一种智能并丝机控制单元制造技术

一种智能并丝机控制单元，涉及的是智能并丝机的一种控制单元，属于电线电缆制造领域。单片机作为整机控制系统的核心单元，由硬件与软件两部分组成。硬件主要有显示部件与控制部件组成，控制部件包含处理器MCU、信号输入与输出、存储、通讯、脉冲发生器、日历时钟、以及按键阵列等部分组成。软件具体包括友好人机界面、主机控制与排线控制、并丝参数计算、输入输出信号处理、按键操作、扭线控制、断电记忆等部分。各部分有机结合又相对独立，确保整机高速运行又能实时控制。智能并丝机控制单元（单片机）具有以下优点：1、集成度高，控制功能齐备。2、操作简单、人机界面友好。3、性价比高、节能环保。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是智能并丝机的一种控制单元，属于电线电缆制造领域。
技术介绍
并丝机是将多根丝线并成一股再缠绕到线盘上的设备，并好丝的线盘供编织机进行编织使用。普通并丝机只具备简单的并丝绕线功能，绕线前安装空线盘、固定丝线、启动机器，一盘绕线结束剪断丝线、打结线头、拆下线盘等一系列辅助并丝动作需人工完成。故普通并丝机自动化程度低,生产效率不高,对工人的操作熟练程度要求高，同时进行并丝的线盘数量一般最多只有3只，再多则性价比大幅降低。智能并丝机是一种高度自能化的并丝机，从空线盘定位、安装，到启动电机并丝绕线，到并丝结束、剪线、固定线头、出成品盘，所有并丝动作自动完成，无需人工干预。操作人员只需将空线盘放置在供盘架上，并及时将集盘架上的成品盘移走即可。智能并丝机能同时并丝4只线盘或更多线盘。与普通并丝机相比，智能并丝机具有自动化程度高、生产效率高、操作人员工作强度低、并丝过程无需人工干预，生产效率是普通并丝机的5至10倍。但是，与普通并丝机比较，智能并丝机结构复杂，并丝过程机械动作多，控制系统也复杂。为保证并丝工作顺利完成与并丝质量，各机械动作必须精确到位，这就对机器控制部分提出更高要求。并丝机在并丝过程中有两个主要的动作，一是绕线速度，二是排线节距。为了精确控制智能并丝机的绕线转速与排线节距，主传动电机与调节节距的排线电机均采用伺服电机。当启动主电机绕线时，排线电机也以设定的排线节距速度开始运行，绕线速度变化时，排线速度也相应变化，以保证排线节距不变。绕线结束，启动扭线电机，将多股丝线扭成一股，防止剪断线后丝线散乱。其它并丝动作，如将供盘架上的空盘固定在绕线轴上、剪线、夹线、取下并好丝的盘并输送到集盘架上等，都由气缸控制。所有的气缸动作，以及三只电机的运行都由控制单元统一控制执行。绕线长度、绕线速度、排线节距、排线位置、扭线速度等所有控制设备运行的参数都在控制单元上设定。同时，控制单元要实时监控设备的运行状态，如输送空盘是否到位、固定空盘是否到位、是否缺盘、成品盘是否及时移出、是否有断丝发生、气压压力大小、主机运行状态、排线电机运行状态等等。一旦有异常情况发生，控制单元要立即停机并显示报警信息。所以，设备的控制单元既要能按并丝参数要求准确、实时地控制各传动单元，又要能实时监控设备各部件的运行状态，保证并丝质量。
技术实现思路
本专利技术创造是设计与开发一种新型单片机，作为智能并丝机的控制单元。它具有控制、显示、及复杂数学运算功能，可以很好地控制智能并丝机高速绕线与规律排线，保证在绕线加减速时保持排线节距不变；并能准确控制气缸运动，确保其它并丝动作精确、到位。单片机根据设置好的并丝参数控制从空盘到成品盘的所有并丝动作，同时显示机器的并丝数据，监控机器的运行状态。智能并丝机如果在运行中发生异常情况，如发生断丝、电机驱动器故障、气压不足、气缸动作不到位、排线异常等，控制单元将实时报警并停机，显示报警信息，方便使用人员排除故障，确保设备运行安全，保证并丝质量。单片机作为整机控制系统的核心单元，由硬件与软件两部分组成。硬件主要有显示部件与控制部件组成，控制部件包含处理器MCU、信号输入与输出、存储、通讯、脉冲发生器、日历时钟、以及按键阵列等部分组成。软件具体包括友好人机界面、主机控制与排线控制、并丝参数计算、输入输出信号处理、按键操作、扭线控制、断电记忆等部分。各部分有机结合又相对独立，确保整机高速运行又能实时控制。本单片机功能如下: 一、硬件部分 1、显示部件。采用液晶屏点阵显示方式，能显示中英文字符、数字及特殊字符，能显示自创符号，满足智能并丝机所有参数与信息的显示要求。2、处理器单元。单片机的核心控制部件，采用单片机高端控制芯片，具有速度快、运算能力强、功能齐备、实时控制、运行可靠等特点，是智能并丝机能实现其高度自动化的有力保障。3、信号输入与输出部件。作为单片机的外围控制部件，主要实现处理器与外部控制器件(如继电器等)及外部信号发生器(如传感器等)的信号转换，它将处理器的控制信号转化为外部控制器件控制信号，从而最终控制气缸动作；同时，将外部信息，如动作过程、异常报警等信号转化为处理器能够接受处理的数据。4、存储单元。保存单片机的操作信息、运行参数、显示信息等，能实现单片机的断电记忆功能。5、通讯部件。主要实现控制单元与绕线电机驱动器和排线电机驱动器的双向数据通讯，使得单片机实时控制并丝机的绕线速度及排线节距，同时监控它们的运行状态，保证并丝质量。6、脉冲发生器。由于智能并丝机使用的丝的直径范围在0.05毫米到0.2毫米之间，它的排线节距也非常小，一般在0.2毫米到2毫米之间，这就要求排线节距的控制精度要非常高，所以排线驱动必须用脉冲方式控制，否则，电机运行精度达不到要求。7、日历时钟。显示日历时间及记录事件发生的时间以及记录机器的运行时间等。8、按键阵列。接收操作人员的按键操作内容，实现对机器的有效控制。二、软件部分 1、友好人机界面。通过合理的键盘按键设计与简洁明了的液晶屏菜单显示设计组成单片机的友好人机界面。键盘按键能进行数字参数输入，也能对机器的某些操作实现直接控制，如空盘定位、排线校准等。单片机将智能并丝机的所有操作命令与参数以菜单形式显示出来，结合键盘按键与菜单操作能够实现对智能并丝机的所有控制，并能实现普通并丝机不可能实现的功能，如实时调速、实时调整排线位置、自动停机或任意动作节点停机、当前绕线长度计算、设定绕线长度实时调整等等；显示机器的各项参数，如绕线转速、绕线长度、排线位置、开机时间、排线节距、扭线时间及报警信息等。另外，通过菜单操作，单片机还能控制绕线电机驱动器的运转参数与排线电机驱动器的运行参数，调整两电机的运行状态。例如，通过单片机的排线电机设置参数，可以实时对排线电机的位置比例增益、位置前馈、电机惯量比、速度增益、速度积分等进行调整，极大地方便设备调试与缩短调试时间，大大降低设备调试难度。2、主机控制与排线控制。单片机与主电机伺服驱动器通过485通讯，通过单片机按键操作与菜单操作控制主机与排线电机运行状态，精确控制绕线速度，也可以初始化驱动器参数。通过读写伺服驱动器的数据，可以改变驱动器的工作参数，也保证在更换单片机时，新单片机的参数与驱动器参数保持一致。因为单片机控制，智能并丝机的绕线速度可以实时改变。操作人员可以根据不同的放线速度、线径、并丝根数及并丝结果实时改变绕线速度，达到理想并丝结果。另外，单片机通过绕线转速、节距、线径、线数等参数计算输出排线脉冲，以位置形式控制排线电机按设定的排线节距排线，并在绕线速度变化时保持排线节距不变，满足智能并丝机的排线精度要求。3、并丝参数计算。并丝参数主要有排线位置、并丝长度、排线节距、绕线速度等。智能并丝机的排线位置除了线盘两端的位置外，还有主轴夹线位置与线盘夹线位置，以及排线电机的原点位置，通过软件算法计算出这些点位数据，并且在机器运行过程中可以实时调整这些位置，使得在线结构盘尺寸发生变化时，保证并丝质量及提高生产效率。智能并丝机的并丝长度参数有设定长度与当前长度。设定长度指并丝前预设的长度值，当前长度指并丝过程绕线的实际长度，如果当前长度到达设定长度时，该次并丝绕线完成，机器自动进行换盘步骤，执行下一次并丝过程。当前长度通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能并丝机控制单元，其特征在于它由硬件与软件两部分组成，硬件部分有显示部件与控制部件组成，控制部件包含处理器MCU、信号输入与输出、存储、通讯、脉冲发生器、日历时钟、以及按键阵列组成；软件部分包括友好人机界面、主机控制与排线控制、并丝参数计算、输入输出信号处理、按键操作、扭线控制、断电记忆部分；硬件部分：MCU是单片机的处理器，MCU采用PIC高端处理芯片18F452，键盘阵列、液晶显示、信号输入模块、信号输出模块通过8位数据线与MCU连接，直接进行8位数据交换，MCU用3根控制线与日历时间芯片相连接，读写日历时间，MCU通过控制线与储存器连接，串行读写存储器数据，MCU通过串口与串口通讯器件连接，与外部控制单元进行485通讯，MCU产生的脉冲及脉冲方向由控制线输出到脉冲输出模块，MCU通过片选扩展器件扩展片选控制线，选择控制所有与数据线连接的器件，MCU的8位数据线作为单片机的数据总线，所有与MCU连接的扩展芯片的数据线都连接在数据总线上，MCU通过数据总线读写各连接扩展芯片的数据，完成信息交换，MCU的控制线根据功能分类，分别用来作为片选控制线、串口通讯控制线、显示模块控制线、存储器和日历时间控制连接线，以及脉冲和脉冲方向控制线；片选扩展器件由1只HC138与1只LS04组成，它将MCU的3条控制线扩展为8条，该8条控制线与MCU上其它控制线一起作为连接在数据总线上的器件的片选控制线，使得MCU可以点对点读写数据总线上的元件数据信息，键盘阵列由1只74HC373与1只74HC244组成，最多可以形成64只按键，本单片机只用30只按键，74HC373与74HC244的数据线连接到数据总线上，MCU通过查询方式读入按键信息；日历时间芯片直接与MCU的控制线连接，为MCU提供日历时间，这样，单片机可以记录机器的运行时间及其它时间参数；芯片的晶振频率为32.768K；存储器运用串行传输方式直接与MCU控制线连接，作为MCU的扩展存储器件，与MCU的片内存储器一起，用来存储单片机的字符数据、工作参数、及其它数据；液晶显示的8位数据线连接数据总线，其它读写、片选等控制信号引脚直接与MCU的控制线连接，接收显示MCU的各种数据信息；信号输入模块由3只74HC244与12只D207组成，每只74HC244接4只D207，最多可以形成24路输入信号，D207作为光电隔离器件，一端接74HC244的输入端，另一端通过信号输入与输出接口连接传感器输入信号，3只74HC244的数据线连接到数据总线，片选线连接到MCU的控制线或扩展片选控制线，这样，MCU通过查询方式就可以读入传感器信号；信号输出模块由3只74HC373、12只D207及若干只功率放大器组成，放大器的输出端经信号输入与输出接口接气缸控制继电器控制气缸动作，放大器的输入端接光电隔离器件D207的输出端，74HC373的数据线连接到数据总线，输出端接光电隔离器D207的输入端，片选线连接到MCU的控制线或扩展片选控制线，MCU的控制信号经74HC373锁存，D207隔离，及功率放大器放大后，变成24伏的继电器控制信号，单片机最多可以输出24路控制信号；串口通讯器件为485串口元件；它的输入端直接与MCU的串口连接，输出端经信号输入与输出接口与绕线电机驱动器及排线电机驱动器连接，进行点对点串口通讯，根据驱动器的地址安排，单片机可以连接1个串口对象，也可以连接多个对象；脉冲输出模块由1只高速光耦与1只功率放大器组成，高速光耦的输入端接MCU的脉冲输出，输出端接放大器的输入端，放大器的输出端经信号输入与输出接口连接排线驱动器，MCU发出的脉冲方波经高速光耦由放大器放大后作为排线驱动器的位置脉冲信号；其它输出由1只74HC373完成，可以输出8路电平信号，用以控制单片机键盘指示灯灯开关及单片机本板报警声音等。...

【技术特征摘要】
1.一种智能并丝机控制单元，其特征在于它由硬件与软件两部分组成，硬件部分有显示部件与控制部件组成，控制部件包含处理器MCU、信号输入与输出、存储、通讯、脉冲发生器、日历时钟、以及按键阵列组成；软件部分包括友好人机界面、主机控制与排线控制、并丝参数计算、输入输出信号处理、按键操作、扭线控制、断电记忆部分；硬件部分:MCU是单片机的处理器，MCU采用PIC高端处理芯片18F452，键盘阵列、液晶显示、信号输入模块、信号输出模块通过8位数据线与MCU连接，直接进行8位数据交换，MCU用3根控制线与日历时间芯片相连接，读写日历时间，MCU通过控制线与储存器连接，串行读写存储器数据，MCU通过串口与串口通讯器件连接，与外部控制单元进行485通讯，MCU产生的脉冲及脉冲方向由控制线输出到脉冲输出模块，MCU通过片选扩展器件扩展片选控制线，选择控制所有与数据线连接的器件，MCU的8位数据线作为单片机的数据总线，所有与MCU连接的扩展芯片的数据线都连接在数据总线上，MCU通过数据总线读写各连接扩展芯片的数据，完成信息交换，MCU的控制线根据功能分类，分别用来作为片选控制线、串口通讯控制线、显示模块控制线、存储器和日历时间控制连接线，以及脉冲和脉冲方向控制线； 片选扩展器件由I只HC138与I只LS04组成，它将MCU的3条控制线扩展为8条，该8条控制线与MCU上其它控制线一起作为连接在数据总线上的器件的片选控制线，使得MCU可以点对点读写数据总线上的元件数据信息， 键盘阵列由I只74HC373与I只74HC244组成，最多可以形成64只按键，本单片机只用30只按键，74HC373与74HC244的数据线连接到数据总线上，MCU通过查询方式读入按键信息； 日历时间芯片直接与MCU的控制线连接，为MCU提供日历时间，这样，单片机可以记录机器的运行时间及其它时间参数；芯片的晶振频率为32.768K ； 存储器运用串行传输方式直接与MCU控制线连接，作为MCU的扩展存储器件，与MCU的片内存储器一起，用来存储单片机的字符数据、工作参数、及其它数据； 液晶显示的8位数据线连接数据总线，其它读写、片选等控制信号引脚直接与MCU的控制线连接，接收显示MCU的各种数据信息； 信号输入模块由3只74HC244与12只D207组成，每只74HC244接4只D207，最多可以形成24路输入信号，D207作为光电隔离器件,一端接74HC244的输入端,另一端通过信号输入与输出接口连接传感器输入信号，3只74HC244的数据线连接到数据总线，片选线连接到MCU的控制线或扩展片选控制线，这样，MCU通过查询方式就可以读入传感器信号； 信号输出模块由3只74HC373U2只D207及若干只功率放大器组成，放大器的输出端经信号输入与输出接口接气缸控制继电器控制气缸动作，放大器的输入端接光电隔离器件D207的输出端，74HC373的数据线连接到数据总线，输出端接光电隔离器D207的输入端，片选线连接到MCU的控制线或扩展片选控制线，MCU的控制信号经74HC373锁存，D207隔离，及功率放大器放大后，变成24伏的继电器...

【专利技术属性】
技术研发人员：包天申，王立文，
申请(专利权)人：杭州三普机械有限公司，
类型：发明
国别省市：