DE19620533A1 - Electrical control for a sewing drive - Google Patents

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

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, controls a part of the electronic control Controls, such as thread trimmer, presser foot, etc., while the other part has the main drive in the form of a Motors drives. This is used in the sewing industry Asynchronous motor with an electromechanical Clutch / brake system, DC motors and Servomotors used. These drives can be predefined Drive speeds and at predefinable angles position.

Bei der Asynchronmaschine erfolgt die Versorgung des Kupplungs-/Bremssystems vorzugsweise mit einer Kleinspannung von unter 50 V, meistens 24 V Gleichspannung. Kupplungs- oder Bremsspulen werden aus dieser Spannungsquelle getaktet angesteuert. Damit wird die gewünschte Drehzahl des Antriebs eingestellt.The asynchronous machine is supplied with the Clutch / brake system preferably with one Low voltage of less than 50 V, mostly 24 V DC voltage. Clutch or brake coils are out controlled this voltage source clocked. So that will the desired speed of the drive is set.

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 supply of the servomotors (DC motor or brushless DC motor) takes place in this  Performance class directly from the network. The mains voltage is rectified and with a sufficiently large capacity buffered. The voltage across the capacitor forms the so-called intermediate circuit voltage, which then over the electronic assemblies and components the engine operates. Because the motor is operated directly at the mains potential will come for this part of the controller Regulations and guidelines for network operation for Application.

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.The adjusting elements are usually used in sewing technology only with a low voltage of <50 V controlled. The reason is that not everyone Control panels and other resources for network potential can be interpreted and the protection of the Operator before an electric shock must be guaranteed. But since the control is part of it Contains network potential for controlling the main drive, the parts with low voltage potential of the Network potential in the control itself from each other safely be separated (safety separation). This means that in addition to maintaining minimum distances between the Lines of the voltage circuits also a potential separation for certain input and output signals either via Optocouplers or transformers between the two Voltage circuits must take place.

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 Netzspannungsseite 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 Bremsbetrieb 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. Statt dessen wird beim Erreichen einer vorgegebenen Spannung ein Widerstand zugeschaltet, der die weitere Bremsenergie in Wärme umwandelt.The use of several voltage circuits means that this also requires several voltage sources. To the Example is used to supply the control elements 24 V voltage source for a short-term (several hundred ms) current of 10 A is used. The electronic Circuits require a 5 V, approximately 1 A power supply and the electronic components for controlling the Main drives on the mains voltage side need one  additional power supply with a voltage between 5 and 15 V. and a current of 1 A. In sewing technology, the Actuators generally voltage controlled. To one to ensure proper functioning of these elements, the voltage must be relatively constant. Therefore one can the intermediate voltage to supply the control elements do not use directly. The DC link voltage is on the one hand from the level of the mains voltage, on the other hand from Operating state of the engine dependent. Works in braking mode the motor acts as a generator and feeds electrical energy in the intermediate circuit back so that its voltage increases. Feeding the braking energy back into the network is not possible of sewing technology for reasons of economy. Instead, when a predetermined one is reached Voltage switched on a resistor that the further Converting braking energy into heat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Steuerung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches so weiterzubilden, daß nur eine einzige Spannungsquelle zur Steuerung sowohl des Hauptantriebs als auch der Stellelemente notwendig ist.The invention has for its object a electronic control according to the preamble of Main claim so that only one Power source to control both the main drive and the control elements is also 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 task is carried out in a generic control according to the preamble of the main claim according to the invention solved by its characteristic features. Appropriate Refinements and developments are in the Subclaims marked.

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 ins 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 reduced to one Reference potential are referenced and also the above mentioned signal transmitter are omitted. One can with advantage all modules from the same voltage source, namely the DC link voltage, which also the electronic components, including the  Microprocessor supplied. The control elements, such as magnets, Valves etc. can therefore also be accessed via the Supply the DC link voltage with PWM technology. 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 for the DC link voltage designed so that the current in inverse ratio to the voltage increase in comparison for 24 V supply is reduced. Taking into account continue to appear those in this circle Operating conditions, the voltage fluctuates in proportion 1: 2. To the voltage for the control elements too stabilize, the DC link voltage will be short Distances, namely some ins through an A / D converter measured. The microprocessor can then be used for a predetermined frequency a pulse-pause duty cycle so determine that the control elements have a constant on average See tension even though it comes from the DC link can be controlled. The maximum tension for that Control elements that you gain from the DC link can corresponds to the minimum value of DC link voltage at the lowest Input voltage and maximum motor load occurs. The control elements for this voltage should preferably be used be designed so that the control elements with smaller Currents can be used.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:An embodiment of the invention is as follows explained in more detail with reference to the drawing. In this shows:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Steuerung; und Fig. 1 is a block diagram of the controller according to the invention; and

Fig. 2 eine Einzelheit der Steuerung gemäß Fig. 1. FIG. 2 shows a detail of the control according to FIG. 1.

Mit 5 ist der Netzanschluß 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 Stelleleinente (nicht gezeigt) 14 angeschlossen. Die Steuerelemente liegen an der Zwischenkreisspannung. 5 with the mains connection in the form of an alternating 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 DC link voltage is applied to 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 element (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′schen Spannungsteiler R₁ 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 Steuereleinente 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-Verhältnis sich ergebende) Spannung sehen.Via an ohmic voltage divider R₁ 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 (7)

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 Stelleleinente (14), dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleleinente über Steuerelemente (13) an den Mikroprozessor (9) an die Zwischenkreisspannung angeschlossen sind.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, characterized in 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′schen Spannungsteiler (R₁, R₂) an dem Mikroprozessor (9) anliegt.2. Control according to claim 1, characterized in that the intermediate circuit voltage, optionally via an ohmic voltage divider (R₁, 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 characterized in that the controls as electronic On-off switches are formed.