[摘要]在國產高速自動絡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據運算功能結合，成功地實現各種絡繞控制。 前言: 近年來，紡織機械的發(fā)展遠遠落后于紡織業(yè)的要求，1994年我國國外紡機進口26.2億美元，而國產紡機在國內市場的占有率只占四分之一。國內的紡機廠需要在引進技術并達到進口機型質量水平的基礎上，逐步實現國產化以替代進口。"八五"引進技術重中之重的自動絡筒機就是一例。 系統(tǒng)結構: 95年下半年我們在分析國外高速自動絡筒機的基礎上，成功開發(fā)了一種先進的自動高速絡筒機，實現了進口設備的全部功能，使原來功能單一的絡筒機具有了多種絡繞方式以適應不同的原料品種，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模塊進行復雜的運算，提高速度和降低成本。 SU-6B CPU模塊內包含一個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定/顯示所有的工作數據，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是專用數據通訊接口模塊，用于整個工廠或車間，中控室的聯網運行。在這個網絡上，可以根據網絡中的站數決定是否采用管理PLC。站數較多時為了減輕一位計算機的負擔采用專門的PLC對下級各種采集數據；站數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模塊內通過BASIC程序進行復雜的數據運算，與PLC內的運算相比，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，例如浮點數據運算，三角函數，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高速計數模塊用于對錠子電機采樣計數測量轉速。 HSC #2 高速計數模塊主要用于對成型電機反饋脈沖計數控制成型運動，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整。 D/A用于控制成型電機和錠子電機的轉速輸出。 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繞方式下起作用，用來測試運行，由此可以得到絡繞的密度作為數據設定的依據。 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，以及數據寄存器。位功能存儲器的狀態(tài)和數據寄存器的內容也可以被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模塊可以根據設定進入RUN或COMMAND 方式，在RUN方式下執(zhí)行BASIC程序的內容，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中會被當作數組來操作，例如：SU6-R(1400)，SU6-M(1000)在ABM程序中訪問數據寄存器R1400和中間繼電器M1000而同樣程序在QBASIC中會被當作大的數組。 COMMAND的方式下的命令包括程序的傳送，參數地設定，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。 運轉方式的計算過程: 目前在該絡筒機中可以實現以上的絡繞方式，所有的參數都通過觸摸屏操作，可以設定任意的工藝參數，絡繞參數和線束卷繞的時間、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：控制成形往復運動，使線束在上側-下側返回點之間運動，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。 在恒線速度設定方式下為了實現張力恒定和成型形狀的控制，隨著絡繞直徑的增大，錠子電機的轉速非線性的減少，成型電機來回移動的行程非性線的減少，即錠子電機轉速和成型電機移動量與錠子直徑%D的動態(tài)關系。在以前的絡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控制成型電機的換向，而錠子電機的轉速由PLC控制。這樣做使調整參數不靈活，而且絡繞方式的改變也不方便。 在上面實現的絡繞方式中，以反絡式和平行式絡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，只有機械極限限位開關，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內解決絡繞動態(tài)直徑%D的計算成了關鍵。 這里以反絡式和特種卷繞方式說明 反絡式： 反絡式通常設定以下參數，如下： 以上三個公式中，D是絡畢最大直徑，A為絡畢橫梁寬度，可以求出D和A。 D是關鍵，由它知道絡畢時的直徑后，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可以用來檢驗參數設定的正確性，當絡畢A角小時，PLC和ABM都會來不及運算。 但是，在PLC內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，并且可以實現浮點數據運算。經過試驗，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行SU-6B CPU不能進行的三角函數的運算功能，而不需要近似或查表的方法來進行。 在ABM模塊內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 線速在上下側返回點之間的往復運動，根據行程和升降速度的不同，大約在2-5秒內變換一次方向，也就是說對成形電機的上下側返回點的計算，對錠子動態(tài)直徑和錠子電機的速度計算（恒線速度則電機轉速與運動直徑有關）需要在2-5秒內完成一次。PLC僅控制電機的轉向和D/A轉速輸出控制，以及其它常規(guī)開關量，掃描時間為30ms左右也來得及的。 ①②③式和前面的BASIC程序也是適應于運動動態(tài)過程的。如果根據%W=Vy*T-RUN*p.（T-RUN為運行計時），再根據①②③式和上面的程序關系，而由ABM進行的動態(tài)直徑的計算，%D=f(W,p,Rad,D,d,T,Vy…)，再計算出所需的轉速和成形電機新的行程，根據上面的計算試驗，在2-5秒內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，其結果式絡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果進行修正，有兩種方法：1． 直接修正Xtn 前面的公式中△Xt是一次計算的結果，%A是按換向次數成比例的減小。 如果修正Xtn，且與n有關，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雜，為此可以根據需要修正的結果，直接在%A的計算結果上修正，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如d，升降速度Vt等設定外，主要是根據下圖所示，在0，1，2，3，4…各段設定相應的時間值，達到的上、下側返回點和轉速，當某一點的設定為0時，在該點進行不折彎地控制。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出各種特種的形狀來（不考慮沙線的適應性），例如特種填充形，半凸緣絡線筒，錐形半凸緣絡線筒，錐形絡線筒等。 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，根據三點的設定值計算出擬和的二次曲線的各個系數，然后按二次曲線控制運動。 根據曲線的設定可以事先經過處理，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線筒的示意圖。（在下面的圖中，標注的是錠子轉速ω和上下側返回點的位置。） 塑變的處理: 塑變是對絡繞發(fā)生變緣凸起時的糾正或絡筒角部的圓化起著關鍵的作用，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 數據的初始計算和檢驗以及GV-50畫面 數據的初始計算是指象最大直徑等運行中參數的計算，除了反絡式的計算時間較長由GV-50顯示"正在計算"的提示畫面，如果數據檢驗發(fā)現設定超出范圍錯誤，由GV-50以相應的顯示出報警畫面，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)，設定一覽，和絡繞控制狀態(tài)，可以隨時看到當前的操作提示和進度。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容。 程序的說明: PLC和ABM模塊的程序全部實現模塊化，對程序編制、維護和功能增加非常方便，完全不用改動以前的模塊，程序結構。 ABM程序： 主控程序，程序1，PLC運行方式的檢測，運行起動時，根據選定的絡繞方式去執(zhí)行相應的運算程序；運行停止時，由運算程序自動返回到主控程序。 運算程序，每種絡繞方式一個程序，程序2，3…，個個運算程序根據PLC各控制級的狀態(tài)調用數據校驗子程序，線束絡繞子程序，絡繞子程序；如果檢測到PLC內運行控制信號停止，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)行一種絡繞程序，且增加新的絡繞方式或修改某種絡繞方式時，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ABM模塊運行時，可以設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，串行口通訊參數等。ABM模塊還有另外一個特點，可以通過編程處理，使當程序由于編程錯誤導致程序執(zhí)行中斷時（例如溢出，被零除等），是否自動重新啟動。那么設定ABM模塊啟動時是否對變量初始化就有意義，因此在絡筒機控制系統(tǒng)設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總線進行的，高速計數器的目標值由ABM計算，在絡繞過程中必須使ABM的計算數據一直有效，不能中斷，因此在通訊暫時中斷時要使CPU使用前次的計算結果，而后等待通訊在幾秒內繼續(xù)。這種情況極少見也沒有規(guī)律。 2． 可以設定ABM模塊的啟動方式，使ABM在由于編程錯誤而導致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入命令方式使整個系統(tǒng)動作中止。而對出現了嚴重的程序錯誤，如行程和轉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的變量數據是不帶停電記憶的，這時需要由PLC CPU來確定是否進行初始計算。 3． PLC CPU可以對運動進行控制，如果發(fā)生撞梁故障時可以自回復原點，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功能，但是可以用上面的強制運行命令來實現可變口令。口令輸入地址，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位數據與ABM程序的口令不一致則LOCKOUT指令有效。例如，LOCKOUT（數據寄存器<>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傳送數據，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: 根據實際運行所有方式的結果，完全能夠適應沙線和參數的設定，另外根據輔助程序的跟蹤結果，測得的運算過程以反絡式、平行式示例如下： 運行效果測試圖 正常工作條件下，根據驅動皮帶輪的不同和工藝方式的選擇，錠子的轉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據運算外，還有通訊功能（內裝MODEM的相應型號），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，其應用范圍還很多，因此值得推廣。