许丽珍
（天津宏大纺织机械有限公司，天津300241）
摘要：分析数码络筒卷绕的关键工艺，采用单锭控制和变频驱动技术，提出一种新的精密卷绕络筒机嵌入式控制
方案，实现了卷绕的数码防叠功能；针对其特点设计了以工业级16位富士通微型控制器MB90F347为控制核心的GA036A 数码精密卷绕络筒机的控制系统，介绍了其断电保护、络纱张力控制设计及软件设计.实践表明，该系统能够满足数码精密卷绕络筒机的高速运转、分层控制、松式及卷装完好的卷绕要求.
关键词：络筒机；精密卷绕；嵌入式；单锭控制中图分类号：TS103.122
文献标志码：A
文章编号：1671－024X （2011）04－0062－03
Embedding electrical single spindle control system of precision package winder
XU Li-zhen
（Tianjin Hongda Textile Machinery Co Ltd ，Tianjin 300241，China ）
Abstract ：Based on the analysis of numeral winding technology ，by adopting single cone control system and frequency
conversion driving technology ，a new numeral precision winding coning project is brought up to realize numeral anti-ribbonning winding.The control system of numeral precision package winder GA036A is designed by using industrial grade 16bit Fujitsu micro controller MB90F347as the core.The design project of its power off save parameters ，tension control and software are introduced.The results show that this system can fulfil the require of high-speed ，numeral lamination ，soft type and perfect package
Key words ：cone winder ；precision winding ；embedding ；single spindle control
收稿日期：2011-04-06
通信作者：许丽珍（1976—），女，工程师，E-mail ：lizhen_xu@tom
第30卷第4期2011年8月
天津工业大学学报
JOURNAL OF TIANJIN POLYTECHNIC UNIVERSITY
Vol.30No.4August 2011
随着化纤类织物的持续增多及其相应织造技术
地震的模拟实验
的不断提高[1]，筒纱染工艺已在织行业中得到了广泛的应用，筒纱质量的优劣直接影响筒纱着的质量[2]以及后道工序的生产效率；且随着纱线支数的提高和织造技术的不断进步，丝光纱、烧毛纱需求量的不断增加以及对纱线附加值的要求，人们对筒纱的质量要求也越来越高.要求筒纱的密度均匀一致、纱线无重叠、无蛛网瑕疵、定长定径准确、纱线退绕好，以使得筒纱在染过程中具有最佳的液体渗透性.本研究探讨基于MB90F347的数码精密卷绕络筒系统，围绕上述问题提出了具体的解决方案. 1总体控制方案
络筒机卷绕的好坏、成型的优劣主要取决于单锭控制系统，本文单锭控制系统简图如图1所示.
横动导纱部分的拨片由一大转矩的步进电机驱动，通过机械齿轮带动两个拨片相向运转，实现纱线在纱筒上的轴向运动；筒纱的卷绕由一异步变频电机
驱动，通过机械齿轮带动纱筒的运转，
厂房屋顶光伏发电实现纱线在纱
第4期筒上的切向卷绕.上述轴向和切向两个运动合成后，
纱线一层一层有规律地卷绕在筒子表面而形成螺旋线形状.张力微电机主要用于控制纱线卷绕过程中的张力.再加上筒纱直径传感器、卷绕电机自带编码器和单片机等，构成了整个单锭控制系统，以实现对筒纱卷绕过程的控制，确保纱线速度恒定、
定长准确.断纱检测装置可确保发生断纱后短时间内快速停车，减少对纱线的磨损；编码器将卷绕电机转动信号反馈给控制系统，以实现卷绕速度的闭环控制；筒纱直径传感器用于检测当前络纱过程中的筒纱直径.
为了保证纱筒具备良好的染性能，需要在从开始卷绕到满筒之间的任何直径点上，筒子上的纱线在空间上成立体交叉，彼此都不平行，保证每层纱线没有重叠，就是说需要对纱筒的卷绕比进行精密控制.所谓卷绕比，就是横动导纱每往复一次，纱筒卷绕的圈数.纱线横向运动的线速度[3]V 2=2Lm .式中：L 为横向导纱动程；m 为纱线每分钟导纱往复的次数.卷绕比i 就是纱线往复一次卷绕的圈数，可表达为：
i =n k =2L k （1）
式中：n k 为纱筒卷绕的圈数；m 为纱线每分钟导纱往
复的次数；d k 为卷绕直径；α为卷绕角；L 为卷绕动程.数码卷绕中i 是最关键的参数之一.在槽筒导纱的络筒机中，α为常数，属等升角卷绕.设槽筒的直径为d 0，螺距为h 0，动程为L ，那么tan α=h 0πd 0
代入式（1）可得
出i =d 02L d k h 0.由于槽筒的圈数决定于2L h 0值，
如果是整数圈槽筒，当卷绕直径d k 与槽筒直径d 0成倍数关系时，i 为整数.当i 出现整数时，纱线便发生重叠.由于纱线直径很细，卷装的直径变化缓慢，因此在一段时间内将持续发生重叠.同一卷装的筒纱中卷绕比i 不止一次出现整数，重叠也就会屡屡发生，导致筒纱的卷绕密度产生不匀.所以数码卷绕直径在一定范围内是等升角卷绕，使得卷装的筒纱卷绕比i 避免出现整数.交叉卷绕有传统的槽筒卷绕（任意卷绕）、恒定卷绕比精密卷绕、数控分层卷绕3种形式，本方案主要实现了恒定卷绕比精密交叉卷绕和数控分层卷绕两种功能，即可使卷绕不会出现重叠.
为实现精密交叉卷绕[4]，单锭控制系统实时采集卷绕电机所反馈的编码器脉冲信号，计算其实时速度[5].根据精密卷绕工艺要求，用特定算法得出横动电机的速度，保证横动电机转速与卷绕电机转速按照卷绕比的定义保持一定关系，让纱线以空间螺旋线形状往复绕在纱筒上.通过精密控制卷绕比，往复卷绕的
纱线彼此交叉，不重叠，即巧妙采用电子齿轮和电子凸轮取代机械齿轮和凸轮传动，实现纱筒的精密卷绕.
2硬件设计
2.1微控制器选择
络筒机的控制系统中，单片机既要实现变频驱动又要实现步进电机驱动，还要和上位机主操作单元传递信息，所以该单锭控制系统需要至少3个通讯口；采用筒纱直径传感器输入模拟信号来检测筒纱直径；采用卷绕电机自带编码器对卷绕电机的转速进行闭环控制.为达成以上要求，本系统选用富士通16位微控制器MB90F347为主控制器，其主要特点是拥有18位时基定时器、看门狗定时器、16位自由定时器、16位PPG 定时器、8/10位A/D 转换器、4通道UART 等.可将4通道UART 中的3个用于系统通讯，余下1个可用于在实验过程中运行在线监控系统，也可在线下载程序；16位自由定时器可用做编码器脉冲计数；10位A/D 转换器可用于将输入的筒纱直径传感器模拟电压值转换为数字量来检测筒纱直径值.通过MB90F347可提高系统的集成度.
2.2断电保护设计
单片机的程序稳定性和运行及数据的安全性是设计者在不同的运行环境中所必须考虑的问题，而最易遇到的问题是受干扰而使CPU 进入死循环.一般情况下设计者会使用软件陷阱和软件看门狗来避免此类现象的出现，但如果是纺织厂这种温湿度较高、持续运行时间较长、电网中由大型设备造成的电压波动较大的恶劣工业环境下，就要使用硬件看门狗来重启CPU ，使程序恢复正常运行.同时，如果电源电压波动较大或断电时，系统可将当前重要数据（如络纱长度是络筒机的一个重要参数）通过I 2C 保存在E2PROM 中，其硬件电路如图2所示.MAX708就是这种既有电源监控、数据保护又有看门狗作用的集成电路芯片.
液压静力压桩机许丽珍：
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精密卷绕络筒机的嵌入式单锭控制系统
63——
天津工业大学学报第30卷
2.3
络纱张力控制精密卷绕加工时，纱线张力的大小直接影响筒子
avalon总线
卷绕的松紧度，从而影响筒子绕纱的容量和染的难易，并影响纱线加工的断头率，因而各种精密卷绕络筒机都有纱线的张力控制环节.特别是供筒子染用的纱线，其加工张力不宜过大，以便获得松式卷筒，从
而有利于染[6].纱线卷装中，
纱层处于受力状态，由于在卷绕的过程中，纱线存在张力，因此外层纱对里
层纱产生压力，逐层传递，使得纱线原来所处的半径减小，纱线的张力降低.当张力变为零时纱线处于松弛状态，在松弛区域内易产生卷装起皱，如遇纱线摩擦因数小时，可能造成纱线沿轴向向外移出，出现胀边.要控制整个卷装密度的均匀性，减少或避免此类现象的发生，就要适当控制卷绕过程中的卷绕张力.本系统张力控制部分的机构简图如图3所示.本方案采用的是A3977，可以简单地通过微控制器输出给A3977的脉冲来控制如图3所示齿轮1的旋转.齿轮1和齿轮2是反方向旋转的，再加上压力弹片可方便地调节纺纱过程中纱线的张力.
3软件设计
系统软件设计包括：基于富士通的工业级16位
微控制器MB90F347的单锭控制系统设计；RS485通讯总线的设计.其中系统的通讯模块均采用中断发送和中断接收，若采用循环扫描，则要占用大部分系统时间，给系统造成很大负担.简化后的流程图如图4所示.
4结束语
该系统以嵌入式微型控制器MB90F347为控制核心，应用计算机控制技术、数字变频驱动技术和运动
控制技术，对原有的精密络筒机进行数字化改造，成功研制了GA036A 数码精密卷绕络筒机的控制系统.实际应用证明，本系统可适应多种卷绕要求，可通过参数设置实现数码分层或精密两种卷绕方式；卷绕比可调；可实现不同起始直径筒管的纺纱，并具备零位设定和校准功能；卷绕速率可高达1000m/min ；预计可实现最多达128锭单锭控制系统同时工作.在新控制系统下卷绕中的每一层纱排列有序，彻底解决了困扰络筒工序的重叠问题，以及精密卷绕中可能引起的在运输过程中纱线的张力松弛问题，使筒子的内、中、外层密度均匀、无硬边、无凸肩、端面齐平，明显提高了筒子染质量.此系统为单锭控制，
适用于小批量多品种的需求.嵌入式微型控制器MB90F347和成熟的变频驱动技术使产品的电气集成度更高更可靠，同时降低了成本，为产品走向市场提供了强有力的保证.参考文献：
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刘敦平.络筒机卷绕工艺的设计要点[J].棉纺织技术，2009（11）：24-26.
[4]裘愉发.精密络筒生产技术[J].丝绸，2003（4）：26-27.[5]张伟林.棉纺织设备电气控制[M].北京：中国纺织出版社，2008.
[6]
smdao何震球.高速精密数码卷绕解决方案[J].自动化博览，2008（S1）：
30-33.
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