邮局订阅号：元年技术创新测控自动化《PLC技术应用200例》您的论文得到两院院士关注基于的特种工业缝纫机（中国兵器工业第五八研究所）石航飞郭丽由于特种工业缝纫机较一般工业缝纫机控制目标更多、任务更重，从而导致它对面线张力开关、脚踏板开关以及电磁阀控制的精度不高，以致缝制出的图案不规整，容易断线。针对此问题，本文以工业缝纫机的从机部分为研究对象，提出了一种基于的特种工业缝纫机系统。试验结果表明将与电控系统相结合，既可提高从机系统的控制精度，又可提高缝纫机的整体性能。

　　特种工业缝纫机电磁阀面线张力开关脚踏板开关引言工业缝纫机是在电子技术和微处理器技术基础上发展而形成的机电一体化技术。面线张力开关、脚踏板开关、电磁阀是工业缝纫机的重要组成部分。目前，面线张力开关、脚踏板开关等外部输入信号与电磁阀等输出信号均被嵌入电控系统中由其统一控制，这种控制方式经常出现控制不准、电磁铁发热及噪声大等问题，导致缝制出的图案不规整，容易断线。故本文引入PLC电控系统的设计方案，开发一款智能化缝制单元控制系统并用于特种工业缝纫机，以解决上述问题。

　　智能化缝制单元控制系统的构成本控制系统集伺服驱动系统与运动控制系统于一体。可控制4个进给电机（轴1，轴1，轴3，轴4），2个交流伺服主轴电机（轴A，轴B），具有2个光电隔离的面线张力开关和2个光电隔离的脚踏板开关输入，5个光电隔离的电磁铁输出、2个PWM调节的LED灯驱动输出。总体结构设计，如图1所示。

　　电控系统采用DSPFPGAIPM的架构来实现对主轴电机的伺服驱动和给进电机的运动控制功能。其中DSP芯片选用TI公司的TMSF2812芯片，具有集成度高、运算速度快和控制功能强等特点，主要完成速度，电流，位置环的计算和2组不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还内藏有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并发出5路PWM波实现对5个电磁阀的控制。

　　PLC则采用西门子S7200系列的产品，进行控制开关量输入与电磁阀输出，从而实现自动送料、叠料等任务。S7200是可编程序控制器，它具有较高的工业环境适应性和自诊断功能。

　　电控系统与PLC控制系统之间通过RS485进行通信。

　　硬件系统组成2.1 PLC基本结构分析PLC是一种可编程控制器，从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。无论是固定式PLC还是模块式PLC都由CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等组成。但两者的区别在于：前者中的这些元素组合是一个不可拆卸的整体后者中的这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC内部结构组成如图2所示。

　　2.2 PLC硬件结构设计石航飞硕士高级工程师基金资助国家科技型中小企业技术创新基金支持项目，特种工业缝纫机智能化控制系统技术创新元年邮局订阅号：《现场总线技术应用200例》测控自动化开关量输入信号和电磁阀输出信号分别与PLC（S7200）的输入、输出端子连接。地址分配表、连接示意图分别、图3所示。

　　由于PLC外接的负载（电磁阀）需输入的额定电流较大约23A，所以需采用继电器输出的方式来驱动电磁阀的线圈。图2 2.3电磁阀硬件结构设计电磁阀的控制主要是由PLC实现的。PLC内部的CPU根据收到的控制命令，产生对应的PWM波形，PLC输出端子再根据接收到的PWM信息决定继电器的开断，从而达到对电磁铁的吸合控制。*后通过RS485接口通信将相关信息传给电控系统。继电器驱动电路如图4，继电器K由PWM波驱动，当PWM波处于高电平时，继电器导通，电磁铁处于吸合状态，当PWM波处于低电平时，继电器关断，电磁铁处于断开状态。通过控制PWM波的频率和占空比，有效地控制继电器的通断时间，VD1是保护二极管、线圈。电磁线圈连接示意图如图5所示。

　　2.4开关硬件结构设计本系统控制的面线张力开关和脚踏板开关都属小型部件，不需要太大功率，所以只需将它们直接连接到PLC的输入端子即可。

　　软件系统组成3.1电磁阀PWM算法设计对电磁阀控制的PWM波是由S7200内部CPU产生的。

　　对单个电磁阀控制的具体实现过程（其余4个的控制方法一样）：在CPU内部设置定时器T1，定时周期为5us，当PWM端输出由低到高跳变时，启动定时器T1计数，计满5us后将数据信息传送给PLC输出端子。

　　CPU内部工作流程如下：在一个PWM周期中，当PWM电平由低变高时，D触发器和计数器的使能端相连，输出计数使能信号，计数器开始计数。当计数器计满200（系统时钟），计数器C端输出低电平，触发与其相连的D触发器使Q端输出低电平，在下一个CLK时钟周期，该触发器的时钟输出恢复为高电平。同时，计数器使能端输入变为1，禁止计数器计数，直到下一个PWM波周期的到来。这样就可控制继电器的开断，从而达到对电磁阀输出信号的控制。

　　3.2 PLC软件设计系统软件主要由初始化程序、主程序和中断服务子程序组成。初始化程序主要完成对PLC初始设置。主程序主要完成PLC的控制和通讯等功能。定时器中断服务子程序是该系统的核心程序，主要完成定时中断控制、PWM生成、输出控制信号等功能。整个系统采用结构化编程，系统设计流程图如图6所示。

　　通信4.1通信方式选择S7200 PLC支持多种通信协议，其中自由通信口模式是它特有的功能。自由端口通信协议具有诸多优点，如：该端口可以完全由梯形图程序控制，利用梯形图程序中的程序完成中断、字符接收中断、发送完成中断、发送指令（XMT）和接收指令（RCV）实现S7200与电控系统之间的通信通讯网络由电控系统和PLC通过RS485以及电缆组成，这种通信方式费用较低、使用方便。

　　由于电控系统内部设计的串行通信端口是RS232，而PLC（S7200）自由通信口是RS485，因此电控系统上的RS232接口需先通过RS232/RS485转换器，再与PLC端口相连接。西门子公司提供的电缆带有RS232/RS485转换器，因此可直接采用这种电缆，不需增加任何硬件便可将PLC和电控系统连接起来，连接示意图见图7所示。

　　衔铁闸轮闸瓦弹簧邮局订阅号：元年技术创新测控自动化《PLC技术应用200例》您的论文得到两院院士关注4.2自由口模式下PLC与电控系统的通信方法在本系统中，令电控系统作为主站，可以实现对PLC从站寄存器的读/写操作。电控系统通过串口发送指令到PLC的端口，PLC通过RCV接收指令，再经译码、调用读/写子程序实现相应的操作。

　　电控系统每次会发送一个指令来实现一次读/写操作。电控系统的发送指令格式。

　　当PLC接收到电控系统发送的指令时，立刻发送一个反馈信息，指令格式见表3.

　　由于电控系统与PLC之间交换的数据至关重要，是本系统实现的关键。为了保证它们之间的通信准确无误，因此我们在相应软件中加入了握手的方法，即当一方发送数据时另一方必须处于接收状态。电控系统通信程序流程图与PLC通信流程图分别见图8，图9所示。

　　结束语实验证明，该系统不但确保了由主轴电机、步进电机等组成的电控系统正常运行，而且提高了系统对电磁阀、面线张力开关以及脚踏板开关的控制精度。由图10可知，采用该方法缝制出的图样有了较大的改善，而且有效地解决了容易断线的问题。

　　本论文创新点：将PLC与电控系统相结合，组成特种工业缝纫机的控制单元，该设计方案能很好的解决原系统对面线张力开关、脚踏板开关以及电磁阀控制的不精准，*终出现缝制出的图案不规整，容易断线等问题。

　　本作者对本文版权全权负责，无抄袭。

　　机械工业出版社， 2007： 131.

　　京：北京航空航天大学出版社， 2004.

　　：石航飞（1968 ），男（汉），四川省绵阳市人，中国兵器工业第五八研究所数控部部长，高级工程师，硕士，主要从事计算机控制、交流伺服驱动方面的研究。

　　四川绵阳中国兵器工业第五八研究所数控事业部石航飞郭丽通讯地址四川省绵阳市游仙区仙人路二段七号数控部石航飞地址：北京市海淀区中关村南大街乙12号天作1号微计算机信息现场总线技术应用例已出版，每册定价元含邮资汇至