CN102864537B - 一种集清纱与断纱检测一体的可编程化的控制器实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集清纱与断纱检测一体的可编程化的控制器实现方法。该控制器包括CPU控制模块、通信模块、传感模块、输入模块、电机驱动模块、输出模块、电源模块。传感模块是采用锁相放大器提取纱线的抖动信号与直径信号；CPU控制模块采用梯形图开发，通过AD采样电路将纱线模拟信号转换成数字信号，由内嵌智能检测算法对纱线数字信号进行时域和类频域分析，控制输出模块与电机驱动模块执行相应的命令；通过高可靠性的通信总线实现纺织参数的传递。和传统的检测头相比，本发明简化了纺纱控制的体系结构，降低了成本，提高了***的稳定性。

Description

一种集清纱与断纱检测一体的可编程化的控制器实现方法

技术领域

本发明属于控制技术领域，特别涉及一种集清纱与断纱检测一体的可编程化的控制器实现方法。

背景技术

在纺织工业的发展过程中，各种先进检测技术得到了广泛地运用，特别是光电检测技术。纺织过程中很多情况下需要对运动中的纱线进行检测，如检测纱线断头、探纬、鉴别粗细节等。纱线所具有的柔软性使其在运动过程中会以一定的频率抖动，当光场不均时，抖动所导致的位置变换将会改变传感器接收的光信号强度。根据纱线这一运动特征能够有效对运动的纱线和静止的纱线(或无纱线)进行区分。反之，若纱线处于相对均匀的光场中，传感器接收的光信号强度将反应纱线的直径信息，从而进行纱线的粗细节鉴别。

传统的清纱与断纱检测方法，后续电路一般都是对信号进行检波放大或整流，然后比较放大输出。其中鉴别电路通常采用模拟电路来实现。模拟清纱电路的缺点是器件老化容易引起参数的变化，从而导致误切、漏切、乱切等不稳定现象，费时费力，影响了工厂的生产效率。在纱疵的鉴别问题上，各类电子清纱器识别纱疵所依据的数学模型都是相对固定的，与工艺人员用肉眼对纱疵判断的“智能识别”能力相比，存在着较大的差距：一方面是识别效率不够高，另一方面是纱疵的清纱曲线无法作大的改动。

一般情况下，断纱检测采用的是非均匀的光场，而清纱检测则采用相对均匀的光场，这是因为传统的模拟电路检测只是考虑幅值的瞬间变化来对纱线信号进行识别，而未对纱线的抖动特征在频域上进行分析。因此，传统的模拟鉴别电路难以对清纱与断纱检测进行集成控制。

目前，气流纺纱机控制***在原有的断纱检测装置基础上，加装电子清纱器后，不仅使得整个***冗余复杂，而且成本大幅度提高。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种集清纱与断纱检测一体的可编程化的控制器实现方法。

本发明解决技术问题所采取的技术方案：

一种集清纱与断纱检测一体的可编程化的控制器实现方法，其控制器有三位一体的功能：清纱鉴别、断纱检测、控制驱动；该控制器包括传感模块、CPU控制模块、输入模块、电机驱动模块、输出模块、通信模块、电源模块，所述的CPU控制模块分别与传感模块、输入模块、电机驱动模块、输出模块、通信模块、电源模块相接；该控制器实现方法包括以下步骤：

步骤1.纱线信号提取：由基于锁相放大器的传感模块提取纱线抖动与直径信号，并转换为相关的模拟信号；

步骤2.纱线信号分析：由可编程化的CPU控制模块通过AD采样电路将步骤1中的模拟信号转换为数字信号，并进行时域和类频域分析，由智能检测算法判断纱线运行状态及纱疵鉴别；

步骤3.输入输出信号控制：根据输入模块、通信模块的信息和步骤2中的纱线信号分析结果，控制电机驱动模块和输出模块执行相应的控制命令。

所述步骤1中传感模块是基于锁相放大技术，并且其清纱鉴别与断纱检测共用一个传感装置，具体如下：

(A)由信号发生电路提供调制所需的载波信号，并对发射器进行信号调制；

(B)步骤(A)中调制的发射信号经过纱线后，由接收器获取纱线的直径信号以及相关抖动信号；

(C)由选频放大器对步骤(B)中接收器所得到的信号进行选频放大处理，作为锁相放大电路的待测信号；

(D)由移相电路对步骤(A)中的载波信号进行移相，作为锁相放大电路的参考信号；

(E)由锁相放大电路对步骤(C)中的待测信号和步骤(D)中的参考信号进行锁相放大处理；

(F)由滤波电路对步骤(E)中锁相放大输出的信号进行滤波处理，得到相关的模拟信号。

所述步骤2中可编程化的CPU控制模块采用内嵌智能检测算法的梯形图进行编程，具有可输入I/O口功能，具体如下：

CPU控制模块采用三层架构方式：BootLoader、引擎、梯形图；

BootLoader负责硬件端口初使化和引擎、梯形图加载；

引擎负责实现板级支持，为梯形图提供调用接口；

梯形图为用户设计的智能检测算法及相关逻辑动作的实现。

本发明的有益效果：

本发明采用微处理器，具有低功耗、高性能、高稳定性的特点，能够实现信号快速处理。

采用基于锁相放大技术的传感模块，能够有效抑制噪声信号，改善性噪比。

实现带有微控制器的集断纱与清纱于一体的检测头，能够就近控制电磁铁、电机执行纺织动作，大大简化纺织控制器的体系架构，降低成本。

采用工业化的图编程语言对CPU控制器进行编程，改变传统的PLC理念，方便对控制器进行维护、升级，提高***的稳定性。

附图说明

图1为基于DSP内核控制器的实现结构框图；

图2为传感模块内部结构框图；

图3为纱线检测头的通讯组网示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例是以本发明的可编程(PLC)化的集成清纱与断线一体化的控制方法为前提进行实施，以下给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括传感模块、DSP控制模块（CPU控制模块）、输入模块、电机驱动模块、电磁铁驱动模块（输出模块）、CAN通信模块、电源模块。DSP控制模块分别与传感模块、输入模块、电机驱动模块、电磁铁驱动模块、CAN通信模块、电源模块相接。

其中DSP控制模块是整个纱线检测头的核心部分，包含DSP控制器的最小***，包括AD采样电路、复位电路、JTAG电路、时钟电路、掉电保护电路和DSP内核控制器。

DSP控制器通过高速A/D转换可以获取纱线信号(纱线频率一般低于1kHz，采样频为10kHz)，对采样得到的数据进行时域和类频域分析，提取相关特征值，采用智能算法(BP神经网络、EMD和SVM等)来判断纱线运行信号及纱疵类别匹配；输出占空比和频率随时可调的PWM脉冲，经TLP116高速光耦隔离，控制电机纺织各种类别的纱线；输出I/O端口信号，经TLP112光耦隔离，控制生头电磁铁、提臂电磁铁、切刀电磁铁执行纱线捻接或切疵命令；通过CAN总线接口与上位PLC或PC机进行通信，完成纺织参数的传递或对纱线检测头在线编程。电源模块、电磁铁驱动模块、电机驱动模块采用成熟技术。

如图2所示，为传感模块的内部结构示意图。传感模块是以锁相放大器为核心的高速信号处理电路，包括信号发生电路、传感电路、选频放大电路、移相电路、锁相放大电路、滤波电路。信号发生电路为信号发射器提供调制所需的载波信号，本实施例由正弦信号发生电路产生f=30KHz，Vp-p=500mV的正弦载波信号，对红外发射管调制发射；传感电路用于提取纱线的直径信号以及相关抖动信号，具体是将调制后的红外发射光通过光路片1集聚，经过纱线获取其直径光信号，再经过光路片2，由红外信号探测器将携带纱线直径的光信号转化为电信号并携带相关纱线抖动信息；选频放大电路用于滤除高频噪声信号，为后端提供较为纯净的纱线直径信号，具体是将传感电路处理所得的电信号由前置的低噪音选频放大器放大后作为锁相放大器的待测信号；移相电路实现调制信号0～360度的相移，使得输入到锁相模块的参考信号和待测信号之间同步，具体是将正弦载波信号通过移相电路，作为锁相放大器的参考信号；锁相放大电路利用参考信号频率与输入信号频率相关，与噪声信号不相关，从强噪声中提取纱线直径信号，提高测量精度，具体是由锁相放大器对所输入的同频同相待测信号与参考信号，进行相乘和积分处理，即相关检测，有用的纱线直径信号得到放大，而噪声和不相关信号则被抑制，从而大大提高了信号的性噪比；滤波电路用于滤除前端调制信号中的直流成份，得到与纱线直径成正比的电信号，具体是将锁相放大电路输出的信号经滤波电路后得到纱线抖动及其直径的相关模拟信号。

本实施例中DSP控制器采用基于泛化PLC的梯形图编程技术，其软件的核心采用三层架构方式：BootLoader、引擎、梯形图。其中BootLoader负责加载引擎与梯形图，为电磁铁与电机驱动端口作初始化；引擎负责实现板级支持、任务调度，并为梯形图提供调用接口；梯形图负责为实际应用设计相应的算法以及动作过程。通过梯形图编程，保证逻辑控制程序的一致性，使得针对不同的清纱特性曲线来定制专门的清纱算法成为可能，同时为用户二次开发提供快捷的途径。

如图3所示，本实施例与外部的通信采用CAN总线。每个检测头通过CAN总线与上位PLC进行通信，对整个网络进行组网，波特率为9600bps，采用Mod-bus通协议。工作时，上位PLC根据人机界面所设定的纺织参数通过CAN总线以广播帧的形式发到各个检测头，检测头再根据所得到的参数控制电磁铁与电机执行纺织命令，并对纱疵的类别进行统计分析，经CAN总线反馈给上位PLC，用户可在人机界面上根据纱疵的统计分析来指导生产。

一体化检测头的核心部件DSP控制器主程序采用循环设置、比较、判别方式，不断采样获取纱线信号数据来判断纱线状态信息；A/D采样和数字滤波在中断子程序中完成。主程序对参数初始化后，判断通信标志位是否设置，若通信设置则根据相应的数据对纺织参数进行修改；根据采样所得到的纱线数据判断检测槽内是否是有纱线，若没有则对毛羽、灰尘进行补偿，同时对参数进行自适应修正，若有则判断纱线的运行状态；若纱线静止则进行纱线生头捻接，并返回通信标志判断，若纱线运行则对纱线平均参考直径进行学习；根据新采样的数据对纱线进行状态判断，若纱线产生异常断纱，则进入断纱处理，若纱线处于运行状态，则对所采样到的数据进行时域和类频域分析，再由相应的智能算法对纱疵进行匹配；若有纱疵则进行断纱处理，若没有纱疵，则进行通信数据处理，并等待新的采样数据。

Claims (3)

1.一种集清纱与断纱检测一体的可编程化的控制器实现方法，其特征在于：控制器具有三位一体的功能：清纱鉴别、断纱检测、控制驱动；该控制器包括传感模块、CPU控制模块、输入模块、电机驱动模块、输出模块、通信模块、电源模块，所述的CPU控制模块分别与传感模块、输入模块、电机驱动模块、输出模块、通信模块、电源模块相接；该控制器实现方法包括以下步骤：

步骤1.纱线信号提取：由基于锁相放大器的传感模块提取纱线抖动与直径信号，并转换为相关的模拟信号；

步骤2.纱线信号分析：由可编程化的CPU控制模块通过A/D采样电路将步骤1中的模拟信号转换为数字信号，并进行时域和类频域分析，由智能检测算法判断纱线运行状态及纱疵鉴别；

步骤3.输入输出信号控制：根据输入模块、通信模块的信息和步骤2中的纱线信号分析结果，控制电机驱动模块和输出模块执行相应的控制命令。

2.如权利要求1所述的控制器实现方法，其特征在于：所述步骤1中传感模块是基于锁相放大技术，并且其清纱鉴别与断纱检测共用一个传感装置，具体如下：

(A)由信号发生电路提供调制所需的载波信号，并对发射器进行信号调制；

(B)步骤(A)中调制的发射信号经过纱线后，由接收器获取纱线的直径信号以及相关抖动信号；

(C)由选频放大器对步骤(B)中接收器所得到的信号进行选频放大处理，作为锁相放大器的待测信号；

(D)由移相电路对步骤(A)中的载波信号进行移相，作为锁相放大器的参考信号；

(E)由锁相放大器对步骤(C)中的待测信号和步骤(D)中的参考信号进行锁相放大处理；

(F)由滤波电路对步骤(E)中锁相放大输出的信号进行滤波处理，得到相关的模拟信号。

3.如权利要求1所述的控制器实现方法，其特征在于：所述步骤2中可编程化的CPU控制模块采用内嵌智能检测算法的梯形图进行编程，具有可输入I/O口，具体如下：

CPU控制模块采用三层架构方式：BootLoader、引擎、梯形图；

所述的BootLoader负责硬件端口初使化和引擎、梯形图加载；

所述的引擎负责实现板级支持，为梯形图提供调用接口；

所述的梯形图为用户设计的智能检测算法及相关逻辑动作的实现。