專利名稱：一種集清紗與斷紗檢測一體的可編程化的控制器實現方法
技術領域：
本發明屬于控制技術領域，特別涉及一種集清紗與斷紗檢測一體的可編程化的控制器實現方法。
背景技術：
在紡織工業的發展過程中，各種先進檢測技術得到了廣泛地運用，特別是光電檢測技術。紡織過程中很多情況下需要對運動中的紗線進行檢測，如檢測紗線斷頭、探緯、鑒別粗細節等。紗線所具有的柔軟性使其在運動過程中會以一定的頻率抖動，當光場不均時，抖動所導致的位置變換將會改變傳感器接收的光信號強度。根據紗線這一運動特征能夠有效對運動的紗線和靜止的紗線(或無紗線)進行區分。反之，若紗線處于相對均勻的光場中，傳感器接收的光信號強度將反應紗線的直徑信息，從而進行紗線的粗細節鑒別。傳統的清紗與斷紗檢測方法，后續電路一般都是對信號進行檢波放大或整流，然 后比較放大輸出。其中鑒別電路通常采用模擬電路來實現。模擬清紗電路的缺點是器件老化容易引起參數的變化，從而導致誤切、漏切、亂切等不穩定現象，費時費力，影響了工廠的生產效率。在紗疵的鑒別問題上，各類電子清紗器識別紗疵所依據的數學模型都是相對固定的，與工藝人員用肉眼對紗疵判斷的“智能識別”能力相比，存在著較大的差距一方面是識別效率不夠高，另一方面是紗疵的清紗曲線無法作大的改動。一般情況下，斷紗檢測采用的是非均勻的光場，而清紗檢測則采用相對均勻的光場，這是因為傳統的模擬電路檢測只是考慮幅值的瞬間變化來對紗線信號進行識別，而未對紗線的抖動特征在頻域上進行分析。因此，傳統的模擬鑒別電路難以對清紗與斷紗檢測進行集成控制。目前，氣流紡紗機控制系統在原有的斷紗檢測裝置基礎上，加裝電子清紗器后，不僅使得整個系統冗余復雜，而且成本大幅度提高。
發明內容
本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種集清紗與斷紗檢測一體的可編程化的控制器實現方法。本發明解決技術問題所采取的技術方案
一種集清紗與斷紗檢測一體的可編程化的控制器實現方法，其控制器有三位一體的功能清紗鑒別、斷紗檢測、控制驅動；該控制器包括傳感模塊、CPU控制模塊、輸入模塊、電機驅動模塊、輸出模塊、通信模塊、電源模塊，所述的CPU控制模塊分別與傳感模塊、輸入模塊、電機驅動模塊、輸出模塊、通信模塊、電源模塊相接；該控制器實現方法包括以下步驟步驟I.紗線信號提取由基于鎖相放大器的傳感模塊提取紗線抖動與直徑信號，并轉換為相關的模擬信號；
步驟2.紗線信號分析由可編程化的CPU控制模塊通過AD采樣電路將步驟I中的模擬信號轉換為數字信號，并進行時域和類頻域分析，由智能檢測算法判斷紗線運行狀態及紗疵鑒別；
步驟3.輸入輸出信號控制根據輸入模塊、通信模塊的信息和步驟2中的紗線信號分析結果，控制電機驅動模塊和輸出模塊執行相應的控制命令。所述步驟I中傳感模塊是基于鎖相放大技術，并且其清紗鑒別與斷紗檢測共用一個傳感裝置，具體如下
(A)由信號發生電路提供調制所需的載波信號，并對發射器進行信號調制；
(B)步驟(A)中調制的發射信號經過紗線后，由接收器獲取紗線的直徑信號以及相關抖動信號；
(C)由選頻放大器對步驟(B)中接收器所得到的信號進行選頻放大處理，作為鎖相放大電路的待測信號；
(D)由移相電路對步驟㈧中的載波信號進行移相，作為鎖相放大電路的參考信號；
(E)由鎖相放大電路對步驟(C)中的待測信號和步驟(D)中的參考信號進行鎖相放大處理；
(F)由濾波電路對步驟(E)中鎖相放大輸出的信號進行濾波處理，得到相關的模擬信號。所述步驟2中可編程化的CPU控制模塊采用內嵌智能檢測算法的梯形圖進行編程，具有可輸入I/o 口功能，具體如下
CPU控制模塊采用三層架構方式BootLoader、引擎、梯形 BootLoader負責硬件端口初使化和引擎、梯形圖加載；
引擎負責實現板級支持，為梯形圖提供調用接口 ；
梯形圖為用戶設計的智能檢測算法及相關邏輯動作的實現。本發明的有益效果
本發明采用微處理器，具有低功耗、高性能、高穩定性的特點，能夠實現信號快速處理。采用基于鎖相放大技術的傳感模塊，能夠有效抑制噪聲信號，改善性噪比。實現帶有微控制器的集斷紗與清紗于一體的檢測頭，能夠就近控制電磁鐵、電機執行紡織動作，大大簡化紡織控制器的體系架構，降低成本。采用工業化的圖編程語言對CPU控制器進行編程，改變傳統的PLC理念，方便對控制器進行維護、升級，提高系統的穩定性。
圖I為基于DSP內核控制器的實現結構框 圖2為傳感模塊內部結構框 圖3為基于DSP內核的程序分層架構示意 圖4為紗線檢測頭的通訊組網示意 圖5為DSP控制器的主程序框圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例是以本發明的可編程(PLC)化的集成清紗與斷線一體化的控制方法為前提進行實施，以下給出了詳細的實施方案和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖I所示，本實施例包括傳感模塊、DSP控制模塊(CPU控制模塊)、輸入模塊、電機驅動模塊、電磁鐵驅動模塊(輸出模塊)、CAN通信模塊、電源模塊。DSP控制模塊分別與傳感模塊、輸入模塊、電機驅動模塊、電磁鐵驅動模塊、CAN通信模塊、電源模塊相接。其中DSP控制模塊是整個紗線檢測頭的核心部分，包含DSP控制器的最小系統，包括AD采樣電路、復位電路、JTAG電路、時鐘電路、掉電保護電路和DSP內核控制器。DSP控制器通過高速A/D轉換可以獲取紗線信號(紗線頻率一般低于1kHz，采樣頻為IOkHz)，對采樣得到的數據進行時域和類頻域分析，提取相關特征值，采用智能算法(BP神經網絡、EMD和SVM等)來判斷紗線運行信號及紗疵類別匹配；輸出占空比和頻率隨時可調的PWM脈沖，經TLP116高速光耦隔離，控制電機紡織各種類別的紗線；輸出I/O端口信號，經TLP112光耦隔離，控制生頭電磁鐵、提臂電磁鐵、切刀電磁鐵執行紗線捻接或切疵命令；通過CAN總線接口與上位PLC或PC機進行通信，完成紡織參數的傳遞或對紗線檢測 頭在線編程。電源模塊、電磁鐵驅動模塊、電機驅動模塊采用成熟技術。如圖2所示，為傳感模塊的內部結構示意圖。傳感模塊是以鎖相放大器為核心的高速信號處理電路，包括信號發生電路、傳感電路、選頻放大電路、移相電路、鎖相放大電路、濾波電路。信號發生電路為信號發射器提供調制所需的載波信號，本實施例由正弦信號發生電路產生f=30KHz，Vp-p=500mV的正弦載波信號，對紅外發射管調制發射；傳感電路用于提取紗線的直徑信號以及相關抖動信號，具體是將調制后的紅外發射光通過光路片I集聚，經過紗線獲取其直徑光信號，再經過光路片2，由紅外信號探測器將攜帶紗線直徑的光信號轉化為電信號并攜帶相關紗線抖動信息；選頻放大電路用于濾除高頻噪聲信號，為后端提供較為純凈的紗線直徑信號，具體是將傳感電路處理所得的電信號由前置的低噪音選頻放大器放大后作為鎖相放大器的待測信號；移相電路實現調制信號O 360度的相移，使得輸入到鎖相模塊的參考信號和待測信號之間同步，具體是將正弦載波信號通過移相電路，作為鎖相放大器的參考信號；鎖相放大電路利用參考信號頻率與輸入信號頻率相關，與噪聲信號不相關，從強噪聲中提取紗線直徑信號，提高測量精度，具體是由鎖相放大器對所輸入的同頻同相待測信號與參考信號，進行相乘和積分處理，即相關檢測，有用的紗線直徑信號得到放大，而噪聲和不相關信號則被抑制，從而大大提高了信號的性噪比；濾波電路用于濾除前端調制信號中的直流成份，得到與紗線直徑成正比的電信號，具體是將鎖相放大電路輸出的信號經濾波電路后得到紗線抖動及其直徑的相關模擬信號。如圖3所示，本實施例中DSP控制器采用基于泛化PLC的梯形圖編程技術，其軟件的核心采用三層架構方式BootLoader、引擎、梯形圖。其中BootLoader負責加載引擎與梯形圖，為電磁鐵與電機驅動端口作初始化；引擎負責實現板級支持、任務調度，并為梯形圖提供調用接口 ；梯形圖負責為實際應用設計相應的算法以及動作過程。通過梯形圖編程，保證邏輯控制程序的一致性，使得針對不同的清紗特性曲線來定制專門的清紗算法成為可能，同時為用戶二次開發提供快捷的途徑。 如圖4所示，本實施例與外部的通信采用CAN總線。每個檢測頭通過CAN總線與上位PLC進行通信，對整個網絡進行組網，波特率為9600bps，采用Mod-bus通協議。工作時，上位PLC根據人機界面所設定的紡織參數通過CAN總線以廣播幀的形式發到各個檢測頭，檢測頭再根據所得到的參數控制電磁鐵與電機執行紡織命令，并對紗疵的類別進行統計分析，經CAN總線反饋給上位PLC，用戶可在人機界面上根據紗疵的統計分析來指導生產。一體化檢測頭的核心部件DSP控制器主程序流程如圖5所示。主程序采用循環設置、比較、判別方式，不斷采樣獲取紗線信號數據來判斷紗線狀態信息；A/D采樣和數字濾波在中斷子程序中完成。主程序對參數初始化后，判斷通信標志位是否設置，若通信設置則根據相應的數據對紡織參數進行修改；根據采樣所得到的紗線數據判斷檢測槽內是否是有紗線，若沒有則對毛羽、灰塵進行補償，同時對參數進行自適應修正，若有則判斷紗線的運行狀態；若紗線靜止則進行紗線生頭捻接，并返回通信標志判斷，若紗線運行則對紗線平均參考直徑進行學習；根據新采樣的數據對紗線進行狀態判斷，若紗線產生異常斷紗，則進入 斷紗處理，若紗線處于運行狀態，則對所采樣到的數據進行時域和類頻域分析，再由相應的智能算法對紗疵進行匹配；若有紗疵則進行斷紗處理，若沒有紗疵，則進行通信數據處理，并等待新的采樣數據。
權利要求
1.一種集清紗與斷紗檢測一體的可編程化的控制器實現方法，其特征在于控制器具有三位一體的功能清紗鑒別、斷紗檢測、控制驅動；該控制器包括傳感模塊、CPU控制模塊、輸入模塊、電機驅動模塊、輸出模塊、通信模塊、電源模塊，所述的CPU控制模塊分別與傳感模塊、輸入模塊、電機驅動模塊、輸出模塊、通信模塊、電源模塊相接；該控制器實現方法包括以下步驟 步驟I.紗線信號提取由基于鎖相放大器的傳感模塊提取紗線抖動與直徑信號，并轉換為相關的模擬信號； 步驟2.紗線信號分析由可編程化的CPU控制模塊通過AD采樣電路將步驟I中的模擬信號轉換為數字信號，并進行時域和類頻域分析，由智能檢測算法判斷紗線運行狀態及紗疵鑒別； 步驟3.輸入輸出信號控制根據輸入模塊、通信模塊的信息和步驟2中的紗線信號分析結果，控制電機驅動模塊和輸出模塊執行相應的控制命令。
2.如權利要求I所述的控制器實現方法，其特征在于所述步驟I中傳感模塊是基于鎖相放大技術，并且其清紗鑒別與斷紗檢測共用一個傳感裝置，具體如下 (A)由信號發生電路提供調制所需的載波信號，并對發射器進行信號調制； (B)步驟(A)中調制的發射信號經過紗線后，由接收器獲取紗線的直徑信號以及相關抖動信號； (C)由選頻放大器對步驟(B)中接收器所得到的信號進行選頻放大處理，作為鎖相放大電路的待測信號； (D)由移相電路對步驟㈧中的載波信號進行移相，作為鎖相放大電路的參考信號； (E)由鎖相放大電路對步驟(C)中的待測信號和步驟(D)中的參考信號進行鎖相放大處理； (F)由濾波電路對步驟(E)中鎖相放大輸出的信號進行濾波處理，得到相關的模擬信號。
3.如權利要求I所述的控制器實現方法，其特征在于所述步驟2中可編程化的CPU控制模塊采用內嵌智能檢測算法的梯形圖進行編程，具有可輸入I/o 口功能，具體如下 CPU控制模塊采用三層架構方式BootLoader、引擎、梯形圖； 所述的BootLoader負責硬件端口初使化和引擎、梯形圖加載； 所述的引擎負責實現板級支持，為梯形圖提供調用接口 ； 所述的梯形圖為用戶設計的智能檢測算法及相關邏輯動作的實現。
全文摘要
本發明涉及一種集清紗與斷紗檢測一體的可編程化的控制器實現方法。該控制器包括CPU控制模塊、通信模塊、傳感模塊、輸入模塊、電機驅動模塊、輸出模塊、電源模塊。傳感模塊是采用鎖相放大器提取紗線的抖動信號與直徑信號；CPU控制模塊采用梯形圖開發，通過AD采樣電路將紗線模擬信號轉換成數字信號，由內嵌智能檢測算法對紗線數字信號進行時域和類頻域分析，控制輸出模塊與電機驅動模塊執行相應的命令；通過高可靠性的通信總線實現紡織參數的傳遞。和傳統的檢測頭相比，本發明簡化了紡紗控制的體系結構，降低了成本，提高了系統的穩定性。
文檔編號D01H13/16GK102864537SQ20121000226
公開日2013年1月9日 申請日期2012年1月5日 優先權日2012年1月5日
發明者嚴義, 孟旭炯 申請人:杭州電子科技大學