基于ＰＬＣ和單片機(jī)的轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王　強(qiáng)　劉　紅　肖　甘

隨著轉(zhuǎn)杯紡紗技術(shù)的飛速發(fā)展，紡織行業(yè)對(duì)紗線的品質(zhì)要求也越來越高，早期的基于繼電接觸器控制的轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)已經(jīng)不能滿足新的工藝要求。因此，國(guó)內(nèi)的轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)設(shè)備制造業(yè)正以性能更可靠、更穩(wěn)定的PLC紡紗控制系統(tǒng)逐步取代以繼電 – 接觸器為核心的紡紗控制系統(tǒng)。

1轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)的結(jié)構(gòu)及其對(duì)控制系統(tǒng)的要求

轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)的控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要求為：從控制效果上要求能調(diào)節(jié)左右轉(zhuǎn)杯、喂給和卷繞電機(jī)的速度，從而滿足不同紗線的工藝要求，提高轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)的可紡紗范圍；提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而提高成紗質(zhì)量；系統(tǒng)的制造成本不能太高，安裝、維修方便；盡可能地提高自動(dòng)化水平，滿足多功能化發(fā)展要求；盡量不改變?cè)到y(tǒng)的機(jī)械構(gòu)造、體積小、易于安裝。

從轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)的控制系統(tǒng)功能性設(shè)計(jì)上，要求能完成以下功能：

（1）根據(jù)操作順序啟動(dòng)與關(guān)閉轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)機(jī)床，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)開關(guān)機(jī)床。自動(dòng)啟動(dòng)順序?yàn)椋猴L(fēng)機(jī) → 左右分梳 → 喂給 → 卷繞 → 轉(zhuǎn)杯 → 左右排雜，關(guān)閉順序剛好相反；當(dāng)筒子紗滿時(shí)，開啟落筒電機(jī)進(jìn)行落筒。

（2）機(jī)床在正常工作時(shí)，通過清紗系統(tǒng)對(duì)紗疵進(jìn)行有效檢測(cè)。同時(shí)，顯示斷紗的具體位置和紗疵的分布情況，幫助工人實(shí)現(xiàn)接頭，協(xié)助工藝人員改變工藝以減少紗疵的發(fā)生。如果有條件，可以安裝自動(dòng)接頭裝置。

（3）通過對(duì)每個(gè)紗錠的紡紗時(shí)間和卷繞速度的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)定長(zhǎng)和計(jì)算臺(tái)產(chǎn)量等相關(guān)統(tǒng)計(jì)功能。

2轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的常見結(jié)構(gòu)有計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)、集散控制（DCS）系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)等。根據(jù)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和控制要求，在整機(jī)控制上選擇了集中監(jiān)控管理、分布控制的設(shè)計(jì)方案。在控制系統(tǒng)中選用了三菱的FX2N – 32MR – 001 PLC（主機(jī)）、GT1155 – QSBD – C 觸摸屏，配FX2N – 485 – BD通信板、FR – S540系列低頻變頻器和JP6C – Z9中頻變頻器。清紗單元使用以89S51為核心的單片機(jī)系統(tǒng)（從機(jī)）。整個(gè)系統(tǒng)的控制框圖如圖 1 所示。

從圖 1 看出，車頭箱內(nèi)使用 1 套PLC作為主機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)控管理，控制變頻器、風(fēng)機(jī)、左右分梳、左右排雜和落筒電機(jī)，進(jìn)行全機(jī)的開車和關(guān)車等動(dòng)作的控制。通過485接口與 3 個(gè)清紗單元（從機(jī)）組成一個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)，對(duì)中段部分的紡紗頭清紗信息進(jìn)行讀寫，監(jiān)測(cè)每個(gè)紡紗頭的工作情況，實(shí)現(xiàn)紡紗頭每一錠的紗疵檢測(cè)、切除和計(jì)長(zhǎng)等功能。通過485接口與觸摸屏通信，一方面制作可視化的操作界面，發(fā)送控制命令、設(shè)置工藝參數(shù)，另一方面將計(jì)算和檢測(cè)結(jié)果送到人機(jī)界面，顯示速度、紗疵情況、故障信息、監(jiān)控機(jī)器狀態(tài)等。

3轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1主機(jī)PLC程序設(shè)計(jì)

目前觸摸屏編制軟件很多，本系統(tǒng)使用“組態(tài)王”軟件在PC機(jī)上進(jìn)行編制，編制完成下載到觸摸屏內(nèi)存。在程序運(yùn)行過程中，所有控制命令都通過觸摸屏發(fā)出。主機(jī)程序流程如圖 2。

啟動(dòng)時(shí)，通過觸摸屏元件對(duì)主機(jī)發(fā)送控制命令，主機(jī)判定是自動(dòng)啟動(dòng)還是手動(dòng)啟動(dòng)方式，如果是自動(dòng)啟動(dòng)，則執(zhí)行PLC啟動(dòng)程序，依次啟動(dòng)風(fēng)機(jī)、左右分梳、喂給、卷繞機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)杯和左右排雜；如果是手動(dòng)啟動(dòng)，主機(jī)向從機(jī)寫入清紗參數(shù)，然后主機(jī)打開中斷，轉(zhuǎn)入等待接收從機(jī)送入的紗疵信息，并對(duì)數(shù)據(jù)作出處理。關(guān)機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)入關(guān)機(jī)子程序，關(guān)機(jī)順序與啟動(dòng)順序相反。

3.2從機(jī)單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)從機(jī)核心為Intel 89SC51單片機(jī)，利用MAX485芯片和主機(jī)通信，每個(gè)從機(jī)控制 30 個(gè)清紗檢查頭，采取主從應(yīng)答方式與主機(jī)進(jìn)行通信，接受主機(jī)發(fā)出的各種命令和參數(shù)，同時(shí)以掃描方式檢測(cè)清紗頭的清紗數(shù)據(jù)，以中斷方式回傳給主機(jī)進(jìn)行計(jì)算和統(tǒng)計(jì)顯示。從機(jī)單片機(jī)工作流程如圖 3。

3.3系統(tǒng)通信部分設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)通信程序主要涉及PLC和單片機(jī)的通信初始化設(shè)置以及接收和發(fā)送程序。本文僅對(duì)PLC和單片機(jī)的通信初始化設(shè)置進(jìn)行說明。

PLC初始化設(shè)置如下：

LD M8002；

MOV H0C69D8120 //波特率 2 400 bps，8 個(gè)數(shù)據(jù)位，無起始位、終止符和校驗(yàn)位，2 位停止位，無通訊協(xié)議；

RS D10K10D50K10 //發(fā)送數(shù)據(jù)在D10開始的連續(xù) 10 個(gè)寄存器；接收數(shù)據(jù)在D50開始的連續(xù) 10 個(gè)寄存器；

EI // 允許中斷；

SETM8122 // 啟動(dòng)發(fā)送。

系統(tǒng)選用單片機(jī)晶振為 6 MHz，串口工作在方式 1，定時(shí)器T1工作在方式 2，定時(shí) 1 min請(qǐng)求中斷，進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。單片機(jī)初始化設(shè)置如下：

MOV TMOD，20H //T1工作方式 2；

MOV TH1，0F3H //設(shè)置定時(shí)器T1初值，程序中軟件循環(huán)定時(shí) 1 min；

MOV TL1，0F3H；

MOV SCON，50H //串口工作在方式 1；

MOV PCON，80H //波特率 2 400bps；

SETB TR1 //啟動(dòng)T1；

SETB EA //中斷允許；

SETB ET1 //T1中斷允許；

SETB ES //串口中斷允許。

4結(jié)語

本系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前紡織企業(yè)普遍使用的轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，能滿足目前紡織企業(yè)設(shè)備改造的需要。整個(gè)改造系統(tǒng)的成本低，基本沒改變?cè)到y(tǒng)的機(jī)械構(gòu)造，改造后的控制系統(tǒng)體積小、控制精度高，易于實(shí)現(xiàn)隨機(jī)安裝。

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