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

Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí 8 MỤC LỤC Lời cảm ơn Tóm tắt luận văn thạc só 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 Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí 9 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 lòch 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 Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí 10 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 trò xuất khẩu hàng dệt may tăng khoảng 20- 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 thò trường Quốc tế, kể cả những thò trường khó tính nhất như Nhật Bản, EU và Canada. 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 bò 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. Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí 11 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 thò 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 bò 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 bò 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 bò dệt trong nước. Luận văn này giới hạn trong lónh 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 nghóa 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 thò 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 Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí 12 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 Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí 13 1.3. CÁC GIẢI PHÁP VỀ DỆT JACQUARD. Cho đến nay máy dệt Jacquard đã trải qua ba thế hệ ( hình 1.3): - Thế hệ thứ nhất: Hình thành và phát triển máy dệt Jacquard cơ khí (còn gọi là máy dệt Jacquard thế hệ thứ nhất). - Thế hệ thứ hai: Máy dệt Jacquard cơ khí được hiện đại hóa bằng cách đưa vào 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). - Thế hệ thứ ba: Phát triển các máy dệt Jacquard điện tử (còn gọi là máy dệt 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 Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí 14 HỆ THỐNG CAD/CAM Mẫu hoa văn Vẽ bằng tay Thiết kế trên máy tính Máy Scan Máy tính Máy in Máy đọc bìa đục lỗ Máy đục bìa (điều khiển bằng tay) Bìa được xâu thành chuỗi Máy đục bìa (tự động) Hình 1.3 Công nghệ dệt tương ứng với các thế hệ máy Jacquard. Máy dệt Jacquard cơ khí (Thế hệ thứ nhất) Máy dệt Jacquard cơ khí được hiện đại hóa (Thế hệ thứ hai) Máy tính Thiết kế bìa (thủ công) Máy dệt Jacquard điện tử (Thế hệ thứ ba) Đóa mềm Mạng máy tính Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí 15 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 bò 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 vò trí trên bìa đục lỗ sẽ tương ứng với 1 kim dệt. Mỗi kim dệt sẽ mang móc dệt. Tại vò 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 vò trí bìa không bò đục lỗ thì kim dệt không xỏ qua được, nó bò chặn lại và kết quả là móc dệt không được dao nâng lên. Đây là đối tượng cần nâng cấp của luận văn. Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí 16 Hình 1.5a : Sơ đồ nguyên lý máy dệt Jacquard cơ khí Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí 17 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 bò 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. [...]... 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. .. 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. .. BỘ PHẦN MỀM CAD/CAM, MÁY QUÉT VÀ MÁY TÍNH BỘ TÁC ĐỘNG MÁY DỆT JACQUARD CƠ KHÍ 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 Trường ĐH SƯ PHẠM... 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. .. hiệu số điều khiển - Bước 3 : Thông qua mạch điều khiển số mới, tín hiệu điều khiển trên được 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. .. bìa đục lỗ 2.2 CẤU HÌNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ: Sơ đồ khối của hệ thống máy dệt Jacquard cơ khí được hiện đại hóa được thể hiện trên hình 1.15 Hệ thống này bao gồm các thành phần: - Bộ phần mềm CAD/CAM - Máy tính điều khiển - Phần mềm điều khiển Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí 28 Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn - Bộ điều khiển trung tâm - Bộ khuếch đại... 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. .. 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... cần dệt được đưa vào máy tính - Bước 2: Sau đó nhờ các phần mềm JACAD, JDESIGN … dữ liệu mẫu hoa văn này sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu số điều khiển - Bước 3: Thông qua mạch điều khiển số, tín hiệu điều khiển trên được truyền đến 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. .. 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 nghóa là tạo ra kiểu dệt - Bước 1 : Đóa mềm chứa file hoa văn mẫu vải cần dệt được đưa vào máy tính - Bước 2 : Sau đó nhờ . 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. 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. Thế hệ thứ hai: Máy dệt Jacquard cơ khí được hiện đại hóa bằng cách đưa vào 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