工控机在花式捻线机控制器改造上的应用

1、引言 意大利SSD公司的花式捻线机为80年代的产品，该机工艺设计比较合理，驱动和机械系统完善，加捻质量高。但其控制系统采用单片机实现，年代较久，故障率高，加之缺少备件，维护非常困难。为充分发挥设备的作用，我们采用工控机代替单片机对其控制系统进行技术改造。改造后的系统不但保持了控制系统原有功能，而且操作方便，界面友好，获得了比较好的效果。同时利用工控机的通信联网功能和企业已有的计算机网络，组建了纺纱车间的信息管理系统，有效的利用了工控机中大量设备实时运行数据，提高了企业信息化管理水平。 2、控制系统改造 2.1 成线流程简介 花式线通常由三部分组成，即芯线、装饰线、加固线。中间是芯线；之外为装饰线，用以形成多种花样及色彩；最外侧则为加固线，用来防止装饰线脱落。捻线机应用空心锭子加捻的原理，将传统纺织花式线所需的四道工序—纺纱、初捻、二次加捻、络筒合为一道进行生产。具体成线过程如图1所示：芯线与饰线分别经由A、B罗拉进入空心管，空心锭上的加固线亦被拉入，三根线通过管中凹槽进入针头加捻，生成捻线。罗拉D通过上下移动的钢领板将捻线均匀绕在环锭上。成线质量的好坏很大程度上是由其控制系统决定的。 图1 成线工艺简图 2.2 捻线机控制系统结构 捻线机控制器要输入各种传感检测仪器信号及人工操作指令并加以处理，以便精确控制各个电机的转速，协调各机构同步。原有的单片机控制系统维护困难，人机界面操作不便，编制卷绕程序比较麻烦。而工控机引入可以有效克服上述不足。工控机通用性好，配置灵活，维修方便，环境适应性强，可靠性高，接口和联网通信功能完善。因此，我们用工控机取代了原有的单片机控制单元，同时原有的外围接口电路全部用工控机的各种模块代替。系统结构如图2所示。 图2 捻线机控制系统 系统的驱动部分采用多电机分散驱动，各电机转速通过工控机D/A接口模块输出，由驱动电路带动直流伺服电动机，分别控制罗拉A、B、C、D和上、下马达。下马达控制环锭转动，上马达控制空心锭转速，并通过转速箱控制钢领板升降。各电机转速由测速光码盘反馈至工控机，然后由工控机完成调速任务，以确保锭子，罗拉，钢领板等传动系统的同步。各种开关量信号如启动、停车、钢领板上下限及各种保护信号经由I/O电隔离输入模块采集，各种异常报警信号由光电隔离模块输出，通过声光报警。 2.3 工控机软件设计 工控机软件的设计直接影响系统的效率和成线质量，必须满足控制系统对实时性、可靠性、灵活性的要求。系统采用C语言进行开发，软件主要模块包括数据采集和处理程序、控制算法程序、实时时钟中断处理程序和数据管理与通信程序等。系统实现的主要功能如下： （1）主程序界面以直观的画面显示工艺生产流程，动态的显示各种参数的变化。针对原系统全英文界面操作不便的情况，全部采用中文菜单和中文操作提示信息。主菜单包括运行菜单、花捻程序菜单、卷绕程序菜单、监控机器菜单、自动诊断菜单等。 （2）花捻程序菜单与卷绕程序菜单中可以查看修改原有的花捻和卷绕程序。同时提供了编制新品种纱型的功能，在输入界面按照屏幕提示，根据生产要求输入新工艺的运行参数，完成后保存在硬盘上，供后续纺纱使用。在运行菜单中选择所需的花捻程序及输入相应的工艺参数，即可启动工作程序。 （3）监控程序中，系统对现场状态数据实时采集处理，在屏幕上同步显示各电机给定转速，当前转速，钢领板当前位置、节升、当前节升数、钢领板当前运行的上位置和下位置等。所有数据均实时传送给数据服务器，本机仅保留近期的数据资料。 （4）自动诊断功能检测并显示所有I/O口的工作状态、给定马达的D/A值等，便于机器维护。 （5）保护报警功能。程序对掉电，电机异常等均作了中断调用，以便及时处理。对钢领板上下越限及各种参数异常情况进行声光报警，紧急情况下设备进行停车保护。 3、系统与企业MIS网的结合 3.1 网络结构 原有的捻线机控制系统只是单机运行，设备大量运行数据难以用于管理。在捻线机控制器成功改造的基础上，针对企业管理要求，我们将工控机控制系统与企业的计算机网络相连，将纺纱车间的计算机进行组网。如图3所示：纺纱车间共有两台捻线机，各由一台工控机控制，另配备一台工控机对车间的其它设备进行监控，各工控机将所有采集数据包括捻线机的设备状况、产量、品种、工艺参数、异常报警信息等数据实时转存于车间的数据库服务器。纺纱车间服务器通过交换机接入企业MIS网。 图3 企业网络结构图 服务器端操作系统选用性能稳定的Windows NT4.0，对服务器的访问采用Client/Server模式。C/S模式将处理功能分为两部分，Client承担应用方面的专门任务，Server主要用于数据处理，对客户机发出的数据存取请求给与及时处理。这种模式提供了一个较理想的分布环境，有利于发挥各自的处理能力，消除了不必要的网络传输负担，因而得到广泛应用。通过C/S模式，企业的管理部门通过网络可以及时查询所需资料。由此，车间的实时控制系统与企业的管理信息系统相互渗透，彼此结合，构建了车间的自动化信息处理系统，提升了企业的管理水平。 3.2 数据访问技术 服务器端的数据库应用程序对纺纱车间的生产情况进行统计，详细记录不同班组操作人员的产量能耗等工况，并按期生成日报、月报和年报等各种管理报表，供客户端查询。数据库软件选用SQL SERVER 7.0，系统采用VB6.0开发。 软件开发的关键是与数据库的交互，数据库的访问技术有很多，本系统采用ADO。ADO的主要优点是易于使用、效率高、内存占用少，并提供了对基于C/S和基于Web应用程序的强有力支持，是最终的应用层数据接口标准。ADO主要包括七个对象和四个集合，对象可以在所有支持COM和OLE的平台上使用。它的核心对象是Connection、Recordset、Command。Connection对象包含了初始和建立连接的机制，Command对象执行命令，如查询、更新等，Recordset用来操作和查看查询结果。 4、结束语 整个系统已经过长期运行，性能稳定，达到了设计改造的要求。同时，通过管理网可对设备运行的情况进行及时的了解，方便了管理，提高了企业的信息化水平。