基于PLC技術(shù)的自動(dòng)縫制單元設(shè)計(jì)

任 緯，劉必標(biāo)，楊奕昕

（中國(guó)兵器工業(yè)第五八研究所 數(shù)控產(chǎn)品事業(yè)部，四川 綿陽 621000）

隨著國(guó)內(nèi)服裝行業(yè)的不斷發(fā)展，服裝產(chǎn)品對(duì)縫制設(shè)備的縫制質(zhì)量和特種加工要求也越來越高，對(duì)自動(dòng)化程度高的自動(dòng)縫制單元需求也越來越多。目前，縫制設(shè)備正朝著技術(shù)集成化、設(shè)備專業(yè)化的方向發(fā)展。

本文以自動(dòng)縫制單元中貼袋機(jī)為例，傳統(tǒng)的貼口袋作業(yè)采用電腦雙針機(jī)，不但產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證而且人員配置多，生產(chǎn)效率較低，而自動(dòng)貼袋機(jī)可實(shí)現(xiàn)各種口袋以及服裝加工中其他不規(guī)則形狀的高速穩(wěn)定、高精度的縫制，及折邊送料、縫制和疊料動(dòng)作可以一次完成，工作效率是傳統(tǒng)貼袋作業(yè)的6倍以上。為此，在總結(jié)已研制的自動(dòng)貼袋機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了自動(dòng)完成特殊縫制過程的解決方案。

1 特殊縫制過程解決方案

在貼袋機(jī)系統(tǒng)中電控系統(tǒng)[1]基本上可分為以下5個(gè)部分:

1）控制中心：采用DSP[2]+FPGA+PLC的結(jié)構(gòu)如圖1，軟件平臺(tái)為WIN-CE實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，DSP+FPGA運(yùn)動(dòng)控制卡和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成電控系統(tǒng)的下位機(jī)[3]，下位機(jī)和PLC之間通過I/O通信實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，PLC I/O口中I1.2-I1.5用于系統(tǒng)到PLC的信號(hào)，Q0.6-Q1.1用于PLC到系統(tǒng)的信號(hào)。其中貼袋、花樣的縫制由下位機(jī)完成，而折料、送料、疊料輔助動(dòng)作由PLC模塊完成。

2）觸摸屏單元：上位機(jī)采用TFT液晶顯示+觸摸屏操作人機(jī)界面+ARM工業(yè)控制計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)[4]，操作時(shí)只需觸摸顯示的形象化圖形符號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)編輯、自動(dòng)縫制、參數(shù)設(shè)置等各種功能，以方便不同用戶的實(shí)際需要。

3）縫制機(jī)頭電機(jī)控制：X、Y軸送布電機(jī)，C軸送料電機(jī)均采用伺服電機(jī)，交流伺服電機(jī)具有控制精度高、過載能力高以及良好的轉(zhuǎn)矩、頻率特性和速動(dòng)性等特點(diǎn)。

縫紉機(jī)的主軸要求具有很高的轉(zhuǎn)速來滿足高速縫紉，同時(shí)又要求具有較大的瞬間過載能力，保證機(jī)針的穿透力量，能輕易將厚料打穿，采用交流伺服電機(jī)完全能滿足上述要求。由于交流伺服電機(jī)的體積和重量都較小，可用直連方式連接縫紉機(jī)主軸，提高了電機(jī)的執(zhí)行效率，減小了整機(jī)噪音，便于安裝和調(diào)試。

4）信號(hào)檢測(cè)（輸入）：?jiǎn)?dòng)、暫停、復(fù)位等開關(guān)信號(hào)，以及貼袋機(jī)各種到位檢測(cè)器，檢測(cè)各個(gè)動(dòng)作完成情況。

5）執(zhí)行機(jī)構(gòu)（輸出）：該系統(tǒng)中采用PLC控制各種氣閥、電磁鐵執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成壓料、疊料、翻料等輔助動(dòng)作。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 The system structure

該設(shè)計(jì)中采用控制中心+觸摸屏單元這種雙CPU方式，主從CPU之間采用RS232通信交換數(shù)據(jù)和信息。該硬件平臺(tái)應(yīng)滿足縫紉機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制要求，I/O信號(hào)處理，以及一定的功能擴(kuò)展等。

為保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和提高抗干擾能力，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器脈沖、方向控制信號(hào)差分輸出，以及其它I/O控制信號(hào)經(jīng)光隔輸入/輸出。開關(guān)信號(hào)光隔輸出，經(jīng)功率管驅(qū)動(dòng)放大后控制電磁鐵、電磁閥等電子器件，實(shí)現(xiàn)壓板壓下/抬起、壓腳壓下/抬起、自動(dòng)剪線、撥線、松線等輔助控制功能。啟動(dòng)、壓板、暫停、斷線檢測(cè)、零位信號(hào)等輸入開關(guān)信號(hào)也通過光電隔離進(jìn)入系統(tǒng)。

PLC控制采用西門子公司的S7-200PLC系列的CPU224中央處理單元，該中央處理單元集成14DI/10DO共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)拓展模塊，最大拓展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)（CPU224的輸入輸出接口如圖2所示），并增加了2個(gè)拓展輸出模塊EM222 24VDC 8數(shù)字輸出，該系統(tǒng)中共14個(gè)輸入，26個(gè)輸出，輸入包括檢測(cè)開關(guān)、啟動(dòng)開關(guān)、復(fù)位、驅(qū)動(dòng)輸入、電控系統(tǒng)通訊等，輸出包括C軸驅(qū)動(dòng)的輸入、氣閥控制、電磁鐵控制、電控系統(tǒng)通訊等功能[5]。

圖2 貼袋機(jī)基本工藝流程Fig.2 The basic process of patch pocketmachine

自動(dòng)貼袋機(jī)縫制單元的基本工藝流程如圖2所示，從圖中可以看出這個(gè)流程中除自動(dòng)縫制過程由電控系統(tǒng)進(jìn)行控制，其余動(dòng)作由PLC完成，在PLC控制的輔助動(dòng)作中折料、疊料均由氣閥控制，壓料由電磁鐵控制，而送料部分由C軸電機(jī)完成。

2 送料過程PTO控制

在C軸送料過程中，送料的速度、位置控制由內(nèi)置S7-200PLC的PTO使用一個(gè)脈沖串輸出用于C軸電機(jī)的速度和位置控制。在STEP7V4.0軟件中可通過位控向?qū)茏詣?dòng)處理PTO脈沖的單段管線和多段管線、脈寬調(diào)制、SM位置配置和創(chuàng)建包絡(luò)表等工作，圖3為通過位控向?qū)?chuàng)建的C軸電機(jī)送料包絡(luò)表以及PTO控制的梯形圖，通過PTO控制方式克服了以前送料使用氣閥時(shí)產(chǎn)生的送料速度和位置不可控制的問題。

圖3 PTO包絡(luò)表和C軸電機(jī)PTO控制Fig.3 Envelope table of PTO and PTO control of C axismotor

3 PLC時(shí)序控制

PLC I/O信號(hào)的電路和PLC時(shí)序控制的設(shè)置是實(shí)現(xiàn)PLC功能的關(guān)鍵。這里以貼袋機(jī)疊料過程為例，過程的時(shí)序動(dòng)作如圖4所示。

圖4 疊料過程工藝流程Fig.4 Fold thematerial process technological process

由疊料過程工藝流程可得到如圖5疊料過程的時(shí)序梯形圖[6]。由梯形圖可見，通過PLC時(shí)序控制可實(shí)現(xiàn)貼袋機(jī)中自動(dòng)送料、自動(dòng)折料、自動(dòng)疊料翻料等自動(dòng)縫制外特殊過程。

圖5 疊料過程的時(shí)序梯形圖Fig.5 The sequential ladder diagram of fold thematerial process

通過梯形圖可畫出疊料過程的時(shí)序圖（圖6），該圖可清晰的看出疊料過程中每個(gè)信號(hào)的變化和動(dòng)作時(shí)序，圖中疊料架左移、壓料桿壓下、翻料桿翻料動(dòng)作均由電控系統(tǒng)下位機(jī)通過I/O給PLC輸入信號(hào)，從而PLC進(jìn)行動(dòng)作，其他動(dòng)作由到位檢測(cè)器檢測(cè)到位情況再給PLC輸入信號(hào)。在該過程中疊料架左/右、翻料桿翻轉(zhuǎn)/回位、壓料桿壓下/抬起均為氣閥進(jìn)行動(dòng)作。

圖6 疊料過程時(shí)序圖Fig.6 Timing diagrams of fold thematerial process

4 結(jié)束語

自動(dòng)縫制控制系統(tǒng)是隨著工業(yè)縫紉機(jī)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，對(duì)工業(yè)縫紉機(jī)的性能不斷提出新的要求，如要求工業(yè)縫紉機(jī)具有自動(dòng)送料、自動(dòng)織邊、自動(dòng)定位、自動(dòng)縫制、自動(dòng)取料等連續(xù)協(xié)調(diào)的自動(dòng)化工作過程，而產(chǎn)生的產(chǎn)品，它為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提供優(yōu)良的縫制機(jī)械設(shè)備的產(chǎn)品。上述縫制過程控制系統(tǒng)的解決方案，滿足縫紉產(chǎn)品智能化、設(shè)備專業(yè)化的要求，解決貼袋機(jī)縫制外的其他動(dòng)作，已在國(guó)內(nèi)多家縫紉設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)得到應(yīng)用，為這些企業(yè)提供了貼袋縫制的技術(shù)支持。

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