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.
Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn
Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí
18
+ 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 bò và tăng hiệu suất sử dụng thiết bò 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 bò 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:
Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn
Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí
19
- Bước 1: Đóa mềm chứa File hoa văn mẫu vải 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 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.
- Đònh lại kích thước, màu và tạo lưới.

Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn
Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí
20
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 đònh 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 Só);
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:
Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn
Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí
21

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

Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn
Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí
22
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
Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn
Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí
23
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, thò 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
lïng 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.
Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn
Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí
24

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.
Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn
Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí
25

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.
Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn
Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí
26
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:


Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn
Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí
27


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
CAD/CAM, MÁY
QUÉT
VÀ MÁY TÍNH
Hệ thống điều
khiển số
Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn
Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí
28
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ CẤU HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ
2.1. GIẢI PHÁP THAY THẾ BÌA ĐỤC LỖ :
Nhiệm vụ của chương này là tìm cách số hóa việc điều khiển các móc nâng của

máy dệt hiện có thông qua việc thay thế bìa đục lỗ bằng một cơ cấu chấp hành khác. Để
làm được điều này có thể sử dụng cơ cấu chấp hành là solenoid, biến năng lượng điện
thành năng lượng cơ.
Như đã nói ở trên, trong máy dệt Jacquard cơ khí thì bìa đục lỗ giữ vai trò mã hóa
hoa văn cần dệt. Đây là bộ phận mà ta cần phải thay thế nó. Ở vò trí mà bìa không có lỗ
thì kim dệt (ti dệt ) bò chặn lại, và trong thiết kế cải tiến này kim dệt là lõi của solenoid
nó sẽ được đẩy ra . vò trí bìa có lỗ đục thì kim dệt đi qua được, và trong thiết kế cải tiến
này thì tương đương với việc là lõi solenoid nằm yên (solenoid mất điện ).
Có thể mô tả hoạt động của các solenoid như sau:
- Khi solenoid chưa được cấp điện thì ti dệt (lõi) của solenoid vẫn giữ nguyên
trạng thái ban đầu, tương đương với vò trí bìa được đục lỗ.
- Khi solenoid được cấp điện thì lực từ trường do cuộn dây tạo ra sẽ đẩy ti dệt của
solenoid ra , tương đương với vò trí mà bìa không có đục lỗ.
Hình 2.1: Solenoid
Như vậy để sốû hóa đầu dệt Jacquard cơ khí thì cần bỏ bìa đục lỗ và chuyển động
quay không cần thiết của lăng trụ, giữ lại chuyển động của dao nâng. Lúc bấy giờ các
solenoid sẽ thay thế vai trò của 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.
Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn
Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí
29
- 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 đóa 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”.

Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn

Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí
30

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 thò 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 đòa chỉ.
 150 bộ đệm dữ liệu 74LS244.
 150 IC chốt dữ liệu 74LS574.

Phần này thực hiện bởi 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
31




















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

Luận văn Thạc Só Kỹ Thuật Học viên : Nguyễn Minh Mẫn
Trường ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. Hồ Chí Minh – Khoa Cơ Khí
32
dệt đi ra. Khi cuộn dây mất nguồn thì lò xo sẽ đưa ti về vò trí ban đầu. Khi cuộn dây
không được cấp điện thì ti dệt vẫn nằm ở vò 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 bò 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 bò hút xuống. Khi ta sử dụng DC solenoid thì hiệu điện thế giữa các đầu cuộn
dây cần phải ổn đònh. 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 đònh, 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 nghóa là khoảng
15 000 chu kỳ trong một giờ mà không bò 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