基于PLC技術的自動縫制單元設計

任 緯，劉必標，楊奕昕

（中國兵器工業第五八研究所 數控產品事業部，四川 綿陽 621000）

隨著國內服裝行業的不斷發展，服裝產品對縫制設備的縫制質量和特種加工要求也越來越高，對自動化程度高的自動縫制單元需求也越來越多。目前，縫制設備正朝著技術集成化、設備專業化的方向發展。

本文以自動縫制單元中貼袋機為例，傳統的貼口袋作業采用電腦雙針機，不但產品質量得不到保證而且人員配置多，生產效率較低，而自動貼袋機可實現各種口袋以及服裝加工中其他不規則形狀的高速穩定、高精度的縫制，及折邊送料、縫制和疊料動作可以一次完成，工作效率是傳統貼袋作業的6倍以上。為此，在總結已研制的自動貼袋機控制系統的基礎上，提出了自動完成特殊縫制過程的解決方案。

1 特殊縫制過程解決方案

在貼袋機系統中電控系統[1]基本上可分為以下5個部分:

1）控制中心：采用DSP[2]+FPGA+PLC的結構如圖1，軟件平臺為WIN-CE實時操作系統，DSP+FPGA運動控制卡和伺服電機驅動器構成電控系統的下位機[3]，下位機和PLC之間通過I/O通信實現協調控制，PLC I/O口中I1.2-I1.5用于系統到PLC的信號，Q0.6-Q1.1用于PLC到系統的信號。其中貼袋、花樣的縫制由下位機完成，而折料、送料、疊料輔助動作由PLC模塊完成。

2）觸摸屏單元：上位機采用TFT液晶顯示+觸摸屏操作人機界面+ARM工業控制計算機結構[4]，操作時只需觸摸顯示的形象化圖形符號，即可實現數據編輯、自動縫制、參數設置等各種功能，以方便不同用戶的實際需要。

3）縫制機頭電機控制：X、Y軸送布電機，C軸送料電機均采用伺服電機，交流伺服電機具有控制精度高、過載能力高以及良好的轉矩、頻率特性和速動性等特點。

縫紉機的主軸要求具有很高的轉速來滿足高速縫紉，同時又要求具有較大的瞬間過載能力，保證機針的穿透力量，能輕易將厚料打穿，采用交流伺服電機完全能滿足上述要求。由于交流伺服電機的體積和重量都較小，可用直連方式連接縫紉機主軸，提高了電機的執行效率，減小了整機噪音，便于安裝和調試。

4）信號檢測（輸入）：啟動、暫停、復位等開關信號，以及貼袋機各種到位檢測器，檢測各個動作完成情況。

5）執行機構（輸出）：該系統中采用PLC控制各種氣閥、電磁鐵執行機構，完成壓料、疊料、翻料等輔助動作。

圖1 系統結構Fig.1 The system structure

該設計中采用控制中心+觸摸屏單元這種雙CPU方式，主從CPU之間采用RS232通信交換數據和信息。該硬件平臺應滿足縫紉機的運動控制要求，I/O信號處理，以及一定的功能擴展等。

為保證系統運行的可靠性和提高抗干擾能力，電機驅動器脈沖、方向控制信號差分輸出，以及其它I/O控制信號經光隔輸入/輸出。開關信號光隔輸出，經功率管驅動放大后控制電磁鐵、電磁閥等電子器件，實現壓板壓下/抬起、壓腳壓下/抬起、自動剪線、撥線、松線等輔助控制功能。啟動、壓板、暫停、斷線檢測、零位信號等輸入開關信號也通過光電隔離進入系統。

PLC控制采用西門子公司的S7-200PLC系列的CPU224中央處理單元，該中央處理單元集成14DI/10DO共24個數字量I/O點，可連接7個拓展模塊，最大拓展至168路數字量I/O點或35路模擬量I/O點（CPU224的輸入輸出接口如圖2所示），并增加了2個拓展輸出模塊EM222 24VDC 8數字輸出，該系統中共14個輸入，26個輸出，輸入包括檢測開關、啟動開關、復位、驅動輸入、電控系統通訊等，輸出包括C軸驅動的輸入、氣閥控制、電磁鐵控制、電控系統通訊等功能[5]。

圖2 貼袋機基本工藝流程Fig.2 The basic process of patch pocketmachine

自動貼袋機縫制單元的基本工藝流程如圖2所示，從圖中可以看出這個流程中除自動縫制過程由電控系統進行控制，其余動作由PLC完成，在PLC控制的輔助動作中折料、疊料均由氣閥控制，壓料由電磁鐵控制，而送料部分由C軸電機完成。

2 送料過程PTO控制

在C軸送料過程中，送料的速度、位置控制由內置S7-200PLC的PTO使用一個脈沖串輸出用于C軸電機的速度和位置控制。在STEP7V4.0軟件中可通過位控向導能自動處理PTO脈沖的單段管線和多段管線、脈寬調制、SM位置配置和創建包絡表等工作，圖3為通過位控向導創建的C軸電機送料包絡表以及PTO控制的梯形圖，通過PTO控制方式克服了以前送料使用氣閥時產生的送料速度和位置不可控制的問題。

圖3 PTO包絡表和C軸電機PTO控制Fig.3 Envelope table of PTO and PTO control of C axismotor

3 PLC時序控制

PLC I/O信號的電路和PLC時序控制的設置是實現PLC功能的關鍵。這里以貼袋機疊料過程為例，過程的時序動作如圖4所示。

圖4 疊料過程工藝流程Fig.4 Fold thematerial process technological process

由疊料過程工藝流程可得到如圖5疊料過程的時序梯形圖[6]。由梯形圖可見，通過PLC時序控制可實現貼袋機中自動送料、自動折料、自動疊料翻料等自動縫制外特殊過程。

圖5 疊料過程的時序梯形圖Fig.5 The sequential ladder diagram of fold thematerial process

通過梯形圖可畫出疊料過程的時序圖（圖6），該圖可清晰的看出疊料過程中每個信號的變化和動作時序，圖中疊料架左移、壓料桿壓下、翻料桿翻料動作均由電控系統下位機通過I/O給PLC輸入信號，從而PLC進行動作，其他動作由到位檢測器檢測到位情況再給PLC輸入信號。在該過程中疊料架左/右、翻料桿翻轉/回位、壓料桿壓下/抬起均為氣閥進行動作。

圖6 疊料過程時序圖Fig.6 Timing diagrams of fold thematerial process

4 結束語

自動縫制控制系統是隨著工業縫紉機的應用范圍不斷擴展，對工業縫紉機的性能不斷提出新的要求，如要求工業縫紉機具有自動送料、自動織邊、自動定位、自動縫制、自動取料等連續協調的自動化工作過程，而產生的產品，它為提高勞動生產率，提供優良的縫制機械設備的產品。上述縫制過程控制系統的解決方案，滿足縫紉產品智能化、設備專業化的要求，解決貼袋機縫制外的其他動作，已在國內多家縫紉設備生產企業得到應用，為這些企業提供了貼袋縫制的技術支持。

[1]林金朝，游林儒，徐芹文.工業縫紉機電氣控制系統的研制[J].機電工程，2008（11）:61-64.LIN Jin-chao，YOU Lin-ru，XU Qin-wen.Development of electrical control system for industrial sewing machine[J].Journal of Inechanical&Electrical Engineering，2008（11）:61-64.

[2]蘇奎峰.TMS320X281x DSP原理及C程序開發[M].北京:北京航空航天大學出版社，2008.

[3]楊奕昕，張玉輝，趙毅忠.嵌入式技術在花樣縫紉機控制系統中的應用[J].兵工自動化，2010，29（12）:73-74.YANGYi-xin，ZHANGYu-hui，ZHAOYi-zhong.Theapplication of embedded technology to pattern sewing machine control system[J].Ordnance Industry Automation，2010，29（12）:73-74.

[4]陳嘖.ARM嵌入式技術實踐教程[M].北京:北京航空航天大學出版社，2005.

[5]王衛兵.PLC系統通信、拓展與網絡互連技術[M].北京:機械工業出版社，2005.

[6]李長軍，劉福祥，王明禮.西門子S7-200 PLC應用實例解說[M].北京:電子工業出版社，2011.