ASCII-BASIC 模块在高速络筒机PLC控制中的应用（上）

前言: 近年来，纺织机械的发展远远落后于纺织业的要求，1994年我国国外纺机进口26.2亿美元，而国产纺机在国内市场的占有率只占四分之一。国内的纺机厂需要在引进技术并达到进口机型质量水平的基础上，逐步实现国产化以替代进口。"八五"引进技术重中之重的自动络筒机就是一例。 系统结构: 95年下半年我们在分析国外高速自动络筒机的基础上，成功开发了一种先进的自动高速络筒机，实现了进口设备的全部功能，使原来功能单一的络筒机具有了多种络绕方式以适应不同的原料品种，并且首次在纺机的PLC控制中采用了协处理器型（Co-processer）BASIC语言系统和模块。本文着重介绍ASCII-BASIC模块及其语言在PLC中的应用。 在PLC控制中选用KOYO S 系列中性能价格比较高的中型PLC SU-6B，其性能能够满促控制功能，并且可以由ASCII-BASIC模块进行复杂的运算，提高速度和降低成本。 SU-6B CPU模块内包含一个RS-232/422通讯借口，在该系统重可以用来连接触摸操作的可编程操作显示器GV-50，在这个操作显示器上设定/显示所有的工作数据，运行情报和给PLC辅助运行指令，由于这个操作显示器的使用，所有的人机接口的操作非常直观和方便。 DM是专用数据通讯接口模块，用于整个工厂或车间，中控室的联网运行。在这个网络上，可以根据网络中的站数决定是否采用管理PLC。站数较多时为了减轻一位计算机的负担采用专门的PLC对下级各种采集数据；站数较少时直接由上位计算机采集也可以。 ABM是SU-6B CPU 上使用的 ASCII/BASIC 协处理器（Co-processer）模块，在ABM模块内通过BASIC程序进行复杂的数据运算，与PLC内的运算相比，不仅编程简单，速度快，更重要的是可以完成SU-6B PLC 不能而必须的运算，例如浮点数据运算，三角函数，字符串处理等。模块通讯口可以外接通讯型显示器，计算机，打印机等。 HSC #1高速计数模块用于对锭子电机采样计数测量转速。 HSC #2 高速计数模块主要用于对成型电机反馈脉冲计数控制成型运动，另外利用模块的自动搜寻原点功能可以精确的使机械回原点，手动功能可以控制机械手动调整。 D/A用于控制成型电机和锭子电机的转速输出。 A/D用于激光处理器测量动态致敬，但通常它只在自动的络绕方式下起作用，用来测试运行，由此可以得到络绕的密度作为数据设定的依据。 ASII-BASIC 模块及语言: ABM模块通过BASIC语言程序，可以访问PLC地I/O点，中间继电器等位功能存储器，以及数据寄存器。位功能存储器的状态和数据寄存器的内容也可以被ABM控制。 SU-6B CPU地ABM模块可以安装在任意位置，并且不占I/O点。（SR系列的ABM模块略有不同。） PLC系统上电时，ABM模块可以根据设定进入RUN或COMMAND 方式，在RUN方式下执行BASIC程序的内容，在COMMAND 方式下执行键盘键入的命令。ABM的运行于PLC CPU 的运行没有关系。 RUN方式下的ABM BASIC语言和语法与通常BASIC相似，特别是QBASIC，ABM程序可以几乎经过修改在QBASIC系统下运行，只不过ABM程序中对PLC功能存储器的访问在QBASIC中会被当作数组来操作，例如：SU6-R(1400)，SU6-M(1000)在ABM程序中访问数据寄存器R1400和中间继电器M1000而同样程序在QBASIC中会被当作大的数组。 COMMAND的方式下的命令包括程序的传送，参数地设定，打印程序等菜单操作，以及直接命令的键入，例如删除、保存、列表程序，选择程序，运行程序，运行方式改变等。 运转方式的计算过程: 目前在该络筒机中可以实现以上的络绕方式，所有的参数都通过触摸屏操作，可以设定任意的工艺参数，络绕参数和线束卷绕的时间、类型和位置。 对以上任一种卷绕方式、主要是对成型和锭子两个电机的控制，即成形电机：控制成形往复运动，使线束在上侧-下侧返回点之间运动，同时控制运动速度。 锭子电机：控制锭子恒线或恒锭速的运行，及锭子的运行方向。 在恒线速度设定方式下为了实现张力恒定和成型形状的控制，随着络绕直径的增大，锭子电机的转速非线性的减少，成型电机来回移动的行程非性线的减少，即锭子电机转速和成型电机移动量与锭子直径%D的动态关系。在以前的络筒机的控制中通常采用硬件控制的方法来控制成型电机的移动量，例如由一个专用的小电机来匀速（或非匀速）的减小成型电机的移动量，在行程两端靠接近开关控制成型电机的换向，而锭子电机的转速由PLC控制。这样做使调整参数不灵活，而且络绕方式的改变也不方便。 在上面实现的络绕方式中，以反络式和平行式络绕控制时要求恒线速的控制，并且取消小电及和行程两端的接近开关，只有机械极限限位开关，因此对成型电机和锭子电机的控制全部由PLC来完成。对其它要求恒锭速控制的方式重，对成型电机的控制也是一样，因此在PLC内解决络绕动态直径%D的计算成了关键。 这里以反络式和特种卷绕方式说明 反络式： 反络式通常设定以下参数，如下： 以上三个公式中，D是络毕最大直径，A为络毕横梁宽度，可以求出D和A。 D是关键，由它知道络毕时的直径后，才能确定运动中直径变化，从而控制锭子卷绕的恒线速度，A可以用来检验参数设定的正确性，当络毕A角小时，PLC和ABM都会来不及运算。 但是，在PLC内靠梯形图程序来解决这样一个方程，是非常困难的，只能由协处理起来完成。ABM内可以通过与通常BASIC差不多的语句和语法编程，并且可以实现浮点数据运算。经过试验，在486的个人计算机上，解这样一个方程需要5秒左右，在以8031为处理器的ABM模块中，解出同样的方程约需40-50秒左右，但是毕竟比PLC内靠梯形图程序来解这样一个方程要方便多了。更重要的是它还可以进行SU-6B CPU不能进行的三角函数的运算功能，而不需要近似或查表的方法来进行。 在ABM模块内采用逐次逼近的方法求出最大直径，精确到0.1mm,BASIC程序如下: 线速在上下侧返回点之间的往复运动，根据行程和升降速度的不同，大约在2-5秒内变换一次方向，也就是说对成形电机的上下侧返回点的计算，对锭子动态直径和锭子电机的速度计算（恒线速度则电机转速与运动直径有关）需要在2-5秒内完成一次。PLC仅控制电机的转向和D/A转速输出控制，以及其它常规开关量，扫描时间为30ms左右也来得及的。 ①②③式和前面的BASIC程序也是适应于运动动态过程的。如果根据%W=Vy*T-RUN*p.（T-RUN为运行计时），再根据①②③式和上面的程序关系，而由ABM进行的动态直径的计算，%D=f(W,p,Rad,D,d,T,Vy…)，再计算出所需的转速和成形电机新的行程，根据上面的计算试验，在2-5秒内显示是来不及完成的，因此，对动态直径的计算只能采取近似的方程，假定成形电机每次换向后，行程是按同样的比例减小的，最为简单。 于是: %A=T=Xtn,Xtn=△Xt1+△Xt2+△Xt3+… △Xtn=n*△Xt ④ Xt1=T**2-A**2 Xt2=2*TSUM*Vt*Vt-(T+A)*Vt △Xt=Xt1/Xt2 (n为换向次数，△Xt为均等减小量，TSUM为总运行时间) （其中△Xt1=△Xt2=…=△Xn为第n次换向在上一次行程上的减少量，Xtn为第n次对初始行程的减少量。） %D=(T-%A)*Tan(Rad)+d ⑤ （由③式变换得到） %ω=2*Vy/%D ⑥ 这是简单的计算方法，其结果式络绕出来的形状是所要求的直线成了图四所示的弧线，不仅外观不漂亮而且影响下道工序倍捻。因此需要对公式计算的结果进行修正，有两种方法：1． 直接修正Xtn 前面的公式中△Xt是一次计算的结果，%A是按换向次数成比例的减小。 如果修正Xtn，且与n有关，不是按比例减小，而是n越大，△Xt越小，则可以修正直线。 公式略。 2． 直接修正%A（间接修正Xtn） 按1.修正方法修正的公式比较复杂，为此可以根据需要修正的结果，直接在%A的计算结果上修正，采用分段二次曲线修正,BASIC程序部分如下： K1=2/3, K2=81 ；rem SQR(81)=9,修正量为0-9mm T-kml=K1*T-SUM ；按总运行时间分前段修正区，T-SUM为计算出的总运行时间，运算公司略。 T-km2=(1-K1)*T-SUM ；按总运行时间分后段修正区 T-modil=T_kml/K2 ；前段修正区按时间均分成K2段 T-modi2=T_km2/K2 ；后段修正区按时间均分成K2段 IF(T_RUN<=T_kml) THEN MODI=SQR(T_RUN/T_modil);T_RUN为线在运行时间IF (T_RUN>T_kml) THEN MODI=SQR((T_RUN_T_kml) T_modil2) DIS=%A-MODI ；%A的计算同 ④式 ；%A的计算同 ⑤式