摘要：花式捻線機構的工藝控制十分復雜，花式紗線的加工設備要能夠適應多品種變化的需要，除了相應的機構結構以外，最重要的是要有功能完善、控制靈活的控制器。本文介紹了兩種花式捻線機控制器，即基于單片機的經濟實用型控制器和基于工業PC機的高檔控制器。

    1 引言

    與普通紗線相比較，花式紗線的生產工藝較為復雜。由于花式紗線的種類很多，目前還無法以單一的機構結構適應所有花式紗線的工藝要求。普通紡紗機只要求各個羅拉以一定的速度恒速運轉，而花式紗線紡紗機則要復雜得多。只有部分花式線品種的生產工藝要求羅拉以恒速運行。像結子紗一類的花式紗線，則要求紡紗機的控制羅拉以分段變速的方式運行，有些紗型還要求控制羅拉有短時間的停頓甚至反轉。這不僅要求控制系統本身具有相應的控制功能，而且要有相應的性能良好的驅動元件和傳動系統。

    為了滿足實際應用的需要，除了基本的控制功能以外，控制器還要具備相應的輔助控制功能。這些功能包括：啟動/停機的過渡過程控制；整機聯動調速功能；紗錠成型控制功能；計數計長功能以及故障保護功能等等。由此可見，完善的花式捻線機控制系統是一套復雜的機電一體化系統，整體實現具有相當大的難度。

    早期的花式捻線機是在原有的環錠細紗機基礎上改進而成的，仍然采用原來的集中驅動、分散傳動的機械結構。因此這種花式捻線機的控制也很簡單，但難以滿足復雜紗型的生產工藝需要。

    隨著控制技術的發展，傳統的集中驅動已經逐漸為分散驅動所取代。即錠子采用一臺交流電機驅動，為了使錠子速度可調，通常采用變頻調速?？刂屏_拉均采用獨立的電機驅動。根據不同的控制要求，驅動電機可以采用步進電機、直流電機或交流變頻調速電機。這樣，不僅可以省去集中驅動系統中復雜的傳動機構，而且由于可以分別對每根羅拉進行單獨的控制，便于實現復雜的運動控制，可以紡出傳統的集中驅動式紡紗機所無法紡出的紗型。對于分散驅動的花式捻線機，目前主要有以下幾種控制方式：第一是利用有些變頻器所具備的多段速運行控制功能；第二是采用PLC作為控制器實現所需要的控制；第三是采用專用的花式捻線機控制器。

    以上幾種控制方式中，第一種方式只能實現基本的分段變速運行功能，由于只能控制交流電機，因此無法實現反轉控制，瞬時停頓也很困難。采用簡單PLC所能夠實現的控制功能也是有限的，如果采用高檔的PLC，則勢必增加控制器的成本，且還需要增加相應的輔助控制電路。采用專用的控制器是花式捻線機發展的方向，因為只有專門設計的控制器才能夠滿足花式捻線機的所有功能要求。國外先進的花式捻線機均采用專用的控制器。國內也有不少廠家自行開發了專用的控制器。

    專用控制器通常以CRT或液晶顯示屏作為顯示界面，也有的以LED數碼管進行顯示，配合以相應的操作面板，可以實現各種控制參數和工藝參數的設置和顯示。再根據不同的驅動元件輸出相應的控制信號（頻率信號或電壓/電流信號），可以實現復雜的運動控制。同時還配有相應的輔助控制電路以實現整機的運行控制。

         筆者在幾年以前就開發成功了基于STD總線系統變頻調速交流電機驅動的花式捻線機控制器。在隨后的幾年里，不斷地積累經驗、改進設計以適應更為復雜的生產工藝和控制要求，分別開發了基于單片機的普通型花式捻線機控制器和基于工業PC機的高檔花式捻線機控制器，能夠滿足大多數花式紗線的生產工藝要求，并取得了相應的經濟效益。　

2 基于單片機的控制器

    圖1 花式捻線機控制器總體結構  

    開發基于單片機的控制器的初衷是為了滿足低價位普通花式線紗紡機的需要，因此在設計時十分重視性能/價格比，而以單片機為核心的控制系統具有控制功能強、體積小巧、價格低廉的特點，正好能夠滿足此種控制器的需要。

    基于單片機的控制器應該具有如下的功能：

    （1）能夠控制一臺交流變頻電機（用于驅動錠子）和4根控制羅拉，控制羅拉采用步進電機驅動或獨立于錠子的交流變頻電機驅動。

    （2）能夠適應多數花式線的生產工藝要求（圈圈紗、結子紗等），羅拉可以3種運動方式工作，即連續的勻速運行方式、分段的勻速運行方式和隨機化的分段運行方式。

    （3）清晰簡潔的用戶界面，用LED數碼管作為顯示部件以顯示必要的運行參數和狀態，用戶通過操作面板上盡量少的按鍵進行工藝參數的設置，線型工藝參數可以存儲以便用戶隨時調出使用。

    （4）盡可能高的性能/價格比，要與國內目前花式線的生產設備狀況相適應。

    根據上述整機的功能要求與技術指標要求，我們設計了以8位微處理器為核心的花式捻線機控制器。整機共分為CPU及外圍電路、電池供電RAM電路、LED顯示及操作按鍵電路、頻率（脈沖）輸出電路、方向控制電路、頻率-電壓轉換電路以及輔助控制電路。系統的總體結構如圖1所示。其中CPU采用目前應用較廣的MCS-51系列單片機；電池供電RAM用于存放線型工藝參數；CPU根據用戶所輸入的線型工藝參數通過頻率發生器輸出相應的頻率信號用于驅動步進電機，通過方向控制電路輸出步進電機的方向信號；頻率信號還通過頻率-電壓轉換電路轉換為電壓信號，以便用于控制交流變頻驅動電機或直流電機；輔助控制電路用于提供花式捻線機所必需的運行控制，包括錠子轉速控制、啟動/停止控制與故障保護等。

    通常變頻調速器提供3種外部速度控制信號接口：電流/電壓信號控制、外接端子控制與串行通訊接口控制。本控制器采用外接端子控制，通過3個外接端子的不同連接組合可以8種不同的速度，用一個波段開關即可實現這種控制。