi khi

dùng chuẩn RS-232 trong dụng điều khiển máy dệt mà ta đang nghiên cứu

So với các chuẩn truyền thông nối tiếp đã trình bày ở trên thì chuẩn RS-232 có vẻ

như “hơi yếu“ về khả năng ứng dụng, nhưng đó là xét trong trường hợp mà đường truyền

dài, lúc bây giờ khả năng chống nhiễu là yếu tố quyết định chất lượng truyền dữ liệu

Trong trường hợp máy dệt của chúng ta thì đường truyền không phải là quá dài

(3m – 5m), khi đó chuẩn RS-232 hoàn toàn đáp ứng được Chính vì vậy, phương án truyền

thông được chọn là truyền nối tiếp qua chuẩn RS-232

3.3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM

Theo giải thuật điều khiển đã trình bày phần trên thì sơ đồ khối của mạch điều

khiển có thể trình bày như sau:

Hình 3.2: Sơ đồ khối mạch điện điều khiển

Hệ thống điều khiển số bao gồm:

1 máy tính

1 mạch hiển thị và điều khiển

10 mạch điều khiển chính, mỗi mạch điều khiển 120 ti đẩy

1 mạch khuếch đại công suất

1200 cuộn solenoid

Vai trò của các thiết bị:

a) Máy tính:

Truyền dữ liệu đến mạch điều khiển thông qua các chân 2,3 và 5 của cổng nối

tiếp COM 1 hoặc COM 2

Ở cổng nối tiếp chân số 2 (RXD) - nhận dữ liệu, chân số 3 (TXD) - truyền dữ liệu,

còn chân số 5 - nối đất

b) Mạch điều khiển chính (Hình 3.5):

Gồm 10 mạch

Mỗi mạch gồm có:

1 vi xử lý AT89C51

2 cổng COM được dùng để kết nối mạch điều khiển theo cơ chế IN – OUT, để

gắn liên kết 10 vi xử lý AT89C51 Ở đây ta chọn giải pháp là mỗi một vi xử lý sẽ được

thiết kế như một mô đun riêng biệt Như vậy mạch điều khiển chính sẽ bao gồm 10 mô

đun này ghép lại

10 IC giải mã địa chỉ

150 bộ đệm dữ liệu 74LS244 và 150 IC chốt dữ liệu 74LS574

Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển:

Chương trình điều khiển đầu máy dệt Jacquard được nạp sẵn vào máy tính sau đó

truyền trực tiếp tới 10 mạch điều khiển thông qua cổng nối tiếp của máy tính Mỗi mạch

điều khiển này có nhiệm vụ xuất 120 tín hiệu để điều khiển 120 solenoid Như vậy 10

mạch điều khiển này sẽ điều khiển 1200 solenoid tương ứng với 1200 kim của máy dệt

Jacquard cơ khí

Sơ đồ khối của việc ghép nối này có thể trình bày như sau: