SU-6可编程序控制器对GA-333型浆纱机压浆力和伸长率的在线检测和自动控制
浆纱工序是织造生产流程中的关键工序，为提高浆纱质量，使浆纱机实现机、电、仪、气、夜一体化技术、盐城纺织机械厂生产的GA-333型浆纱机率先应用了华光电子工业有限公司的中规模SU-6型可变程序控制器，作为设备的中央电气控制。对设备的运行状态、工艺参数等进行在线检测和实时控制，为浆纱机本身的浆纱质量和机械性能提供了可靠的技术保证。
1、压浆力随车速的变化作线性调节是保证上浆质量稳定的关键技术之一、压浆利于车速的关系曲线见图（一）。PLC通过传感器采集车速信号，压浆力信号与设定的车速、压浆力进行比较计算后，通过DA模块进行电流输出，输出的电流信号控制电控调压器输出的压缩空气压力使压浆力与车速的关系符合工艺曲线的要求。
（图一）压浆力与车速关系曲线
为了实现这一功能，PLC系统配置了如下模块。
（1）U-01AD模块，用来采集压浆力的信号，模块安装位置号为PC26.
（2）U-01DA模块，用来输出对压浆力的控制信号，本系统输出的控制信号为电流信号I+和I-，主控气动柜气阀调整压力，模块位置号为PC15。
（3）U-01Z高速计数模块，用以采集浆纱机的运行速度信号，模块安装位置号位PC16。
（4）由U-05T输出模块和U-05N输入模块组成参数设定矩阵电路（见图二），根据工艺要求P1、P2值可根据车速V1（低速）、V2（正常工艺车速）预先设定。当车速为0或V1，以低压浆力P1压浆；当车速升高，压浆力随着升高；当车速降低，压浆力P随着减小。这便构成了压浆力随车速变化进行线性调节的控制功能，这一功能的实现是由上述几个特殊模块在软件程序的支持下完成的，其控制精度、稳定性都很好，使上浆率这一重要工艺指标得到保证。
2、 伸长率的在线检测、数字显示及精细调节系统对工艺参数的控制作用，体现su-6优越控制功能的系统之一。
伸长率是浆纱工序重要工艺参数之一，要求纱线的伸长率在保证卷绕的基础上尽可能小，以保持纱线的大伸度，为后部工序的工作提供良好的条件。
对伸长率的在线检测和控制步骤是：
（1） 对浆纱机拖引辊、上浆辊、引纱辊的线速度进行检测。
（2） 可编程序控制器对采集到的数据进行处理计算。
（3） 将计算的结果输出到显示器进行在线显示。
（4）将计算结果与伸长率的设定值进行比较，用输出模块控制伺服电机自动对伸长率进行精细调节或根据显示的数据进行人工远程调控。
为完成上述显示和控制功能，在PLC系统中使用了如下模块：
（1）使用了U-01NI中断输入模块，采用华光电子工业有限公司的TRD-J200-RZ旋转编码器，KCN-6SR计数器作为传感器，以中断执行方式输入数据。使用U-01Z高速计数模块检测的数据。U-01NI模块放入PC00槽内。
（2） 采用U-15T和U-05N模块，使用矩形输入方式对伸长率工艺参数进行设定以及伸长率自控命令和人工远程调控信号输入。
（3） 采用U-20T输出模块，执行伸长率自控和人工远程调控指令。
上述伸长率自控系统的使用保证浆纱伸长率的控制精度，简化了挡车工的操作和人为因素的影响。
GA-333浆纱机使用SU-6可编程序控制器的系统配置情况：
系统配置图见图三
通过图三可看出，SU-6PLC系统中共配置了U-01AD、U-01DA、U-01Z、U-01NI四块特殊模块季其它输入输出模块15块，共计19块模块，其实际使用I/O点数为67/140点，对浆纱机如下工艺参数进行自动控制。
1、 经轴的退绕张力。 2、浆液、烘筒的温度自控。 3、压浆力随车速度变化作线性调节。 4、伸长率在线检测数字显示及精细调节。5、浆液液面自控。 6、浆纱匹长、匹数的自动记录。 7、浆纱车速、压浆力、伸长率、回潮率、匹长、匹数的显示。8、对全机近70个点的机械动作进行控制。
SU-6输出模块的配制
PC12(U-05T) PC21(U-05T)浆槽（前浆槽）
CA CA
0-退绕张力自控贮气阀YA 0-引线压辊上下电磁阀YA
1-退绕张力自控刹车阀YA 1-前浸没辊侧压电磁阀YA
2-压纱辊（车头侧面压纱）
2-后浸没辊侧压电磁阀YA
3-空 3-前压浆辊升降电磁阀YA
4-织轴正传电磁阀YA
4-前压浆辊高低压切换电磁阀YA
5-织轴反转电磁阀YA 6-后压浆辊高低压切换电磁阀YA
6-织轴离合器合YA 7-补浆电磁阀YA
7-织轴离合器分YA CB
CB 0-边轴离合器电磁阀YA
0-计时 1-前压浆辊自动加压电磁阀YA
1-电铃中间继电器KA9 2-前浸没辊升降电机接触器（升）KM12
2-I浆槽电磁离合器的中间继电器KA10 3-前浸没辊升降电机接触器（降）KM13
3-II浆槽电磁离合器的中间继电器KA11 4-后浸没辊升降电机接触器（升）KM14
4-警报器高 5-后浸没辊升降电机接触器（降）KM15
5-警报器低 6-I浆泵电机接触器KM16
6-空 7-I浆槽湿分线接触器KM17
7-空 PC22(U-05T)II浆槽（后浆槽）
PC20(U-05T) CA
CA 0-引纱压辊上下电磁阀YA
0-寸行电机接触器KM11 1-前浸没辊测压电磁阀YA
1-寸行电磁离合器的中间继电器KA2 2-后浸没辊测压电磁阀YA
2-织轴电磁离合器的中间继电器KA3 3-边轴离合器电磁阀YA
3-打印中间继电器KA8 4-补浆电磁阀YA
4-左拍分电机接触器（拍）KM7 5-后压浆辊升降电磁阀YA
5-左拍分电机接触器（分）KM8 6-后压浆辊高低压切换电磁阀YA
6-右拍分电机接触器（拍）KM9 7-前压浆辊高低压切换电磁阀YA
7-右拍分电机接触器（分）KM10 CB
CB 0-前压浆辊升降电磁阀YA
0-油泵电机接触器-KM2 1-前压浆辊自动加压电磁阀YA
1-伸缩箱电磁阀YA 2-前浸没辊（电机升）接触器KM18
2-导纱辊电磁阀YA 3-前浸没辊（电机降）接触器KM19
3-测长辊电磁阀YA 4-后浸没辊（电机升）接触器KM20
4-上落轴电磁阀YA 5-后浸没辊（电机降）接触器KM21
5-排风电机（I）接触器KM5 6-浆泵接触器KM22
6-排风电机（II）接触器KM6 7-湿分绞接触器KM23
7-空
SU-6可编程序控制器的使用大大简化了电器控线路，是继电器、接触器逻辑控制电路无法比拟的，并且各模块均有LED状态指示和故障显示，可对故障的分析处理带来极大的方便，压缩故障停机时间，提高工作效率。
结束语
中规模的SU-6可编程序控制器是一种结构紧凑、功能丰富，适用于分散控制的系统的理想设备，其性能极为稳定。SU-6在GA-333浆纱机上已运行了2年多了，从未发生故障，既满足了设备的工艺要求，又提高了浆纱机的档次，作为用户，我们对华光的PLC系列产品表示十分满意。
对于运行的闭环控制，这里采用两输入单输出的模糊控制器。两个输入量分别是天线阵面跟踪角位移的偏差和偏差变化率，输出量是步进电机的运行频率。一个典型的模糊控制器都包含有三个环节：jingque量的模糊化、模糊推理和反模糊化。
为提高实时性和跟踪精度，这里采用离线模糊推理运算，制定模糊决策表，存入epro中，用查表法决定输出量。由于雷达罩天线座测量仪测量参数较多和测量环境的变化（如室外风载荷影响等），在一般场合下，依据原手动断续定点跟踪测量经验的知识库则常常具有很大的局限性，致使控制效果受到影响。为此，在反模糊化环节后面，又加入了自适应参数调节环节，以适应不同测量场合和控制过程的突变，提高跟踪效果。本文设计的闭环适应性模糊控制器的结构框图如图1所示。
1.jingque量的模糊化
对反馈测量环节得到的方位、俯仰轴的角位移偏差和偏差变化率信号的jingque值，进行模糊化处理。对于角位移偏差、偏差变化率和控制输出量分别可看作离散整数论域[-6，+6]上的语言变量e、e7和f，并对e、e7、f的语言变量值化分为：pl（正大）、pm（正中）、ps（正小）、o、ns（负小）、nm（负中）、nl（负大）7个档次，其隶属函数取三角分布，如图2所示。
2.模糊推理及决策表建立
模糊推理就是根据一系列语言规则构成的模糊知识库，对输入变量进行推理，而获得控制量的过程，对于图1的模糊控制器结构，这里采取mamdani推理法，并取如下模糊推理规则：
取i=0，1，2，…，7和j=0，1，2，…，7由式(1)产生7×7条控制规则，按照上述对语言变量的值档次的划分，其规则基如表1所示。
根据mamdani推理法有a×b×c，其对应的模糊关系为：
式(2)～(6)中，分别为模糊集合a、b、c、r的隶属度，且：
对于已知输入a、b，则输出c可用下式求得：
3.模糊量的jingque化
按上述模糊推理获得的模糊控制量，还需进行jingque化处理才能用于实际控制。对模糊量的jingque化处理，本文采用工业控制中广泛应用的加权平均法：
按照上述推理，离线计算得出模糊决策表，存人计算机内存，在跟踪控制过程中靠查表法迅速得出控制量，从而大大提高了实时跟踪能力和跟踪精度。
4.量化因子的适应性调节
由于雷达罩天线座跟踪测量仪测量参数较多，且既有静态测量又有动态测量，而上述决策表模糊推理知识库是在一个方向为零角度（零点位置）而另一方向上为-60度～+60度全行程范围内手动跟踪测量得出的经验在其它场合下的参数测量时，模糊控制效果则不一定好，为使跟踪效果更好，在基本模糊控制器的基础上，又增加了输入、输出量化因子的适应性调节环节，以更好地适应各测量场合。
当偏差e或偏差变化率△p较大时，缩小k1、k2降低大偏差范围内的分辨率，以获得较平缓的控制特性，保证系统的稳定性；增大k3提高快速性，改善系统的动态性能。
当偏差e或偏差变化率△p较小时，系统已接近稳态，则调节增大k1、k2，提高系统对小偏差的分辨率，提高控制的灵敏度；缩小k3，以避免超调和振荡，使系统尽快进入稳态精度范围内。量化因子k1、k2、k3的调节规律如图3所示。
图3中，1为两个输入量的量化曲线，其上各点的斜率为量化因子k1、k2的适应性调节规律，2为调节的恒定量化因子，3为输出量的量化曲线，其各点的斜率为k3的适应性调节规律。
1微步距控制 uni_rrode公司的uc3717芯片适用于小功率双极性驱动，易于与微机接口，其驱动电路如图1所示。
图中，l(bout)和15脚(aout)分别接步进电机一相绕组的两端；2脚(t)接rc定时元件；3、14脚(v。)为绕组线圈供电，可在10v～45v范围内选择；4、5、12、13(gnd)接地；6脚(vcc)为ic供电电源；7、9脚(i0，i1)接逻辑电平，用于选择绕组电流；8脚(ph)为相位输入端，用于控制转动方向；16脚接绕组电流采样电阻，采样信号通过rc低通滤波器送至10脚，与内部电压比较器的基准电压进行比较；11脚(vr)为外接参考电压，改变vr可实现微步距控制。在整步、半步、1／4步工作方式下，vr接固定的+5v。
uc3717对步距的控制是选择i0,i1不同组合，达到步距控制的目的。下表列出了i0，i1的真值表对绕组电流的控制关系。
以a、b表示二相绕组正向电流，以a、b表示二相绕组反向电流，则半步距工作方式采用二相和单相交替激励的二相八拍方式，即ab—b—ab→a→ab_→b_→ab_→a。以两相通电表示整步状态，单相通电表示半步状态，1／4步距工作方式是在整步与半步间插入一个l／4步状态。
2位置信号
脉冲检测将增量式光电码盘固定在电机轴后端，位置检测单元累计与电机同轴码盘发出的脉冲数，计算机读取可逆计数器数据，得到实际运行距离，其结构框图如图2所示。
由于增量码盘没有初始零位置，要累计每一程序段的脉冲个数，计算机需在每个程序段开始处向可逆计数器进行归零操作，即给计数器清零，以确定增量码盘轴的起始位置。码盘旋转时输出相位相差90。的两路脉冲a、b随着码盘转向的变化，相互间超前滞后关系会发生变化，这样就可以利用某一路脉冲去选通另一路脉冲的前后沿，从而分出正转和反转计数脉冲，其脉冲整形、方向判别电路如图3所示。
3三轴联动
定位系统三轴联动定位系统框图如图4所示。通过计算机i／o口输出位置信息，送入控制电路，控制电机旋转。步进电机由联轴器与滚珠丝杠相连，带动三维工作台上下、左右、前后移动，激光器出光头在下定点出光，在工件上雕刻出所期望的轨迹。
图中，x、y、z轴定位开关信号检测是三组机械开关，经电路接口板上的门电路处理，变换成逻辑电平，由cpu查询开关状态，可确定三轴参考系坐标原点。
三维坐标定位的精度取决于检测装置获取信息的准确程度。通过信息补偿有效提高检测装置的精度并使其不受外部环境的影响，将为提高运动精度提供一条新的途径。为此采取以下措施：对检测装置的误差及其与系统状态的关系进行jingque测定并建立描述误差关系的数学模型。加工过程中由数控系统根据有关状态信息(如工作台实际位置、检测装置的温度等)按数学模型计算误差补偿值，并据此对检测装置的测量值进行实时校正，从而保证机床运动部件沿各自的坐标轴具有很高的定位精度。
4结语
激光内雕机是定点出光加工设备，x、y、z轴起停频繁，定位要求快速准确。采用高分辨率的二相混合式步进电机，配以微步距控制和光电编码器检测技术，能够满足系统快、稳、准的定位要求。整个系统运行平稳、结构简单、软硬件资源搭配合理、维护方便
1引言
永磁步进通常要求测矩角特性。所谓矩角特性，即在一个步距角范围内，静力矩与角位移之间的关系。一般矩角特性的关系曲线如图1所示。
图1中θ为一个步距角。θ/2即曲线3处，静力矩，即曲线2.4处，静力矩大。曲线1、2处和5、4处，为静力矩上升段；曲线2、3和4、3处，为静力矩下降段。可以看出，测量矩角特性并不简单，它不能用简单吊砝码方法进行测量。因吊砝码只能测试曲线的上升段，即图1曲线中的1-2段和5-4段（5-4段用反向吊砝码测试），此2处角位移增大，静力矩增大。进入曲线下降段，即图1曲线中的2-3段和4-3段，此2处角位移增大，静力矩反而减小，吊砝码则无法找到平衡点，测试无法进行。为了测试静力矩的下降段，因必须将夹在力矩仪上进行。这样角位移指示又很不方便，不像将电机夹在刻度盘上吊砝码测试简捷。
能否驭其二者和优点，找到一种两全其美的方法测试矩角特性，本文介绍的方法，则是为解决这一问题而设计的。
2测试原理
测试示意图如图2所示，它将电机外壳装夹在光学分度头上，电机轴上带一力矩盘，用拉线吊一超重砝码，压在秤台面上，电子秤显示出砝码的自重。所谓超重砝码，目的是要使选择的砝码重量，大于电机静力矩大点拉线拉力的3倍。例如，若电机静力矩大点拉线拉力为0.lkg，砝码重量则应选择标称值0.3kg。这样选择的目的，是为了测试时，固定电机转轴不动，摇动光学分度头，只电机机壳转动，二者之间的角位移，便可准确地从光学分度头上读出来。二者角位移产生时，静力矩产生，由于静力矩方向与砝码重力方向静力矩的大小便可方便地从电子秤上砝码减轻的重量上自动显示出来，即实现自动平衡测试。静力矩上升段，砝码自动变轻；静力矩下降段，砝码又自动变重，直到静力矩等于零，砝码恢复原重。这样，便克服了单独吊砝码静力矩超过大点无法平衡的问题。例如，静力矩上升段某点拉线拉力为0.05kg，砝码自重0.2kg，电子秤上显示砝码读数则为0.15kg。静力矩下降段，因砝玛重力与拉线拉力自动平衡，各点的静力矩，仍然同上升段一样，从电子秤上减轻的砝码重量上显示出来。角位移为o点，静力矩为o，电子秤则显示砝码的自重0.2kg。
3测试实例
以步距角为909的永磁步进电机矩角特性测试为例，测试电压5v，大静力矩36nm，力矩盘半径2cm，选择砝码自重0.2kg。表1是一个步距内00～450的矩角特性和各点测试数据。450～900因需反向吊砝码测试，且测试方法同正向一样，故未列出。
表1中各点静力矩为拉线拉力乘力矩盘半径2cm。拉线拉力等于砝码自重0.2kg减去电子秤读数。由表1数据可画出该电机的矩角特性，如图3所示
可知，用该法测量静力矩的下降段、准确、可靠。
4应注意的问题
(1)00位置的确定。该法在拉线无拉力酌情况下，摇动光学分度头，转轴同机壳是一起旋转的。在确定o。位置时，应观察电子秤上砝码自重的变化情况。00位置，光学分度头稍一摇动，电子秤上砝码会自重变轻i退回，砝码恢复自重，读出此点光学分度头上的度数，记为角位移的00。此后便可从o。开始加大角位移，进行各点测试。
(2)砝码重量的选择。砝码自重的选择，建议选择大于拉线拉力的3倍。这是因为，砝码越重，在拉力作用下位移越小。如果砝码自重稍大于拉线拉力，在静力矩大点处，则会出现混乱，电子秤读数不准确。如笔者在进行上述电机测试时，静力矩大点拉线拉力为0.068kg，开始选择自重0.lkg砝码测试，则出现上述混乱现象，后选择自重0. 2kg砝码，才得到满意结果。
5结语
优点从上面叙述中已经知道，缺点是该法光学分度头输出轴上要承受力矩，这对精密的分度装置不利。静力矩小于0.02nm，不会对分度头产生多大影响，静力矩大于0.02nm的电机，则不宜用上法测试。为了解决这一问题，也可采用同样的电子秤方法，将电机夹在刻度盘上进行，机壳上带一指针，转动机壳，便可在刻度盘上指示角位移。只是角位移指示准确度比光学分度头差。但角位移准确度不一定要求很商，它只须观察静力矩在整个角位移范围内的变化即可。当静力矩较大时，也可降低电压，减小静力矩，仍可夹在光学分度头上进行测试。