1 引言

在纺织工业中，由于织造时经纱反复受到各种外力的多次作用（拉伸、弯曲、冲击及摩擦）容易使纱线结构松散，起毛而断头，或纤维纠缠致使开口不清。为了在织造中提高经纱的可织性，使经纱增强，耐磨提高20-40%,并卷绕成浆轴，减伸率维持在20-25%，需要采用浆纱工艺技术。

浆纱机是纺织厂前织工序的重要设备，浆纱机的质量对布机的效率和质量有极大的影响。浆纱工序是织前准备的重要工序，尤其是现在高速织机迅速发展，对织轴质量的要求也越来越高。

本文介绍的浆纱长度自动检测系统，采用plc自动检测浆纱伸长率、织轴卷绕匹数、墨印内卷绕长度；当实际卷绕匹数与设定的织轴卷绕匹数相等时，系统发出声光报警,提醒工作落轴；同时微型打印机自动打印设定墨印长、实际卷绕匹数；采用人机界面发出控制指令及设定数据，并显示浆纱伸长率、织轴卷绕匹数、墨印内卷绕长度。系统最大测控能力：墨印长99.99m，匹数255匹，伸长率+9.999m和-9.99m。

2 系统工作原理

2.1 打墨印记匹

如图1所示，在浆纱机的拖引辊轴端安装码盘，码盘上装有一块磁钢，拖引辊每转一周，磁钢接近霍尔元件一次，使其发出一个脉冲，经有关电路送入plc，与其相应的程序进行计数(n1)，当n1与设定墨印长所对应的拖引辊转数nb相等时，说明浆纱已经卷绕了一个墨印长，此时由程序控制，经plc输出驱动打印器电磁线圈，使打印器在浆纱上打上墨印标记。与此同时，记匹计数器内所记录的实际卷绕匹数ks增1。当ks与设定的织轴卷绕匹数kb相等时，系统发出声光报警，提醒工人落轴；同时微型打印机自动打印出该织轴的设定墨印长lm、实际卷绕匹数k1和轴平均伸长率e。为此，系统运行前要键入lm及设定卷绕匹数kb。拖引辊周长设为l1，当用户经触摸屏设定lm和kb后，程序自行运算。

图1 旋转传感器磁体设置

打印器采用打墨印锤，打墨印锤采用电磁线圈ka驱动，如图2示所示。

图2 打墨印锤

2.2 检测伸长率

检测浆纱伸长率的方法有定长测量法、测长表法、测速法、电测法等几种。为在浆纱过程中及时检查并控制好浆纱伸长率，浆出高质量的织轴，本设计选用第三种“测速法”来实现对浆纱伸长率的自动检测。

与拖引辊相同,在浆纱机引纱辊轴端也安装磁钢码盘与霍尔元件。引纱辊和拖引辊每转一周，相应的霍尔元件传感器各产生一个正脉冲信号，送入plc的输入端，plc内部计数器对其计数，进而实现对引纱辊、拖引辊表面速度的检测。

本系统利用拖引辊、引纱辊每转14转（卷过10m左右）定时器t1和t0的时间累加值之差求出段伸长率e。

设拖引辊转14转t1的累记时间为t1x，拖引辊转14转对应的浆纱长度为l1x，拖引辊直径d1=22.528cm，拖引辊表面线速度v1，引纱辊转14转t0的累记时间t0x，引纱辊14转对应的浆纱长度l0x，引纱辊直径d0=22.561cm，引纱辊表面线速度v0，则段伸长率e为

3 系统硬件设计

3.1 系统组成框图

系统组成框图如图3所示。其中引纱辊，拖引辊用来拖引纱布使其上浆；两个测长传感器分别用于监测引纱辊，拖引辊的转数；plc用于控置打墨印装置和声光报警装置，使其在规定的要求下作出反应；人机界面可以在线显示相应的工作数据，方便操作人员进行相应操作。

图3 系统组成框图

最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。本系统选用f940got-lwd-c触摸屏作为人机界面。plc选用三菱公司的fx2n-16mr系列产品，测长传感器选用霍尔传感器。打印机选用tpup-at微型面板式打印机。

3.2 plc控制电路

本系统有一个启动开关sa1，一个人工打墨印开关sa2及拖引辊霍尔传感器脉冲输入信号b1、引纱辊霍尔传感器脉冲输入信号b2，共占用plc四个输入点。输出信号有一个打墨印输出线圈ka和一个声光报警输出yh，共占用plc两个输出点。它们与plc的接口电路如图4所示。nbsp

4 系统软件设计

4.1 系统工作流程图

图5 系统工作流程图

系统工作流程如图5所示。首先通过触摸屏输入设定墨印长lm和设定织轴卷绕匹数kb，然后执行plc程序，计算拖引辊转数，并与设定墨印长对应的转数比较，达到设定值时打墨印、记匹，检测、计算段伸长率。满轴时停止系统运行，发出声光报警，同时通过触摸屏显示段伸长率并声光报警，打印机打印设定墨印长和实测卷绕匹数。

4.2 人机界面的设计

本系统使用的是f940got-lwd-c人机界面，使用的人机界面设计软件是gt designer2。创建画面过程如下。

（1）参数设定及数据显示报警画面设定。按系统要求检测浆纱伸长率,所以在系统启动前需要输入两个固定数值:设定的墨印长lm和设定的织轴卷绕匹数kb。

设定的墨印长lm画面创建如图6所示。设定的墨印长lm通过画面设定并保存在plc的数据寄存器d1中。

图6 设定墨印长lm

设定的织轴卷绕匹数kb画面创建如图7所示。设定的织轴卷绕匹数kb通过画面设定并保存在plc的数据寄存器d4中。

图7 设定织轴卷绕匹数kb

此外，还需要在界面中显示经过程序计算的段伸长率e。段伸长率e显示画面创建如图8所示。程序计算的段伸长率e保存在d12中。

图8 设定伸长率e

当织轴卷绕匹数达到设定的卷绕匹数时，要声光报警，提醒人工落轴。声光报警位元件为y001，画面创建如图9所示。

图9 设定声光报警位元件y001

同时将y001的显示方式设置为“on”，当系统进行声光报警时，人机界面会自动控制连接其上的打印机进行打印，实现其“画面硬拷贝”功能。

（2）设计的系统画面。人机界面系统画面如图10所示。

图10 系统画面

4.3 系统工作梯形图

系统梯形图如图11所示。图中数据寄存器d1存放由触摸屏输入的设定墨印长lm，d4存放由触摸屏输入设定织轴卷绕匹数kb。通过flt指令转换为二进制浮点数分别存放在d20、d22。计算拖引辊周长l1=πd1并存放d3d2中，计算设定转数存放d6d5中，通过dint指令将浮点数转换为整数存d24中。c0对由x2端输入的拖引辊转数脉冲进行计数，每转一圈计数一次，当计数次数等于nb（d24值）时，c0触点使y0线圈接通打墨印。c1用于记录实际匹数，当实际匹数等于设定织轴卷绕匹数kb（d4值）时，c1触点使y1线圈接通声光报警，提醒人工落轴。t1、t0分别记录拖引辊、引纱辊转14转的时间，c2、c3分别对拖引辊、引纱辊转数计数，当它们转满14转时，由mov指令将所需时间分别送入d9、d8中。浮点运算指令计算段伸长率并存入d46中，经dint指令转为整数后送d12中，然后通过触摸屏显示。nbsp

图11 系统工作梯形图

5 结束语

综上所述，采用plc控制的浆纱机自动测长系统，硬件结构简单，成本低廉，响应速度快，性能、价格比很高，具有很高的可靠性。另外还可以根据实际需要很方便地进行扩展。程序稍作修改，就可以满足用户不同的控制要求。