[摘要]在國產(chǎn)高速自動絡(luò)筒機控制中首次采用PLC的邏輯控制和特殊模塊高級語言的大量數(shù)據(jù)運算功能結(jié)合，成功地實現(xiàn)各種絡(luò)繞控制。 前言: 近年來，紡織機械的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于紡織業(yè)的要求，1994年我國國外紡機進(jìn)口26.2億美元，而國產(chǎn)紡機在國內(nèi)市場的占有率只占四分之一。國內(nèi)的紡機廠需要在引進(jìn)技術(shù)并達(dá)到進(jìn)口機型質(zhì)量水平的基礎(chǔ)上，逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化以替代進(jìn)口。"八五"引進(jìn)技術(shù)重中之重的自動絡(luò)筒機就是一例。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu): 95年下半年我們在分析國外高速自動絡(luò)筒機的基礎(chǔ)上，成功開發(fā)了一種先進(jìn)的自動高速絡(luò)筒機，實現(xiàn)了進(jìn)口設(shè)備的全部功能，使原來功能單一的絡(luò)筒機具有了多種絡(luò)繞方式以適應(yīng)不同的原料品種，并且首次在紡機的PLC控制中采用了協(xié)處理器型（Co-processer）BASIC語言系統(tǒng)和模塊。本文著重介紹ASCII-BASIC模塊及其語言在PLC中的應(yīng)用。 在PLC控制中選用KOYO S 系列中性能價格比較高的中型PLC SU-6B，其性能能夠滿促控制功能，并且可以由ASCII-BASIC模塊進(jìn)行復(fù)雜的運算，提高速度和降低成本。 SU-6B CPU模塊內(nèi)包含一個RS-232/422通訊借口，在該系統(tǒng)重可以用來連接觸摸操作的可編程操作顯示器GV-50，在這個操作顯示器上設(shè)定/顯示所有的工作數(shù)據(jù)，運行情報和給PLC輔助運行指令，由于這個操作顯示器的使用，所有的人機接口的操作非常直觀和方便。 DM是專用數(shù)據(jù)通訊接口模塊，用于整個工廠或車間，中控室的聯(lián)網(wǎng)運行。在這個網(wǎng)絡(luò)上，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的站數(shù)決定是否采用管理PLC。站數(shù)較多時為了減輕一位計算機的負(fù)擔(dān)采用專門的PLC對下級各種采集數(shù)據(jù)；站數(shù)較少時直接由上位計算機采集也可以。 ABM是SU-6B CPU 上使用的 ASCII/BASIC 協(xié)處理器（Co-processer）模塊，在ABM模塊內(nèi)通過BASIC程序進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)運算，與PLC內(nèi)的運算相比，不僅編程簡單，速度快，更重要的是可以完成SU-6B PLC 不能而必須的運算，例如浮點數(shù)據(jù)運算，三角函數(shù)，字符串處理等。模塊通訊口可以外接通訊型顯示器，計算機，打印機等。 HSC #1高速計數(shù)模塊用于對錠子電機采樣計數(shù)測量轉(zhuǎn)速。 HSC #2 高速計數(shù)模塊主要用于對成型電機反饋脈沖計數(shù)控制成型運動，另外利用模塊的自動搜尋原點功能可以精確的使機械回原點，手動功能可以控制機械手動調(diào)整。 D/A用于控制成型電機和錠子電機的轉(zhuǎn)速輸出。 A/D用于激光處理器測量動態(tài)致敬，但通常它只在自動的絡(luò)繞方式下起作用，用來測試運行，由此可以得到絡(luò)繞的密度作為數(shù)據(jù)設(shè)定的依據(jù)。 ASII-BASIC 模塊及語言: ABM模塊通過BASIC語言程序，可以訪問PLC地I/O點，中間繼電器等位功能存儲器，以及數(shù)據(jù)寄存器。位功能存儲器的狀態(tài)和數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容也可以被ABM控制。 SU-6B CPU地ABM模塊可以安裝在任意位置，并且不占I/O點。（SR系列的ABM模塊略有不同。） PLC系統(tǒng)上電時，ABM模塊可以根據(jù)設(shè)定進(jìn)入RUN或COMMAND 方式，在RUN方式下執(zhí)行BASIC程序的內(nèi)容，在COMMAND 方式下執(zhí)行鍵盤鍵入的命令。ABM的運行于PLC CPU 的運行沒有關(guān)系。 RUN方式下的ABM BASIC語言和語法與通常BASIC相似，特別是QBASIC，ABM程序可以幾乎經(jīng)過修改在QBASIC系統(tǒng)下運行，只不過ABM程序中對PLC功能存儲器的訪問在QBASIC中會被當(dāng)作數(shù)組來操作，例如：SU6-R(1400)，SU6-M(1000)在ABM程序中訪問數(shù)據(jù)寄存器R1400和中間繼電器M1000而同樣程序在QBASIC中會被當(dāng)作大的數(shù)組。 COMMAND的方式下的命令包括程序的傳送，參數(shù)地設(shè)定，打印程序等菜單操作，以及直接命令的鍵入，例如刪除、保存、列表程序，選擇程序，運行程序，運行方式改變等。 運轉(zhuǎn)方式的計算過程: 目前在該絡(luò)筒機中可以實現(xiàn)以上的絡(luò)繞方式，所有的參數(shù)都通過觸摸屏操作，可以設(shè)定任意的工藝參數(shù)，絡(luò)繞參數(shù)和線束卷繞的時間、類型和位置。 對以上任一種卷繞方式、主要是對成型和錠子兩個電機的控制，即成形電機：控制成形往復(fù)運動，使線束在上側(cè)-下側(cè)返回點之間運動，同時控制運動速度。 錠子電機：控制錠子恒線或恒錠速的運行，及錠子的運行方向。 在恒線速度設(shè)定方式下為了實現(xiàn)張力恒定和成型形狀的控制，隨著絡(luò)繞直徑的增大，錠子電機的轉(zhuǎn)速非線性的減少，成型電機來回移動的行程非性線的減少，即錠子電機轉(zhuǎn)速和成型電機移動量與錠子直徑%D的動態(tài)關(guān)系。在以前的絡(luò)筒機的控制中通常采用硬件控制的方法來控制成型電機的移動量，例如由一個專用的小電機來勻速（或非勻速）的減小成型電機的移動量，在行程兩端靠接近開關(guān)控制成型電機的換向，而錠子電機的轉(zhuǎn)速由PLC控制。這樣做使調(diào)整參數(shù)不靈活，而且絡(luò)繞方式的改變也不方便。 在上面實現(xiàn)的絡(luò)繞方式中，以反絡(luò)式和平行式絡(luò)繞控制時要求恒線速的控制，并且取消小電及和行程兩端的接近開關(guān)，只有機械極限限位開關(guān)，因此對成型電機和錠子電機的控制全部由PLC來完成。對其它要求恒錠速控制的方式重，對成型電機的控制也是一樣，因此在PLC內(nèi)解決絡(luò)繞動態(tài)直徑%D的計算成了關(guān)鍵。 這里以反絡(luò)式和特種卷繞方式說明 反絡(luò)式： 反絡(luò)式通常設(shè)定以下參數(shù)，如下： 以上三個公式中，D是絡(luò)畢最大直徑，A為絡(luò)畢橫梁寬度，可以求出D和A。 D是關(guān)鍵，由它知道絡(luò)畢時的直徑后，才能確定運動中直徑變化，從而控制錠子卷繞的恒線速度，A可以用來檢驗參數(shù)設(shè)定的正確性，當(dāng)絡(luò)畢A角小時，PLC和ABM都會來不及運算。 但是，在PLC內(nèi)靠梯形圖程序來解決這樣一個方程，是非常困難的，只能由協(xié)處理起來完成。ABM內(nèi)可以通過與通常BASIC差不多的語句和語法編程，并且可以實現(xiàn)浮點數(shù)據(jù)運算。經(jīng)過試驗，在486的個人計算機上，解這樣一個方程需要5秒左右，在以8031為處理器的ABM模塊中，解出同樣的方程約需40-50秒左右，但是畢竟比PLC內(nèi)靠梯形圖程序來解這樣一個方程要方便多了。更重要的是它還可以進(jìn)行SU-6B CPU不能進(jìn)行的三角函數(shù)的運算功能，而不需要近似或查表的方法來進(jìn)行。 在ABM模塊內(nèi)采用逐次逼近的方法求出最大直徑，精確到0.1mm,BASIC程序如下: 5300 REM Paramaters: d,T,RAD,Vy,Vt,W,p,Den 5301 REM Return :D 5310 V=W/P: TMP=TAN(RAD) 5315 DMAX=d+T*TMP: PRINT1 "M=Dmax=",DMAX 5320 D=d: DBAK=D: LIMIT=20 5321 GOSUB 5360 5322 IF (V2<0) OR (A<=0) OR (D>=DMAX) THEN GOTO 5355 5323 IF AV THEN GOTO 5340 5335 DBAK=D: D=D+1: GKTO 5321 5340 D=DBAK 5341 GOSUB 5360 5342 IF (V2<0) OR (A<=0) OR (D>=DMAX) THEN GOTO 5355 5343 IF AV THEN GOTO 5350 5346 DBAK=D: D=D+0 1: GOTO 5341 5350 D=DBAK: REM Add program here if you want more significant number 5351 PRINT1"D=", D:RETURN 5355 PRINT1"D cannot catch.":錯誤處理:RETURN 5357 PRINT1 "Last A<",LIMIT:錯誤處理:RETURN 5360 TEM Calc V 5361 A=T-(D-d)/TMP 5362 V1=(D**3-d**3)/TMP+3*(D**2)*A-3*(d**2)*T 5363 V2=PI*V1/1200 5364 PRINT1 "D=",D,"A=",A,"V2=",V2 5365 RETURN 線速在上下側(cè)返回點之間的往復(fù)運動，根據(jù)行程和升降速度的不同，大約在2-5秒內(nèi)變換一次方向，也就是說對成形電機的上下側(cè)返回點的計算，對錠子動態(tài)直徑和錠子電機的速度計算（恒線速度則電機轉(zhuǎn)速與運動直徑有關(guān)）需要在2-5秒內(nèi)完成一次。PLC僅控制電機的轉(zhuǎn)向和D/A轉(zhuǎn)速輸出控制，以及其它常規(guī)開關(guān)量，掃描時間為30ms左右也來得及的。 ①②③式和前面的BASIC程序也是適應(yīng)于運動動態(tài)過程的。如果根據(jù)%W=Vy*T-RUN*p.（T-RUN為運行計時），再根據(jù)①②③式和上面的程序關(guān)系，而由ABM進(jìn)行的動態(tài)直徑的計算，%D=f(W,p,Rad,D,d,T,Vy…)，再計算出所需的轉(zhuǎn)速和成形電機新的行程，根據(jù)上面的計算試驗，在2-5秒內(nèi)顯示是來不及完成的，因此，對動態(tài)直徑的計算只能采取近似的方程，假定成形電機每次換向后，行程是按同樣的比例減小的，最為簡單。 于是: 這是簡單的計算方法，其結(jié)果式絡(luò)繞出來的形狀是所要求的直線成了圖四所示的弧線，不僅外觀不漂亮而且影響下道工序倍捻。因此需要對公式計算的結(jié)果進(jìn)行修正，有兩種方法：1． 直接修正Xtn 前面的公式中△Xt是一次計算的結(jié)果，%A是按換向次數(shù)成比例的減小。 如果修正Xtn，且與n有關(guān)，不是按比例減小，而是n越大，△Xt越小，則可以修正直線。 公式略。 2． 直接修正%A（間接修正Xtn） 按1.修正方法修正的公式比較復(fù)雜，為此可以根據(jù)需要修正的結(jié)果，直接在%A的計算結(jié)果上修正，采用分段二次曲線修正,BASIC程序部分如下： K1=2/3, K2=81 ；rem SQR(81)=9,修正量為0-9mm T-kml=K1*T-SUM ；按總運行時間分前段修正區(qū)，T-SUM為計算出的總運行時間，運算公司略。 T-km2=(1-K1)*T-SUM ；按總運行時間分后段修正區(qū) T-modil=T_kml/K2 ；前段修正區(qū)按時間均分成K2段 T-modi2=T_km2/K2 ；后段修正區(qū)按時間均分成K2段 IF(T_RUN<=T_kml) THEN MODI=SQR(T_RUN/T_modil);T_RUN為線在運行時間IF (T_RUN>T_kml) THEN MODI=SQR((T_RUN_T_kml) T_modil2) DIS=%A-MODI ；%A的計算同 ④式 ；%A的計算同 ⑤式 特種卷繞方式: 以上是反絡(luò)式計算方法，對特種卷繞時則相對容易，特種卷繞方式除了通用的參數(shù)如d，升降速度Vt等設(shè)定外，主要是根據(jù)下圖所示，在0，1，2，3，4…各段設(shè)定相應(yīng)的時間值，達(dá)到的上、下側(cè)返回點和轉(zhuǎn)速，當(dāng)某一點的設(shè)定為0時，在該點進(jìn)行不折彎地控制。這樣，ABM的計算只要求出各段的斜率即可，為0時求不折彎的斜率。按照這樣的直線方法計算絡(luò)出的錠子的形狀就會比較明顯地分段，但是特種卷繞可以絡(luò)出各種特種的形狀來（不考慮沙線的適應(yīng)性），例如特種填充形，半凸緣絡(luò)線筒，錐形半凸緣絡(luò)線筒，錐形絡(luò)線筒等。 為了使分段不明顯，變化比較柔和，圖中三條線的折彎采用曲線擬合的方法，根據(jù)三點的設(shè)定值計算出擬和的二次曲線的各個系數(shù)，然后按二次曲線控制運動。 根據(jù)曲線的設(shè)定可以事先經(jīng)過處理，由計算機繪出一個理想的錠子實體圖形，下面列舉了一特種填充形和錐形半凸緣絡(luò)線筒的示意圖。（在下面的圖中，標(biāo)注的是錠子轉(zhuǎn)速ω和上下側(cè)返回點的位置。） 塑變的處理: 塑變是對絡(luò)繞發(fā)生變緣凸起時的糾正或絡(luò)筒角部的圓化起著關(guān)鍵的作用，塑變量和塑變率因紗線及紗線的品種，橫梁的移動速度不同而不同。其處理如下圖所示。這時需要在計算行程時減去塑變的部分。 Cr:塑變量 Rc:塑變率 數(shù)據(jù)的初始計算和檢驗以及GV-50畫面 數(shù)據(jù)的初始計算是指象最大直徑等運行中參數(shù)的計算，除了反絡(luò)式的計算時間較長由GV-50顯示"正在計算"的提示畫面，如果數(shù)據(jù)檢驗發(fā)現(xiàn)設(shè)定超出范圍錯誤，由GV-50以相應(yīng)的顯示出報警畫面，例如后面流程圖中的急停等報警。 通常情況下，GV-50的畫面隨著運行狀態(tài)，可以顯示測量狀態(tài)，設(shè)定一覽，和絡(luò)繞控制狀態(tài)，可以隨時看到當(dāng)前的操作提示和進(jìn)度。在選擇了本文第一頁圖的與ABM連接的通用計算機的情況下，也可以在計算機上顯示這些內(nèi)容。 程序的說明: PLC和ABM模塊的程序全部實現(xiàn)模塊化，對程序編制、維護(hù)和功能增加非常方便，完全不用改動以前的模塊，程序結(jié)構(gòu)。 ABM程序： 主控程序，程序1，PLC運行方式的檢測，運行起動時，根據(jù)選定的絡(luò)繞方式去執(zhí)行相應(yīng)的運算程序；運行停止時，由運算程序自動返回到主控程序。 運算程序，每種絡(luò)繞方式一個程序，程序2，3…，個個運算程序根據(jù)PLC各控制級的狀態(tài)調(diào)用數(shù)據(jù)校驗子程序，線束絡(luò)繞子程序，絡(luò)繞子程序；如果檢測到PLC內(nèi)運行控制信號停止，則反回到主控程序。 這里所說得主控程序/運算程序與高級語言的主/子程序是不同的，ABM模塊內(nèi)的BASIC程序可以有多個，由模塊對它們按存儲順序自動編號，而在各程序中可以有該程序的內(nèi)部子程序，這個子程序就和通常語言的子程序是一樣的。這樣將不同絡(luò)繞方式的程序獨立存放，有利于程序運行速度更快，因為它只執(zhí)行一種絡(luò)繞程序，且增加新的絡(luò)繞方式或修改某種絡(luò)繞方式時，完全不用改動別的程序，這些程序中可能有相同的部分，也可以把它們象子程序樣單獨作為子程序存儲，在程序容量允許時也可以直接放在各個需要的程序中。 當(dāng)ABM模塊運行時，可以設(shè)定該模塊的啟動方式，包括變量是否請零，起動執(zhí)行的程序號，串行口通訊參數(shù)等。ABM模塊還有另外一個特點，可以通過編程處理，使當(dāng)程序由于編程錯誤導(dǎo)致程序執(zhí)行中斷時（例如溢出，被零除等），是否自動重新啟動。那么設(shè)定ABM模塊啟動時是否對變量初始化就有意義，因此在絡(luò)筒機控制系統(tǒng)設(shè)計是采用不清零的啟動方式。 抗干擾、防錯的措施及其它: 1． 實際系統(tǒng)運行時，由于大電機的運行，可能會使ABM模塊和PLC的CPU之間和通訊中斷，ABM和CPU之間的通訊是通過底板CPU總線進(jìn)行的，高速計數(shù)器的目標(biāo)值由ABM計算，在絡(luò)繞過程中必須使ABM的計算數(shù)據(jù)一直有效，不能中斷，因此在通訊暫時中斷時要使CPU使用前次的計算結(jié)果，而后等待通訊在幾秒內(nèi)繼續(xù)。這種情況極少見也沒有規(guī)律。 2． 可以設(shè)定ABM模塊的啟動方式，使ABM在由于編程錯誤而導(dǎo)致ABM程序執(zhí)行意外中斷時，例如溢出錯誤，強制ABM運行。這樣強制運行和啟動時不對變量初始化可以使程序繼續(xù)原來的過程運行，而且不必重新初始計算，而且不會由于中斷自動進(jìn)入命令方式使整個系統(tǒng)動作中止。而對出現(xiàn)了嚴(yán)重的程序錯誤，如行程和轉(zhuǎn)速計算的錯誤則即使ABM程序繼續(xù)運行也無能為力了。使用的命令是： LOCKOUT (強制運行) AUTOSTART 2,1,19200（以非自動清除變量方式，啟動程序1，通訊口速率） 如果是系統(tǒng)停電，則ABM的變量數(shù)據(jù)是不帶停電記憶的，這時需要由PLC CPU來確定是否進(jìn)行初始計算。 3． PLC CPU可以對運動進(jìn)行控制，如果發(fā)生撞梁故障時可以自回復(fù)原點，等待重新啟動，而頻繁的撞梁則是PLC程序問題。 4． CPU在運行過程中除了接受PLC報警外，可以自動檢測變頻器、伺服電機回路的故障。 5． ABM程序口令的程序：在ABM系統(tǒng)中沒有直接的口令保護(hù)功能，但是可以用上面的強制運行命令來實現(xiàn)可變口令?？诹钶斎氲刂?，在ABM程序中編寫可變口令的程序，LOCKOUT命令后加上判斷條件，如果PLC寄存器重的8位數(shù)據(jù)與ABM程序的口令不一致則LOCKOUT指令有效。例如，LOCKOUT（數(shù)據(jù)寄存器<>ABM口令）。 6． 為了表示ABM模塊工作正常，在程序中加入一些PRINT #1語句，在通訊口#1傳送數(shù)據(jù)，這樣在程序正常運行時，模塊上面的通訊信號LED會閃爍。 運行效果: 根據(jù)實際運行所有方式的結(jié)果，完全能夠適應(yīng)沙線和參數(shù)的設(shè)定，另外根據(jù)輔助程序的跟蹤結(jié)果，測得的運算過程以反絡(luò)式、平行式示例如下： 運行效果測試圖 正常工作條件下，根據(jù)驅(qū)動皮帶輪的不同和工藝方式的選擇，錠子的轉(zhuǎn)速和紗線速度是不一樣的。 ASCII-BASIC模塊作為PLC比較特殊的一種智能型模塊，其功能除了本文所涉及的數(shù)據(jù)運算外，還有通訊功能（內(nèi)裝MODEM的相應(yīng)型號），外接通訊型顯示器、打印機等，作為PLC CPU的又一個協(xié)處理器，其應(yīng)用范圍還很多，因此值得推廣。