钮孔缝纫机电路数字化设计中的应用.doc

钮孔缝纫机电路数字化设计中的应用.doc 钮孔缝纫机电路数字化设计中的应用 摘要:钮孔缝纫机的高速发展离不开电子技术的迅速飞跃。现在通过运用基本逻辑电路和JK触发器，555集成电路等组合成的数字电路控制来代替平缝锁钮孔缝纫机原来的继电器控制电路，省去了原来复杂的连线结构，解决了原来电路在应用中存在的维修率高、电路维修复杂、维护难，维修成本高等问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。使得改造后的设备能够正常工作，故障率大大减少，整洁的外观 ，维修保养也很简单。并且数字控制电路工作稳定，控制精确，成本低。使用中检修，维护十分方便，在实践中收到良好的效果。 关键词:钮孔缝纫机 555集成器 双主-JK-触发器 中图分类号:D05B 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2015)04-0000-01 1 LH4-B814MARK-2 平缝锁钮孔缝纫机的结构机械运动原理分析 1.1 平缝锁钮孔缝纫机的结构组成 LH4-B814MARK-2平缝锁钮孔缝纫机如图1所示，为该机器整机结构。主要由机台架、主机、控制箱、电机和脚踏板等组成。操作时，打开电源开关(在控制箱面板)，然后只需对脚踏板进行操作即可，非常简便。 1.2 设备运动原理 LH4-B814MARK-2 平缝锁钮孔缝纫机是一台电动和气压结合动作的钮门缝纫设备。气压部分主要是为缝纫机压脚的升降提供动力，并且控制控制电动机动力的传动，即离合器的闭合和分离。电动部分主要是利用传统 的接触器电路实现钮门缝纫的动作逻辑控制，并且产生机械运动的动力(由电动机完成)。设备结构和如下 图2所示，为设备供气回路，主要供给压脚架和电动机传递离合器。 图3所示，为当压脚放下行车时的工作状况。主要完成钮缝缝眼的加工工序。在操作时，打上电源按钮，则驱动电机运转，并且压脚在气压驱动下升起。当踩下脚踏开关时，压脚放下，并且行车，自动的完成一个钮门孔的加工工序。然后停车，压脚又自动升起。 2 LH4-B814MARK-2平缝锁钮孔缝纫机电气控制原理分析 LH4-B814MARK-2平缝锁钮孔缝纫机控制电路主要由传统的接触器和时间继电器等器件组成，其电路如图4所示。 2.1 LH4-B814MARK-2 平缝锁钮孔缝纫机控制电路元件功能介绍 在图4的控制电路中，各个器件作用如下: KM:电动机控制继电器。主要控制单相电动机供电，电源开关QS闭合，则电动机就启动。 KA1:控制气阀A(线圈KA5)的通电和断电。KA1 工作，切断KA2、KA3、KA4的供电。 KA2:控制气阀B(线圈KA6)、时间继电器KT1的通电和断电。KA2得电，则切断KA1的供电。 KA3:中间继电器，起到保护控制作用，防止KA5和KA6同时得电。KA3工作时切断KA1线圈的供电。 KA4:时间继电器KT2的计时控制。 KA5:气阀A线圈，得电时，压脚升起;失电时，压脚放下。 KA6:气阀B线圈，得电时，传递电动机的动力，行车。 SQ:行程开关，是时间继电器KT2的计时起点。 QS:24伏电源开关，当QS闭合，电动机得电运行，KA1也同时得电，机器压脚升起，机器处于待机状态。 KT1:为时间继电器，是得电延时，延时时间为3S。得电时，开始计时，控制气阀线圈KA6通电时间。 KT2:为时间继电器，是得电延时，延时时间为2.5S。得电时，开始计时，控制气阀线圈KA5通电时间。即控制压脚升起的时间。 SB:脚踏行车开关。 2.2 LH4-B814MARK-2平缝锁钮孔缝纫机控制电路工作原理分析(图5) 2.3 控制电路的功能模块分析 通过以上对LH4-B814MARK-2 平缝锁钮孔缝纫机控制电路工作原理的分析，我们可以看出，该电路主要有以下三个功能块组成: (1)定时功能块。其功能分别是完成2.5S和3S的通电延时，分别由KT1(决定行车时间)和KT2(决定压脚从行车到升起的时间，要求KT2+1S要大于3S。即压脚必须要在停车后才能升起)完成。 (2)逻辑控制功能块。其功能主要实现设备的动作要求，按照开关SQ、QS、SB和定时器KT1、KT2等器件的状态控制KA1和KA2的动作。功能主要由KA3、KA4和KA1、KA2本身来完成。 (3)驱动功能块。其功能主要实现接通和切断气阀线圈KA5和KA6的供电。要求开关要有0.7安以上的可过电流。在图中主要由KA1和KA2两个接触器来完成。 3 数字电路的设计实现 3.1 定时模块的设计 通过分析了电路的工作原理，我们对定时模块功能的实现主要通过555集成时基电路来实现。 (1)555集成时基电路分析。555集成时基电路又称为集成定时器或555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。外加电阻、电容等元件可以构成多谐振荡器，单稳电路，施密特触发器等。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，二者的结构与工作原理类似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或5567所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556，二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555和7555是单定时器。556和7556是双定时器。双极型的电源电压UDD=+5V,+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压为十3V,+18V，能直接驱动小型电机、继电器和低阻抗扬声器。 (2)555定时器(单稳态电路)。单稳态电路的组成和波形如图6所示。当电源接通后，Vcc通过电阻R向电容C充电，待电容上电压Vc上升到2/3Vcc时，RS触发器置0，即输出Vo为低电平，同时电容C通过三极管T放电。当触发端?的外接输入信号电压Vi 所以输出电压的脉宽 tW=RCln3?1.1RC一般R取1kΩ,10MΩ，C>1000pF。 值得注意的是:t的重复周期必须大于tW，才能保证放一个正倒置脉冲起作用。由上式可知，单稳态电路的暂态时间与VCC无关。因此用555 定时器组成的单稳电路可以作为精密定时器。 根据要求，KT2计时时间为2.5秒，选用电容C4的容量为47微法，所以P1可调电阻应调整为: R=2.5/(1.1×47×10)-6=48356欧姆 KT1计时时间为3秒，选用电容C4的容量为47微法，所以P2可调电阻应调整为: R=3/(1.1×47×10)-6=58027欧姆 在两个定时器选定了电阻大小后，其定时时间就确定了。在以后使用中，可以根据设备的工作需要计算和调节电阻的大小即可。 3.2 逻辑控制功能块设计 实现逻辑控制，当然就要使用数字逻辑门电路了。由于本电路的控制逻辑比较简单，所以只需使用“与”“或”“非”三个基本门电路就可以实现SN7408四2输入端与门、SN7404六反相器SN7432四2输入端或门。具体集成型号如图所示。 3.3 驱动功能块设计 在设备中，要驱动的对象是气阀线圈，其线圈的最大驱动电流为0.7A，驱动电流不小。如果直接使用触发器来驱动，则触发器难以胜任，所以，在这里主要通过触发器驱动晶体管的方式来驱动气阀线圈，器件以及电路如下: (1)触发器型号及功能特性。触发器选用SN74107双主―JK―触发器。其逻辑功能如表1所示: JK触发器在触发脉冲到来时，若两个输入端信号同为1，输出状态发 生翻转，即原态为0就翻转为1，相反，原态为1就翻转为0。 JK触发器的触发方式为沿边触发，即触发信号的有效期为上升沿或下降沿瞬间。 (2)时钟信号发生电路(555多谐振荡器)。触发器的时钟电路方面选用的是555多谐振荡器，如图7 所示。 多谐振荡器的电路图和波形图如图(6)所示。电源接通后，Vcc通过电阻R1、R2向电容C充电。当电容上电vC=2/3Vcc时，阀值输入端?受到触发，比较器C1翻转，输出电压Vo=0，同时放电管T导通，电容C通过R2放电;当电容上电压Vc=1/3Vcc，比较器C2工作，输出电压Vo变为高电平。C放电终止、又重新开始充电，周而复始，形成振荡。其振荡周期与充放电的时间有关: 充电时间: 放电时间: 振荡周期:T=tPH+tPL?0.7(R1+2R2)C 振荡频率:f=1/T= 占空系数: 当R2>>R1时，占空系数近似为50%。 由上分析可知: 1)电路的振荡周期T、占空系数D，仅与外接元件R1、R2和C有关，不受电源电压变化的影响。 2)改变R1、R2，即可改变占空系数，其值可在较大范围内调节。 3)改变C的值，可单独改变周期，而不影响占空系数。 另外，复位端?也可输入1个控制信号。复位端?为低电平时，电路停振。 根据控制电路的时钟要求，在JK触发器中的时钟频率应该高一些，以减小控制的时间误差。一般频率在100HZ以上的误差都比较小(相当于1/100秒的误差)。所以把可调电阻P3，P4调为:P3=P4=50k欧姆;这样则TI=T2。电容C7选用容量为1微法的电解电容。根据参数，计算出该电路的最低时钟频率Fmin为: T1=T2=0.7×R×C=50000×0.7×1×10-6=0.035 T=T1+T2=0.075 Fmin=1/T=1/0.075=13.3HZ (3)气阀开关(驱动晶体管)。为了满足驱动电流需要，在驱动气阀线圈时，不使用触发器直接驱动，而是让触发器驱动晶体三极管来控制气阀线圈的电流。这里，晶体三极管选用了大功率三极管3DD15。 其参数如表2所示: 3.4 LH4-B814MARK-2平缝锁钮孔缝纫机数字控制电路 通过以上各个功能电路模块的选择和分析，得出LH4-B814MARK-2平缝锁钮孔缝纫机数字控制电路如图8所示。 3.4.1 工作原理 合上电源开关，电动机运转。IC2 1.1脚为低电位，输出为低电位(即触发器1K为低电位)，由于触发器1.J为高电位，1K为低电位，所以1Q输出高电位，驱动V2，气阀A线圈得电。此时，IC6、IC7两个定时器的2脚均为高电位，所以输出均为低电平。而触发器2K为高电平，2J为低电 平，所以2Q输出为0，V1管截止，设备待机。 当脚踏开关动作，定时器T1的3脚马上输出高电位，并开始定时3S(3S一到，马上输出地电位，使得2Q变为低电位，V1截止)。IC3的1Y输出马上变成高电位，送到IC1的输入端。使得IC2输出由0变成1，从而使触发器的1K变成1，触发器翻转，V2截止。同时，2J得到高电位，使得2Q输出高电位，V1管得电，行车。 当行程开关受触发时，T2(IC6)定时器马上由0变成1，开始2.5S的计时。使得IC3输出保持高电位。当IC6计时结束，(此时IC7计时已经结束，V1管已经截止)，IC3输出则跳变为0，IC2输出也随之为0，触发器1Q置1，V2得电，压脚升起。 3.4.2 其它器件选择 P4:选用普通金属封装的可调电位器。 P1, C1、C2、C4、C5、C7:为电解电容，耐压为25V。 C3、C6、C8:选用涤纶电容。 IC1:采用CW7805三端稳压集成器。其输出最大电流为1.5A。 4 电路的屏蔽 在解决电路屏蔽问题上，主要是给电路安装一屏蔽罩，避免电路干扰。考虑工作环境主要是静电和小信号干扰，所以在材料上选用了软铁皮来进行屏蔽。在开关线路等连接线也采用了屏蔽线材。在实际运用中，该电路能够优于继电器控制电路的，稳定精确的工作。在中遇到控制时间及时钟频率调节的问题都可以随意地通过调整相应的电位器得到解决。而且在以后更进一步的改进中元器件的数量也可以适当减小。 5 结语 本文介绍了兄弟牌LH4-B814MARK-2平缝锁钮孔缝纫机，并对它进行了结构机械运动原理分析，电气控制原理分析。通过对缝纫机电路的工作原理的分析我们用555集成电路和基本逻辑电路，JK触发器等组合成的数字电路来代替兄弟牌LH4-B814MARK-2平缝锁钮孔缝纫机原来的继电器控制电路。省去了原来繁琐的连线结构，解决了原来电路在应用中存在的维修率高、电路维修烦乱、维护，维修成本高等问题。使得改造后的设备能够正常工作，故障率大大减少。并且数字控制电路工作稳定，控制精确，成本低。使用中检修，维护十分方便，在实践中收到良好的效果。本文介绍的设计从试验的结果看，得以证明成功的应用。 参考文献 [1]金龄.《数字逻辑电路》.中国劳动出版社.第二版，2003. 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