基于西門(mén)子S7-200的自動(dòng)縫制單元設計

　　摘要：基于特種工業(yè)縫紉機應用范圍的拓展，性能不斷提升，要求自動(dòng)縫制單元除有縫紉機自動(dòng)縫制的功能外，同時(shí)兼有自動(dòng)送料、自動(dòng)折料、自動(dòng)取料、自動(dòng)定位功能。本文采用電控系統+外置可編程PLC實(shí)現要求功能，電控系統可采用花樣縫紉機的電控系統，外置PLC采用西門(mén)子公司的S7-200PLC，系統和PLC間通過(guò)通信實(shí)現協(xié)調控制。通過(guò)PLC外部電路和時(shí)序控制，實(shí)現自動(dòng)縫制單元中自動(dòng)送料等縫紉過(guò)程中的特殊過(guò)程。

　　隨著(zhù)國內服裝行業(yè)的不斷發(fā)展，服裝產(chǎn)品對縫制設備的縫制質(zhì)量和特種加工要求也越來(lái)越高，對自動(dòng)化程度高的自動(dòng)縫制單元需求也越來(lái)越多。目前，縫制設備正朝著(zhù)技術(shù)集成化、設備專(zhuān)業(yè)化的方向發(fā)展。

　　本文以自動(dòng)縫制單元中貼袋機為例，傳統的貼口袋作業(yè)采用電腦雙針機，不但產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證而且人員配置多，生產(chǎn)效率較低，而自動(dòng)貼袋機可實(shí)現各種口袋以及服裝加工中其他不規則形狀的高速穩定、高精度的縫制，及折邊送料、縫制和疊料動(dòng)作可以一次完成，工作效率是傳統貼袋作業(yè)的6倍以上。為此，在總結已研制的自動(dòng)貼袋機控制系統的基礎上，提出了自動(dòng)完成特殊縫制過(guò)程的解決方案。

　　1 特殊縫制過(guò)程解決方案

　　在貼袋機系統中電控系統基本上可分為以下5個(gè)部分：

　　1)控制中心：采用DSP+FPGA+PLC的結構如圖1，軟件平臺為WIN-CE實(shí)時(shí)操作系統，DSP+FPGA運動(dòng)控制卡和伺服電機驅動(dòng)器構成電控系統的下位機，下位機和PLC之間通過(guò)I/O通信實(shí)現協(xié)調控制，PLC I/O口中I1.2-11.5用于系統到PLC的信號，Q0.6-01.1用于PLC到系統的信號。其中貼袋、花樣的縫制由下位機完成，而折料、送料、疊料輔助動(dòng)作由PLC模塊完成。

　　2)觸摸屏單元：上位機采用TFT液晶顯示+觸摸屏操作人機界面+ARM工業(yè)控制計算機結構，操作時(shí)只需觸摸顯示的形象化圖形符號，即可實(shí)現數據編輯、自動(dòng)縫制、參數設置等各種功能，以方便不同用戶(hù)的實(shí)際需要。

　　3)縫制機頭電機控制：X、Y軸送布電機，C軸送料電機均采用伺服電機，交流伺服電機具有控制精度高、過(guò)載能力高以及良好的轉矩、頻率特性和速動(dòng)性等特點(diǎn)。

　　縫紉機的主軸要求具有很高的轉速來(lái)滿(mǎn)足高速縫紉，同時(shí)又要求具有較大的瞬間過(guò)載能力，保證機針的穿透力量，能輕易將厚料打穿，采用交流伺服電機完全能滿(mǎn)足上述要求。由于交流伺服電機的體積和重量都較小，可用直連方式連接縫紉機主軸，提高了電機的執行效率，減小了整機噪音，便于安裝和調試。

　　4)信號檢測(輸入)：?jiǎn)?dòng)、暫停、復位等開(kāi)關(guān)信號，以及貼袋機各種到位檢測器，檢測各個(gè)動(dòng)作完成情況。

　　5)執行機構(輸出)：該系統中采用PLC控制各種氣閥、電磁鐵執行機構，完成壓料、疊料、翻料等輔助動(dòng)作。

　　該設計中采用控制中心+觸摸屏單元這種雙CPU方式，主從CPU之間采用RS232通信交換數據和信息。該硬件平臺應滿(mǎn)足縫紉機的運動(dòng)控制要求，I/O信號處理，以及一定的功能擴展等。

　　為保證系統運行的可靠性和提高抗干擾能力，電機驅動(dòng)器脈沖、方向控制信號差分輸出，以及其它I/O控制信號經(jīng)光隔輸入/輸出。開(kāi)關(guān)信號光隔輸出，經(jīng)功率管驅動(dòng)放大后控制電磁鐵、電磁閥等電子器件，實(shí)現壓板壓下/抬起、壓腳壓下/抬起、自動(dòng)剪線(xiàn)、撥線(xiàn)、松線(xiàn)等輔助控制功能。啟動(dòng)、壓板、暫停、斷線(xiàn)檢測、零位信號等輸入開(kāi)關(guān)信號也通過(guò)光電隔離進(jìn)入系統。

　　PLC控制采用西門(mén)子公司的S7-200PLC系列的CPU224中央處理單元，該中央處理單元集成14DI/10DO共24個(gè)數字量I/O點(diǎn)，可連接7個(gè)拓展模塊，最大拓展至168路數字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)(CPU224的輸入輸出接口如圖2所示)，并增加了2個(gè)拓展輸出模塊EM222 24VDC 8數字輸出，該系統中共14個(gè)輸入，26個(gè)輸出，輸入包括檢測開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、復位、驅動(dòng)輸入、電控系統通訊等，輸出包括C軸驅動(dòng)的輸入、氣閥控制、電磁鐵控制、電控系統通訊等功能。

　　自動(dòng)貼袋機縫制單元的基本工藝流程如圖2所示，從圖中可以看出這個(gè)流程中除自動(dòng)縫制過(guò)程由電控系統進(jìn)行控制，其余動(dòng)作由PLC完成，在PLC控制的輔助動(dòng)作中折料、疊料均由氣閥控制，壓料由電磁鐵控制，而送料部分由C軸電機完成。

　　2 送料過(guò)程PTO控制

　　在C軸送料過(guò)程中，送料的速度、位置控制由內置S7-200PLC的PTO使用一個(gè)脈沖串輸小用于C軸電機的速度和位置控制。在STEP7 V4.0軟件中可通過(guò)位控向導能自動(dòng)處理PTO脈沖的單段管線(xiàn)和多段管線(xiàn)、脈寬調制、SM位置配置和創(chuàng )建包絡(luò )表等工作，圖3為通過(guò)位控向導創(chuàng )建的C軸電機送料包絡(luò )表以及PTO控制的梯形圖，通過(guò)PTO控制方式克服了以前送料使用氣閥時(shí)產(chǎn)生的送料速度和位置不可控制的問(wèn)題。

　　3 PLC時(shí)序控制

　　PLC I/O信號的電路和PLC時(shí)序控制的設置是實(shí)現PLC功能的關(guān)鍵。這里以貼袋機疊料過(guò)程為例，過(guò)程的時(shí)序動(dòng)作如圖4所示。

　　由疊料過(guò)程工藝流程可得到如圖5疊料過(guò)程的時(shí)序梯形圖。由梯形圖可見(jiàn)，通過(guò)PLC時(shí)序控制可實(shí)現貼袋機中自動(dòng)送料、自動(dòng)折料、自動(dòng)疊料翻料等自動(dòng)縫制外特殊過(guò)程。

　　通過(guò)梯形圖可畫(huà)出疊料過(guò)程的時(shí)序圖(圖6)，該圖可清晰的看出疊料過(guò)程中每個(gè)信號的變化和動(dòng)作時(shí)序，圖中疊料架左移、壓料桿壓下、翻料桿翻料動(dòng)作均由電控系統下位機通過(guò)I/O給PLC輸入信號，從而PLC進(jìn)行動(dòng)作，其他動(dòng)作由到位檢測器檢測到位情況再給PLC輸入信號。在該過(guò)程中疊料架左/右、翻料桿翻轉/回位、壓料桿壓下/抬起均為氣閥進(jìn)行動(dòng)作。

　　4 結束語(yǔ)

　　自動(dòng)縫制控制系統是隨著(zhù)工業(yè)縫紉機的應用范圍不斷擴展，對工業(yè)縫紉機的性能不斷提出新的要求，如要求工業(yè)縫紉機具有自動(dòng)送料、自動(dòng)織邊、自動(dòng)定位、自動(dòng)縫制、自動(dòng)取料等連續協(xié)調的自動(dòng)化工作過(guò)程，而產(chǎn)生的產(chǎn)品，它為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提供優(yōu)良的縫制機械設備的產(chǎn)品。上述縫制過(guò)程控制系統的解決方案，滿(mǎn)足縫紉產(chǎn)品智能化、設備專(zhuān)業(yè)化的要求，解決貼袋機縫制外的其他動(dòng)作，已在國內多家縫紉設備生產(chǎn)企業(yè)得到應用，為這些企業(yè)提供了貼袋縫制的技術(shù)支持。