基于歐姆龍CPM1A的多路紗線斷線光電檢測系統(tǒng)

陳璐露，羅維平，王光武

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基于歐姆龍CPM1A的多路紗線斷線光電檢測系統(tǒng)

陳璐露，羅維平*，王光武

（武漢紡織大學(xué) 機(jī)械工程與自動化學(xué)院，湖北 武漢 430073）

結(jié)合光電檢測技術(shù)介紹PLC技術(shù)在紡織測試儀器中的應(yīng)用。闡述檢測系統(tǒng)的工作原理、機(jī)械支撐裝置設(shè)計、光電檢測裝置電路設(shè)計和歐姆龍CPM1A程序設(shè)計。將歐姆龍CPM1A應(yīng)用于紡織工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行紗線斷線的檢測，不僅實現(xiàn)了紗線斷線檢測功能，而且能夠完成多路斷線檢測。最后進(jìn)行仿真，驗證設(shè)計方案的正確性。

PLC；光電檢測；紡織測試儀器；斷線檢測

在紡織行業(yè)高速發(fā)展的今天，紡織測試儀器在提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率方面越來越顯得重要。在織布機(jī)中，要求實時檢測紗線是否斷線并對斷線進(jìn)行及時處理。目前，紡織行業(yè)中紗線斷線檢測的方案有以下4種：第一、用光電接收管采集絲線飄過激光光路引起的光強(qiáng)變化，經(jīng)過后續(xù)處理電路后顯示斷線信號[1]；第二、實時拍攝紗線圖片進(jìn)行圖像處理運算，通過一定的算法實現(xiàn)斷線的檢測[2]；第三、通過紗線的張力變化測定是否斷線[3]；第四、對光電檢測中的檢測電路的優(yōu)化處理[4]。

以上四種方案中，光電檢測方案相對結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，但在檢測精度方面受環(huán)境影響較大；通過機(jī)器視覺來進(jìn)行處理的方案對處理器的要求比較高，且成本高，但在精度方面比較可靠；通過對紗線張力的變化進(jìn)行檢測的方案機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，受外界影響較大，通過比較，光電檢測方案似乎更可靠一些。但是，在光電檢測的諸多方案中，大多數(shù)的研究人員致力于檢測電路的優(yōu)化之中，本文基于PLC技術(shù)和光電技術(shù)，輔之以一定的精密機(jī)械設(shè)計進(jìn)行研究，以提高檢測儀器的功用和可靠度，同時減少制造成本。

1 檢測原理

基于光電對管方式的檢測儀器主要由機(jī)械支撐裝置、光電檢測模塊、斷線處理模塊、恢復(fù)工作模塊組成。光電檢測裝置采用半導(dǎo)體激光發(fā)射器作為光源，光電三極管作為接收管。檢測儀處于工作狀態(tài)時，光敏三極管能夠接收從激光發(fā)射器發(fā)射過來的光，光敏三極管導(dǎo)通。當(dāng)紗線處于斷線狀態(tài)時，與紗線相連接的輕質(zhì)檢測塊脫落，遮擋住了從光源發(fā)射過來的光，光敏三極管處于斷開狀態(tài)，直到工作人員做了相關(guān)處理工作為止。

2 檢測儀機(jī)械支撐裝置設(shè)計

機(jī)械作為控制的對象，決定了裝置能實現(xiàn)的功能。機(jī)械裝置要求簡單、成本低廉、易于實現(xiàn)和控制、維護(hù)簡單等，巧妙的設(shè)計和安裝會使功能大大增強(qiáng)。本文力求做到用單一的檢測裝置就能夠檢測多路的紗線斷線狀況。如圖1所示。機(jī)械支撐裝置屬于精密機(jī)械儀器，它的結(jié)構(gòu)決定了它所擁有的功能，它主要由機(jī)械主體、支撐架、檢測片、檢測片上托架組成。機(jī)械主體上安裝了光發(fā)射器和光接收器，支撐架支撐紗線和檢測片，當(dāng)紗線斷的時候，檢測片掉落到檢測片上托架上，上托架上升，將檢測片復(fù)位，然后檢測片上托架下降復(fù)位，準(zhǔn)備下一次工作。

值得注意的是，光發(fā)射源安裝位置和接收位置處于同一條水平直線上，才能夠保證檢測的可靠性。裝置的長度決定于激光發(fā)射器的質(zhì)量和型號，用戶可以根據(jù)自己具體的需求進(jìn)行配置和生產(chǎn)。

圖1 檢測儀機(jī)械支撐裝置

圖2 光電檢測電路

3 光電檢測裝置電路設(shè)計

檢測裝置要求：能夠?qū)崟r檢測紗線的狀態(tài)，并做出相應(yīng)顯示和報警。如圖2所示。

具體工作流程：紗線完好狀態(tài)時，從光源發(fā)射的光到接收管之間的光路正常，光敏三極管導(dǎo)通，斷線指示燈不發(fā)光，蜂鳴器不工作。當(dāng)紗線斷線引起機(jī)械動作時，光路被切斷，光敏三極管開路，此時，斷線指示燈亮，蜂鳴器響。電路工作原理簡單，采用了數(shù)字芯片74LS04（反相器芯片），而信號需求也是識別高低電平兩種狀態(tài)，使得電路更加可靠。

4 歐姆龍CPM1A程序設(shè)計

4.1 控制過程

當(dāng)紗線斷線時，懸掛在上面的檢測片受重力作用下落至檢測片上托架上面，切斷光路，報警器報警。當(dāng)工作人員準(zhǔn)備接線時，按下啟動按鈕，檢測片上托架將檢測片托起上升至于過線孔重合的位置，進(jìn)行接線，接線時間假設(shè)限定為15秒，15秒后，滑塊自動下滑至底部復(fù)位。

4.2 I/O分配

輸入輸出端口地址分配及其功能如表1所示。

圖3 梯形圖

表1 I/O口分配

4.3 設(shè)計梯形圖

檢測系統(tǒng)梯形圖如圖3所示。

4.4 語句表

LD 0.00

OR 10.00

AND NOT 0.01

AND NOT 0.03

AND NOT 10.01

OUT 10.00

LD 0.01

TIM 000

#0150

OUT 10.02

LD TIM000

OR 10.01

AND NOT 0.02

AND NOT 0.03

AND NOT 10.00

OUT 10.01

END(01)

5 PLC仿真

由于在CX-P中CPM1A本身不具有仿真功能，用相似的CP1H代替仿真。用CX-D制作的仿真面板如圖4所示。以下是PLC仿真過程。面板顯示的是觸摸屏信息，左邊反應(yīng)的是檢測片當(dāng)前的狀態(tài)，程序框圖中顯示的是當(dāng)前的數(shù)據(jù)流。如圖4～圖6所示。

圖4 檢測片處于上升時的仿真

圖5 檢測片處于接線時的仿真

圖6 檢測片處于即將復(fù)位時的仿真

6 結(jié)論

為了達(dá)到多路斷線檢測的目的，同時盡量降低儀器成本和檢測可靠度，通過相對簡單巧妙的機(jī)械設(shè)計和PLC仿真，基本達(dá)到了多路檢測和自動化生產(chǎn)功能。

在實際工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)自身生產(chǎn)的特定要求和環(huán)境制定相應(yīng)的機(jī)械檢測裝置和激光發(fā)射源，以及對PLC型號的選擇。本研究致力于創(chuàng)造這樣一種模型和方案，在具體應(yīng)用中應(yīng)做到隨環(huán)境和要求變化。

為了使檢測裝置達(dá)到精確、可靠、便于維護(hù)、成本低廉、使用范圍更廣等要求。還有很多后續(xù)問題可以進(jìn)一步進(jìn)行研究，例如，是否可以做到自動接線工作，做到智能化生產(chǎn)？例如，是否可以做到眾多紗線定位顯示？例如，這種檢測儀器只適用于一維排列的紗線和多維錯開排列的紗線檢測，并不適用于多維等間距的紗線檢測，還需要后期不斷深入研究。

[1] 秦榮. 電腦繡花機(jī)斷線問題的研究[J]. 紡織機(jī)械，2010,（2）.

[2] 王銘銘，方千山，嚴(yán)佳泉，等．圖像處理和達(dá)芬奇技術(shù)在紡紗斷線檢測中的應(yīng)用[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2012，（17）：45-47.

[3] 童詩白，華成英. 模擬電子技術(shù)（第三版）[M]. 北京：高等教育出版社，2001.

[4] 陳建元. 傳感器技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

Based on OMRON CPM1A Multiplex Yarn Break Line Photoelectric Detection System

CHEN Lu-lu, LUO Wei-ping, WANG Guang-wu

(School of Mechanical Engineering and Automation, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

This paper introduces the PLC technology combined with photoelectric detection technology in the application of textile testing instruments. This paper expounds the working principle of the detection system, design of mechanical support device, photoelectric detection device circuit design and OMRON CPM1A program design. OMRON CPM1A was applied to textile testing the yarn break in industrial production, it can not only realize the function of yarn break line detection, but also can complete multiple break line detection. Finally we have carried on the simulation to verify the correctness of the design.

PLC; Photoelectric Detection; Textile Testing Instruments; Yarn Off Detection

羅維平（1967-），女，教授，研究方向：數(shù)字化紡織裝備的檢測技術(shù)與自動控制.

湖北省數(shù)字化紡織裝備重點實驗室開放課題（DTL200909）；中國紡織工業(yè)協(xié)會項目（2011049）.

TU97

A

2095－414X(2014)03－0014－04