西门子6ES7307-1EA01-0AA0参数详细
本机是将兔毛原料未经改性处理，直接进行开松、梳理，制成一定支数的毛条，具备抱合力大和加有真捻等特点，并由纺纱机(FNT-28型兔毛纺纱机，专利号:9424N73-4)纺制成各种规格支数的细纱。本机是国家发明专利产品(专利号:93106597-6)，"八五"国家星火项目，又被国家科委列为"九五"
国家科技成果重点推广计划项目。全机结构示意图如图1所示。
图1 梳理机结构示意图
本机电气部分采用继电器控制系统，动力驱动由三相异步电动机来完成。该控制系统有三点不足:
(1) 继电器线路接线复杂，功能单一。继电器接触控制系统的逻辑部分由许多继电器;按某一固定形式连接而成，若工艺流程发生改变，则需要改变继电器控制系统的接线，才能满足新的工艺流程要求。工人实际操作和维修复杂，易出故障;
(2) 可靠性不高，控制精度不够，这就势必影响了出条支数、出条定重;
(3) 继电器控制柜的体积大，占用了较大的生产空间，影响了工人的操作。
有必要对本机的控制系统进行改造。近年来，随着
科学技术的飞速发展，步进、伺服电机的应用越来越广泛，其功能多样性和产品可靠性日臻完善，正在逐步取代原来的普通电机。随着可编程控制器技术的日益成熟，将二者完整地结合起来，完成对各种复杂运动的自动控制，实行机电一体化，正在成为一种趋势。
2 控制方案的确定
由于步进电机可直接用数字信号控制，无需反馈可开环工作，无累积定位误差，控制精度高，被广泛用于数字控制系统和计算机控制系统。而可编程序控制器(PLC)是一种适于工业现场控制的，由单片计算机(CPU)、外围大规模集成电路(LSI)、系统软件及I/0接口等构成的新型控制器，用户通过软件设计，可实现以往难以实现的各种复杂逻辑控制。与通用PC机或单片机构成的系统相比，PLC具有可靠、抗扰能力强、编程简单等优点，已成为替代传统继电接触器控制线路的升级换代产品。本系统采用可编程控制器(PLC)为控制核心，步进电动机为执行元件、红外光电传感器为检测元件的新型系统，实现了兔毛梳理机的计算机数字控制。其组成原理如图2所示:
图2 控制系统原理图
3 控制系统的实现
3.1 系统组成
PLC选用日本松下FP0PLC，共8点输入(X0~X7),8点输出(Y0~Y7)，主要控制主电机Motor1和毛斗步进电机Motor2的工作状态和转速;步进电机选用两相混合步进电动机，步距角1.8°/STEP，用于驱动主机和毛斗;步进电机驱动器选用DMD402，电源电压DC14V~40V，其作用是根据PLC的控制指令对电机实现脉冲和方向控制。
3.2 系统工作原理
FP0系列PLC除具有一般逻辑控制与运算功能外，还具有高速计数输入(*大10kHz)、PLS脉冲直接输出、SPD位置控制、PWM脉冲输出等特殊处理功能，用于步进电机的速度控制或位置按制十分方便。
在图3所示系统中:PLC输出口Y0、Y1以脉冲速率方式输入步进电机驱动器的Pulsebbbbb端，控制梳理机主电机和毛斗电机转速和位移。PLC输出口Y2、Y3以方向信号输入到驱动器Directionalbbbbb端，控制梳理机电机的转向。输出点Y4、Y5是步进电机复位信号RST，每次开机对步进电机驱动器清零。PLC输入点X0以梳理机喂入量斗处的红外传感器作为输入信号，可调节喂入量斗的喂毛量。X1、X2作为步进电机的启动信号，X3作为步进电机复位信号。X4以为位置传感器作为输入信号，检测梳理机是否复位。可以利用当需要手动操作时，可通过PLC的手动输入信号X5、X6，以点动方式按制电机的正转或反转。控制关系为:X5=ON，电机正转;X6=ON，电机反转。
图3 梳理机控制工作原理图
4 控制系统软件设计
图4是根据前述梳理机的电气控制原理，结合PLC的程序设计方法和生产工艺要求，设计的控制软件程序流程图。
图4 梳理机运行程序图
利用FP0PLC提供的高速脉冲处理指令、逻辑控制指令、算数运算指令及一些特殊功能指令，可较方便的实现对步进电机的升/降速、恒速及正/反转的运行控制，尤其用PLS-脉冲输出指令和SPD-位置控制指令，可使步进电机达到不失步的升/降速与恒速运行。
5 结束语
以PLC和步进电机为主构成的数字式兔毛梳理机控制系统的研制成功，为兔毛梳理机在生产与应用环节的工艺参数的调整，提供了保障。采用本控制系统的兔毛梳理机各项指标:适纺原料范围:兔毛(高比例);条干重量不匀率:1.5％;生条可纺支数:8～60公支;脱毛量:1～mg/100cm2;兔毛制成率≥95％;出条定重:0.125～1g/m;台时产量:0.3～2kg/h。系统具有控制精度高、操作简单、运行平稳、无噪音等优点。
3.2主站程序
主站程序，需根据系统将主站通信参数进行设置，将PLC主站输入单元的控制信号读入主站内部的数据寄存器中，将需要与从站通信的控制信号置入通信刷新软元件区域，以便从站读取。主站程序如图2示。
图2 主站梯形图程序
3.3从站程序
从站程序接收主站刷新范围软元件的信息，并转换成相应的控制信号。步进电机的脉冲串和方向信号输出给步进电机的驱动器2M420，驱动步进电机工作，Y1为0时，步进电机正转，Yl为1时，步进电机反转，步进电机转动的步数根据从站的设定执行。从站程序如图3示。
图3 从站梯形图程序
3.4 位置闭环控制
增量式编码器OSS-01-2CH提供两相90°差反馈脉冲信号，输入PLC的高速信号输入端子X000、X001，用高速计数器C255累计输入脉冲，根据输入计数脉冲与设定脉冲数的差值，进行驱动脉冲数的修正。
位置控制的输出用DRVI指令，相关元件D8145定义DRVI指令执行时的基底速度，D8146定义DRVI指令执行时的*高速度，D8148定义DRVI指令执行时的加减速时间。
D14指定输出脉冲频率，D16指定脉冲数，从YO输出，Y1为ON时正转，OFF时反转。D16存放的是可刷新的脉冲数及修正后的脉冲数。
4步进电机驱动的实现
步进电机的驱动是选用Kinco的步进驱动器2M420，该系列驱动器采用美国先进技术生产的细分型大电流高性能驱动器，由于采用新的超大规模集成电路，该款驱动器具有高功率、小体积、性能稳定、成本低廉的特点。
驱动器的有八位DIP开关可以对驱动器的工作方式和工作参数进行设定，采用双极型恒流驱对方式，对DIP6-DIP8进行设定可将输出相电流设定在0.3A-2.5A，以配合不同型号的混合式步进电机的驱动。由于采用专用的驱动控制芯片，对DIP1-DIP4进行设定可以将输出脉冲细分，*高可达到256/200细分。
5 结 论
本文作者创新点：步进电机的闭环控制，可以让系统的定位控制更**，避免由于数据通信、驱动控制、传动带来的误差，用两台PLC单元机通过通信模块，组成N∶N网络，可以实现数据通信，远程控制，适合于作业与控制分离的场合。
该方案通过调试完全能达到控制精度要求，在温室灌溉喷头，农产品特性检测传送带，农业采摘机器人等应用场合，且系统构成灵活，成本低廉，可靠性较高；该系统如果在主站设立与PC机的通信或触摸屏，可以实现上位机对网络控制系统的监控和管理