WO1997044885A1 - Electrical control system for a sewing-machine drive - Google Patents
Electrical control system for a sewing-machine driveInfo
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- D05B69/14—Devices for changing speed or for reversing direction of rotation
- D05B69/18—Devices for changing speed or for reversing direction of rotation electric, e.g. foot pedals
Definitions
- the invention relates to an electrical control for a sewing drive according to the preamble of the main claim.
- sewing machines are relatively simple machines, part of the electronic control controls the operating elements such as thread trimmer, presser foot, etc., while the other part controls the main drive in the form of a motor.
- This is used in the sewing industry as an asynchronous motor with an electromechanical clutch / brake system, DC motors and servo motors. These drives can run at predetermined speeds and position them at predefinable angles.
- the clutch / brake system is preferably supplied with a low voltage of less than 50 V, mostly 24 V DC. Clutch coils or brake coils are driven in a clocked manner from this voltage source. This sets the desired speed of the drive.
- the servomotors (DC motor or brushless DC motor) are supplied in this Performance class directly from the network.
- the mains voltage is rectified and buffered with a sufficiently large capacity.
- the voltage across the capacitor forms the so-called intermediate circuit voltage, which then operates the motor via the electronic assemblies and components. Since the motor is operated directly at the mains potential, the regulations and guidelines for mains operation are used for this part of the control.
- control elements are usually only controlled with a low voltage of ⁇ 50 V. The reason is that not all control units and other equipment can be designed for network potential and the protection of the operator from an electric shock must be guaranteed.
- the control contains a part with mains potential for controlling the main drive, the parts with extra-low voltage potential must be safely separated from the mains potential in the control itself (safety isolation). This means that in addition to compliance with minimum distances between the lines of the voltage circuits, a potential separation for certain input and output signals must either take place via optocouplers or transformers between the two voltage circuits.
- the use of several voltage circuits means that several voltage sources are also required for this.
- a 24 V voltage source for a short-term (several hundred ms) current of 10 A is used to supply the control elements.
- the electronic circuits require a power supply unit with 5 V and approx. 1 A and the electronic components for controlling the main drive on the mains voltage side require one Another power supply unit with a voltage between 5 and 15 V and a current of 1 A.
- the control elements are generally voltage-controlled. In order to ensure that these elements function properly, the voltage must be relatively constant. Therefore, the intermediate voltage cannot be used directly to supply the control elements.
- the DC link voltage depends on the one hand on the level of the mains voltage and on the other hand on the operating state of the motor.
- the invention is based, an electronic control according to the preamble of the task
- all voltages can be related to a reference potential and the signal transmitters mentioned above are also eliminated.
- You can advantageously feed all modules from the same voltage source, namely the intermediate circuit voltage, which also the electronic components, including the Microprocessor supplied.
- the control elements such as magnets, valves etc. can therefore also be supplied with PWM technology via the DC link voltage. This leads to a saving of the relatively expensive voltage source with 24 V DC voltage and for a short time 10 A.
- These control elements are designed for the intermediate circuit voltage, so that the current is reduced in inverse proportion to the voltage increase compared to the 24 V supply. If one also takes into account the operating conditions occurring in this circuit, the voltage fluctuates in a ratio of 1: 2.
- the DC link voltage is measured at short intervals, namely a few ms by an A / D converter.
- the microprocessor can then determine a pulse-pause duty cycle at a predetermined frequency in such a way that the control elements see a voltage that is constant on average, even though they are controlled from the intermediate circuit.
- the maximum voltage for the control elements that can be obtained from the DC link corresponds to the minimum value of the DC link voltage that occurs at the lowest input voltage and maximum motor load.
- the control elements should preferably be designed for this voltage, so that the control elements can be used with smaller currents.
- FIG. 1 is a block diagram of the invention
- FIG. 2 shows a detail of the control according to FIG. 1.
- 5 with the network connection is designated in the form of an AC voltage. This is connected to a rectifier circuit, denoted overall by 6, to the output of which a capacitor, denoted overall by 7, is connected.
- the so-called intermediate circuit voltage is present at this.
- a voltage of + 5V for the microprocessor 9 and a monitoring and control circuit 10 for the bridge 11 of the main drive, which is denoted overall by 12, in the form of a motor, is applied via a power supply unit designated by 8.
- the output of the microprocessor 9 is connected to the control elements (not shown) 14 via control elements 13.
- the controls are connected to the DC link voltage.
- the microprocessor 9 together with the wiring is shown in more detail in FIG. 2.
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- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
The invention concerns an electrical control system for a sewing-machine drive, with a mains connection for alternating voltage, a rectifier circuit to which an intermediate circuit voltage is applied, and a main drive which is supplied by the latter. The system further comprises adjusting elements connected to the control system. The electrical control system is characterized in that the adjusting elements are connected to the microprocessor by means of control elements to which the intermediate circuit voltage is applied.
Description
ELEKTRISCHE STEUERUNG FÜR EINEN NÄHANTRIEB ELECTRIC CONTROL FOR A SEWING DRIVE
Die Erfindung betrifft eine elektrische Steuerung für einen Nähantrieb gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to an electrical control for a sewing drive according to the preamble of the main claim.
Da Nähmaschinen relativ einfache Maschinen darstellen, steuert ein Teil der elektronischen Steuerung die Bedienelemente, wie Fadenschneider, Presserfuß etc. an, während der andere Teil den Hauptantrieb in Form eines Motors ansteuert. Dieser wird in der Nähindustrie als Asynchronmotor mit einem elektromechanischen Kupplungs-/Bremssystem, Gleichstrommotoren und Servomotoren eingesetzt. Diese Antriebe können vorgegebene Geschwindigkeiten fahren und an vorgebbaren Winkeln positionieren.Since sewing machines are relatively simple machines, part of the electronic control controls the operating elements such as thread trimmer, presser foot, etc., while the other part controls the main drive in the form of a motor. This is used in the sewing industry as an asynchronous motor with an electromechanical clutch / brake system, DC motors and servo motors. These drives can run at predetermined speeds and position them at predefinable angles.
Bei der Asynchronmaschine erfolgt die Versorgung des Kupplungs-/Bremssystems vorzugsweise mit einer Kleinspannung von unter 50 V, meistens 24 V Gleichspannung. Kupplungε- oder Bremsspulen werden aus dieser Spannungsquelle getaktet angesteuert. Damit wird die gewünschte Drehzahl des Antriebs eingestellt.In the asynchronous machine, the clutch / brake system is preferably supplied with a low voltage of less than 50 V, mostly 24 V DC. Clutch coils or brake coils are driven in a clocked manner from this voltage source. This sets the desired speed of the drive.
Die Versorgung der Servomotoren (Gleichstrommotor oder bürstenloser Gleichstrommotor) erfolgt in dieser
Leistungsklasse direkt aus dem Netz. Die Netzspannung wird gleichgerichtet und mit einer genügend großen Kapazität gepuffert. Die Spannung am Kondensator bildet die sogenannte Zwischenkreisspannung, die dann über die elektronischen Baugruppen und Bauelemente den Motor betreibt. Da der Motor direkt am Netzpotential betrieben wird, kommen für diesen Teil der Steuerung die Vorschriften und Richtlinien für den Netzbetrieb zur Anwendung.The servomotors (DC motor or brushless DC motor) are supplied in this Performance class directly from the network. The mains voltage is rectified and buffered with a sufficiently large capacity. The voltage across the capacitor forms the so-called intermediate circuit voltage, which then operates the motor via the electronic assemblies and components. Since the motor is operated directly at the mains potential, the regulations and guidelines for mains operation are used for this part of the control.
In der Nähtechnik werden üblicherweise die Stellelemente ausschließlich mit einer Kleinspannung von < 50 V angesteuert. Der Grund liegt darin, daß nicht immer alle Bedienteile und andere Betriebsmittel für Netzpotential ausgelegt werden können und der Schutz der Bedienungsperson vor einem elektrischen Schlag gewährleistet sein muß. Da aber die Steuerung ein Teil mit Netzpotential zum Ansteuern des Hauptantriebs enthält, müssen die Teile mit Kleinspannungspotential von dem Netzpotential in der Steuerung selbst sicher voneinander getrennt sein (Sicherheitstrennung). Dies bedeutet, daß neben der Einhaltung von Mindestabständen zwischen den Leitungen der Spannungskreise auch eine Potentialtrennung bei bestimmten Ein- und Ausgangssignalen entweder über Optokoppler oder Transformatoren zwischen den beiden Spannungskreisen erfolgen muß.In sewing technology, the control elements are usually only controlled with a low voltage of <50 V. The reason is that not all control units and other equipment can be designed for network potential and the protection of the operator from an electric shock must be guaranteed. However, since the control contains a part with mains potential for controlling the main drive, the parts with extra-low voltage potential must be safely separated from the mains potential in the control itself (safety isolation). This means that in addition to compliance with minimum distances between the lines of the voltage circuits, a potential separation for certain input and output signals must either take place via optocouplers or transformers between the two voltage circuits.
Die Verwendung von mehreren Spannungskreisen bedingt, daß dazu auch mehrere Spannungsquellen notwendig sind. Zum Beispiel wird zur Versorgung der Stellelemente eine Spannungsquelle mit 24 V für einen kurzzeitigen (mehrere hundert ms) Strom von 10 A verwendet. Die elektronischen Schaltkreise benötigen ein Netzteil mit 5 V und ca. 1 A und die elektronischen Bauteile zur Steuerung des Hauptantriebs an der Netzspannungsεeite benötigen ein
weiteres Netzteil mit einer Spannung zwischen 5 und 15 V und einem Strom um 1 A. In der Nähtechnik werden die Stellelemente im allgemeinen spannungsgesteuert. Um eine einwandfreie Funktion dieser Elemente zu gewährleisten, muß die Spannung relativ konstant sein. Deshalb kann man die Zwischenspannung zur Versorgung der Stellelemente nicht direkt benutzen. Die Zwischenkreisspannung ist einerseits von der Höhe der Netzspannung, andererseits vom Betriebszustand des Motors abhängig. Im Breinsbetrieb wirkt der Motor als Generator und speist elektrische Energie in den Zwischenkreis zurück, so daß dessen Spannung ansteigt. Eine Rückspeisung der Bremsenergie in das Netz scheidet in der Nähtechnik aus Wirtschaftlichkeitsgründen aus. Stattdessen wird beim Erreichen einer vorgegebenen Spannung ein Widerstand zugeschaltet, der die weitere Bremsenergie in Wärme umwandelt.The use of several voltage circuits means that several voltage sources are also required for this. For example, a 24 V voltage source for a short-term (several hundred ms) current of 10 A is used to supply the control elements. The electronic circuits require a power supply unit with 5 V and approx. 1 A and the electronic components for controlling the main drive on the mains voltage side require one Another power supply unit with a voltage between 5 and 15 V and a current of 1 A. In sewing technology, the control elements are generally voltage-controlled. In order to ensure that these elements function properly, the voltage must be relatively constant. Therefore, the intermediate voltage cannot be used directly to supply the control elements. The DC link voltage depends on the one hand on the level of the mains voltage and on the other hand on the operating state of the motor. In Breinsbetrieb the motor acts as a generator and feeds electrical energy back into the intermediate circuit, so that its voltage increases. Feeding the braking energy back into the network is ruled out in sewing technology for reasons of economy. Instead, when a predetermined voltage is reached, a resistor is switched on, which converts the further braking energy into heat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Steuerung gemäß dem Oberbegriff desThe invention is based, an electronic control according to the preamble of the task
Hauptanspruches so weiterzubilden, daß nur eine einzigeMain claim so that only one
Spannungsquelle zur Steuerung sowohl des Hauptantriebs als auch der Stellelemente notwendig ist.Voltage source for controlling both the main drive and the control elements is necessary.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Steuerung gemäß den Oberbegriff des Hauptanspruchs erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved in a generic control according to the preamble of the main claim according to the invention by its characterizing features. Appropriate refinements and developments are characterized in the subclaims.
Erfindungsgemäß können alle Spannungen auf ein Bezugspotential bezogen werden und auch die vorstehend genannten Signalübertrager entfallen. Mit Vorteil kann man alle Baugruppen aus der gleichen Spannungsquelle, nämlich der Zwischenkreisspannung speisen, welche auch die elektronischen Bauteile, einschließlich des
Mikroprozessors versorgt. Die Stellelemente, wie Magnete, Ventile etc. kann man deshalb auch über die Zwischenkreisspannung mit der PWM-Technik versorgen. Dies führt zu einer Einsparung der relativ teuren Spannungsquelle mit 24 V Gleichspannung und kurzzeitig 10 A. Diese Stellelemente werden für die Zwischenkreisspannung ausgelegt, so daß der Strom im umgekehrten Verhältnis zur Spannungserhöhung im Vergleich zur 24 V-Versorgung verringert wird. Berücksichtigt man weiterhin die in diesem Kreis auftretenden Betriebszustände, so schwankt die Spannung im Verhältnis 1:2. Um die Spannung für die Stellelemente zu stabilisieren, wird die Zwischenkreisspannung in kurzen Abständen, nämlich einigen ms durch einen A/D-Wandler gemessen. Danach kann der Mikroprozessor bei einer vorgegebenen Frequenz ein Puls-Pausen-Tastverhältnis so ermitteln, daß die Stellelemente eine im Mittel konstante Spannung sehen, obwohl sie aus dem Zwischenkreis angesteuert werden. Die maximale Spannung für die Stellelemente, die man aus dem Zwischenkreis gewinnen kann, entspricht dem minimalen Wert der Zwischenkreisspannung, die bei der niedrigsten Eingangsspannung und maximalen Motorbelastung auftritt. Vorzugsweise sollten die Stellelemente für diese Spannung ausgelegt sein, damit die Steuerungselemente mit kleineren Strömen eingesetzt werden können.According to the invention, all voltages can be related to a reference potential and the signal transmitters mentioned above are also eliminated. You can advantageously feed all modules from the same voltage source, namely the intermediate circuit voltage, which also the electronic components, including the Microprocessor supplied. The control elements such as magnets, valves etc. can therefore also be supplied with PWM technology via the DC link voltage. This leads to a saving of the relatively expensive voltage source with 24 V DC voltage and for a short time 10 A. These control elements are designed for the intermediate circuit voltage, so that the current is reduced in inverse proportion to the voltage increase compared to the 24 V supply. If one also takes into account the operating conditions occurring in this circuit, the voltage fluctuates in a ratio of 1: 2. In order to stabilize the voltage for the control elements, the DC link voltage is measured at short intervals, namely a few ms by an A / D converter. The microprocessor can then determine a pulse-pause duty cycle at a predetermined frequency in such a way that the control elements see a voltage that is constant on average, even though they are controlled from the intermediate circuit. The maximum voltage for the control elements that can be obtained from the DC link corresponds to the minimum value of the DC link voltage that occurs at the lowest input voltage and maximum motor load. The control elements should preferably be designed for this voltage, so that the control elements can be used with smaller currents.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing. In this shows:
Figur 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßenFigure 1 is a block diagram of the invention
Steuerung; undControl; and
Figur 2 eine Einzelheit der Steuerung gemäß Fig. 1.
Mit 5 ist der Netzanscliluß in Form einer Wechselspannung bezeichnet. Dieser liegt an einer insgesamt mit 6 bezeichneten Gleichrichterschaltung an, an deren Ausgang ein insgesamt mit 7 bezeichneter Kondensator angeschlossen ist. An diesem liegt die sogenannte Zwischenkreisspannung an. Über ein mit 8 bezeichnetes Netzteil wird eine Spannung in Höhe von +5V für den Mikroprozessor 9 und eine Überwachungs- und Ansteuerschaltung 10 für die Brücke 11 des insgesamt mit 12 bezeichneten Hauptantriebs in Form eines Motors. Der Ausgang des Mikroprozessors 9 ist über Steuerelemente 13 an die Stellelemente (nicht gezeigt) 14 angeschlossen. Die Steuerelemente liegen an der Zwischenkreisspannung.FIG. 2 shows a detail of the control according to FIG. 1. 5 with the network connection is designated in the form of an AC voltage. This is connected to a rectifier circuit, denoted overall by 6, to the output of which a capacitor, denoted overall by 7, is connected. The so-called intermediate circuit voltage is present at this. A voltage of + 5V for the microprocessor 9 and a monitoring and control circuit 10 for the bridge 11 of the main drive, which is denoted overall by 12, in the form of a motor, is applied via a power supply unit designated by 8. The output of the microprocessor 9 is connected to the control elements (not shown) 14 via control elements 13. The controls are connected to the DC link voltage.
Der Mikroprozessor 9 nebst Beschaltung ist in Fig. 2 näher dargestellt .The microprocessor 9 together with the wiring is shown in more detail in FIG. 2.
Über einen Ohm' sehen Spannungsteiler R]_ und R2 an den insgesamt mit 15 bezeichneten Eingang des Mikroprozessor 9 angeschlossen. Der Eingang wird von einem Analogdigitalwandler 16 gebildet. Der Ausgang 17 des Mikroprozessors ist an die Steuerelemente 13 angeschlossen. Diese bilden einen elektronischen Ein- und Ausschalter, der die Zwischenkreisspannung bei einer vorgegebenen Frequenz in einem vorgebbaren Tastverhältnis (Pulsweitenmodulation) ansteuert. Diese durch den Mikroprozessor steuerbare Pulsweite wird in Abhängigkeit von dem gemessenen Wert der Zwischenkreisspannung so eingestellt, daß die Stellelemente die entsprechend geringere (gemäß dem Puls-Pausen-Verhältniε sich ergebende) Spannung sehen.
Via an ohm 'see voltage divider R] _ and R2 connected to the total designated 15 input of the microprocessor 9. The input is formed by an analog-digital converter 16. The output 17 of the microprocessor is connected to the control elements 13. These form an electronic on and off switch which controls the intermediate circuit voltage at a predetermined frequency in a predefined pulse duty factor (pulse width modulation). This pulse width, which can be controlled by the microprocessor, is set as a function of the measured value of the intermediate circuit voltage in such a way that the adjusting elements see the correspondingly lower voltage (resulting from the pulse-pause ratio).
Claims
1. Elektrische Steuerung für einen Nähantrieb mit einem Netzanschluß (5) für eine Wechselspannung, mit einer Gleichrichterschaltung (6), an der eine Zwischenkreisspannung anliegt, und mit einem von dieser versorgten Hauptantrieb (12) sowie an die Steuerung angeschlossene Stellelemente (14),1.Electric control for a sewing drive with a mains connection (5) for an AC voltage, with a rectifier circuit (6), to which an intermediate circuit voltage is applied, and with a main drive (12) supplied by the latter as well as control elements (14) connected to the control,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,characterized,
daß die Stellelemente über Steuerelemente (13) an den Mikroprozessor (9) an die Zwischenkreisspannung angeschlossen sind.that the control elements are connected via control elements (13) to the microprocessor (9) to the intermediate circuit voltage.
2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkreisspannung, gegebenenfalls über einen Ohm' sehen Spannungsteiler (Ry R2) an dem Mikroprozessor (9) anliegt.2. Control according to claim 1, characterized in that the intermediate circuit voltage, optionally via an ohm 'see voltage divider (Ry R2) is applied to the microprocessor (9).
3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (15) des Mikroprozessor (9) als Eingang eines A/D-Wandlers (16) ausgebildet ist.3. Control according to claim 1 or 2, characterized in that the input (15) of the microprocessor (9) is designed as an input of an A / D converter (16).
4. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (17) des Mikroprozessors (9) die Zwischenkreisspannung in einem gesteuerten Tastverhältnis ein- und ausschaltet.4. Control according to one of claims 1 to 3, characterized in that the output (17) of the Microprocessor (9) switches the intermediate circuit voltage on and off in a controlled duty cycle.
5. Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (17) des Mikroprozessors (9) pulsweitenmoduliert ist.5. Control according to claim 4, characterized in that the output (17) of the microprocessor (9) is pulse width modulated.
6. Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ausgang (17) des Mikroprozessor (9) die Steuerelemente (13) liegen.6. Control according to one of claims 1 to 5, characterized in that the control elements (13) are located at the output (17) of the microprocessor (9).
7. Steuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelemente als elektronischer Ein-Ausschalter ausgebildet sind. 7. Control according to claim 6, characterized in that the control elements are designed as an electronic on-off switch.
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