0 引言

　　自動針布機這一詞在國內(nèi)還相對比較陌生，它所制造的產(chǎn)品是紡織行業(yè)常用的毛皮針布。國內(nèi)制皮業(yè)所采用的毛皮梳理裝置都是從國外進口的，沒有自行設計、生產(chǎn)穩(wěn)定高效針布機的能力，國內(nèi)市場上也沒有自己生產(chǎn)的完全自主知識產(chǎn)權的針布機，相對國外的技術水平還很落后。目前，我國針布行業(yè)雖然已有這些產(chǎn)品，但與國外相比，無論是產(chǎn)品的規(guī)格還是適紡性能，仍有不小的差距，還需要進一步提高。

　　本文摒棄了傳統(tǒng)設計形式，利用可編程控制器PLC系統(tǒng)來進行控制，配上抗干擾光電隔離輸入／輸出接口，取代了工業(yè)上傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制系統(tǒng)，使設計更加簡潔，操作更加方便、可靠。另外一大特點就是大量的應用了氣缸作驅(qū)動元件，與傳統(tǒng)凸輪結構相比，系統(tǒng)構造簡單，抗干擾能力強，大大地提高了精度要求。

1 控制系統(tǒng)的硬件組成

　　此設計是基于紡織行業(yè)常用的毛皮針布的設計，針布機機床是用來給皮帶釘釘子的，而且根據(jù)針布

　　用途的不同，釘子還需要有不同的斜度。因此，根據(jù)針布機要完成的工作任務和皮帶的工藝要求，我們提出的設計方案是一一針布機主要包括4個部分：送絲機構，制釘打釘機構，皮帶傳送機構和壓彎機構。每個機構的核心執(zhí)行元件是氣缸，此系統(tǒng)總共應用了9個氣缸，分布情況為：送絲機構兩個氣缸(一個用來夾緊鋼絲，另一個用來送絲)；壓彎機構兩個氣缸(一個是用來控制墊片，另一個是用來控制滑塊)；制釘打釘機構3個氣缸(第1個用來帶動氣缸針模上下運動，第2個用來帶動陽模前后運動，第3個用來打釘)；皮帶傳送機構兩個氣缸(一個用來夾緊皮帶，另一個用來傳送皮帶)。系統(tǒng)中還應用了一臺步進電機，用來控制絲杠的轉(zhuǎn)動，而絲杠帶動工作臺移動，從而把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成工作臺的前后直線運動。每個氣缸都配有行程開關和電磁閥，通過電磁閥的通斷電來控制氣缸活塞桿的運動方向，通過行程開關控制活塞桿的移動距離。上述這些裝置都是在可編程控制器PLC的控制下，實現(xiàn)程序動作。

　　1.1 PLC選型和控制系統(tǒng)I／O點分配表

　　9個氣缸分別設置了行程感應開關和電磁閥，即16個行程開關SQ1～SQl6，9個電磁閥YA1～YA9。步進電機驅(qū)動器的脈沖輸出和電動機轉(zhuǎn)向的控制觸點，還有應急按鈕、總停按鈕、程序選擇開關等，總計輸入22點，輸出14點。所以可編程控制器選用的是歐姆龍公司的40個I／O點(24點輸入，16點輸出)，晶體管形式輸出的CPM2A型PLC。具體I／O點分配如表1所示。

　　1.2 PLC與步進電機驅(qū)動器及步進電機的硬件連接

　　在此系統(tǒng)中，因為步進電機主要用來控制工作臺前進和后退的移動量，所以選用的是結構比較簡單的兩相混合式步進電機，其步距角為1.8°?？删幊炭刂破鱌LC與步進電機驅(qū)動器及電機的連接如圖1所示。

圖1 PLC與進步電動機及其驅(qū)動器的連接示意圖

　　在圖1中，將PLC脈沖輸出端的公共端COM0和輸出點的公共端COMl皆與PLC的COM相連，驅(qū)動器的輸入信號公共端與PLC的電源相連，PLC的脈沖輸出端外接2K的限流電阻接至步進脈沖輸入信號CP,PLC的輸出點用于控制步進電機的旋轉(zhuǎn)方向，外接2K的限流電阻連接至方向電平輸入端M M為開關量，控制電機的運行方向，M=1為順序分配即正轉(zhuǎn)；M=0為逆序分配即反轉(zhuǎn)。R為開關量，控制電機的工作與脫機，R=1為工作；R=0為脫機即各相均不通電處于自由狀態(tài)。CP為矩形波，控制電機的啟、停、運行速度和長度。s為開關量，故障信號輸出，S=1為正常；腳為故障。一般COM、S、R不接。

1.3 輸入信號接口

　　步進電機驅(qū)動器內(nèi)部的接口電路都采用光耦信號隔離。如圖2所示：OPTO為輸入信號的公共端，OPTO端須接外部系統(tǒng)的VCC，由于VCC大于+5V，則須外接限流電阻R，保證給內(nèi)部光耦提供8～15mA的驅(qū)動電流；M是方向電平信號輸入端，高低電平控制電機正／反轉(zhuǎn)，信號電平要求穩(wěn)定時間大于1μs；FREE脫機信號(低電平有效)，當此輸入控制端為低時，電機勵磁電流被關斷，電機處于脫機自由狀態(tài)；CP步進脈沖信號輸入，下降沿有效，信號電平穩(wěn)定時間不小于0.5μs。

圖2控制信號輸入連接圖

2 控制系統(tǒng)的軟件設計

　　在本控制系統(tǒng)中，步進電機的轉(zhuǎn)數(shù)、方向及時間等參數(shù)是變量，需要根據(jù)針布上鋼釘?shù)姆植记闆r和鋼釘?shù)拈L短來進行設定。

　　這些參數(shù)只要在更換生產(chǎn)針布品種之前設定一次參數(shù)，不需要每次操作都設置。根據(jù)針布機的操作要求，確定各動作的順序和相互之間的關系，畫出程序流程圖，再由PLC輸入輸出的邏輯關系編寫出梯形圖。脈沖輸出指令為PULS(65)和SPED(64)，程序流程圖如圖3所示。

圖3控制系統(tǒng)并行程序流程圖

3 結束語

　　1)采用PLC來控制電磁閥和步進電機后，使控制電路的復雜連線和時間繼電器等元件在其內(nèi)部進行軟連接，可大大提高設備的可靠性，減少故障率。本系統(tǒng)設計性能可靠穩(wěn)定，可滿足各項工藝要求，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量均有所提高。實踐證明，以PLC為核心的自動控制系統(tǒng)，是一種簡單有效、成本低廉的解決方案。

　　2)現(xiàn)場安裝和維修都很方便。只要把提供輸入信號的按鈕、限位開關、光電開關和無觸點開關等元件與PLC的輸入接口相連；把功率輸出元件電磁閥、電磁鐵和接觸器等與PLC的輸出接口相連，即安裝完畢；修理檢查方便快捷n伽。目前，小巧的單片機，微處理器，易于使用的可編程控制器，功能強的系統(tǒng)微機，都在針紡織設備的機電一體化中得到廣泛的應用，因此可以大大提高針紡織產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。