CN102540957B - 具有摆频功能的可编程逻辑控制器及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种具有摆频功能的可编程逻辑控制器，包含一摆频一次下降模块、一摆频二次下降模块、一摆频一次上升模块、一摆频二次上升模块、及一控制模块。摆频一次下降模块用以将一变频器的一摆频最大振幅频率降低至一摆频最大跳跃频率。摆频二次下降模块用以将摆频最大跳跃频率降低至一摆频最小振幅频率。摆频一次上升模块用以将摆频最小振幅频率提升至一摆频最小跳跃频率。摆频二次上升模块用以将摆频最小跳跃频率提升至摆频最大振幅频率。控制模块用以循环执行摆频一次下降模块、摆频二次下降模块、摆频一次上升模块、以及摆频二次上升模块。本发明可利用可编程逻辑控制器搭配一般变频器来实现纺织业所需的摆频功能，而无须使用专用变频器。

Description

具有摆频功能的可编程逻辑控制器及其方法
技术领域
本发明是有关于一种摆频方法，且特别是有关于一种利用可编程逻辑控制器执行的摆频方法。
背景技术
在人们日常生活中，纺织产品可以说是不可或缺的民生必需品，而纺织机械的精密集成度显著地影响纺织品的优劣。近年来，随着人们生活水平的提高，越来越多人对服饰、日常生活用品的质量要求越来越高，因而高精密集成的纺织机械在近几年来，一直处于不断上升的趋势。因此，对纺织工艺中的纱锭成型过程的精确掌控也就显得尤为重要。
在纺织机械卷绕过程中，纱锭成型可以分由两个独立的运动叠加而成，一者为恒速(constant speed)旋转运动，用以旋转纸统，另一者为往复(traverse)运动，用以来回摆荡纱线。透过两个运动的叠加，纱线在纸筒表面形成菱形网状运动轨迹。如果两个运动都是匀速运动，则势必在纱线相交处形成鼓包，不利于卷绕成型，甚至会影响下一道工序，降低了生产效率。
对此，相关厂商研发出一种纺织产业专用的变频器，其内嵌了摆频功能，以改变往复运动的频率，可有效解决上述问题。然而，只有在纺织行业专用的变频器中才会内嵌上述摆频功能，故此类变频器无法应用于其它工作上，因而限制了此类变频器的应用范围。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有摆频功能的可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)以及利用可编程逻辑控制器所执行的摆频方法，以克服上述先前技术所遭遇的困难。
本发明的一目的在于利用一可编程逻辑控制器来实现摆频的方法，藉此，纺织业的专用变频器可无须内嵌摆频功能的装置，故可提升此类变频器的应用范围。
依据本发明的一实施方式，一种具有摆频功能的可编程逻辑控制器包含一摆频一次下降模块、一摆频二次下降模块、一摆频一次上升模块、一摆频二次上升模块、及一控制模块。摆频一次下降模块是用以将一变频器的一摆频最大振幅频率降低至一摆频最大跳跃频率。摆频二次下降模块是用以将摆频最大跳跃频率降低至一摆频最小振幅频率。摆频一次上升模块是用以将摆频最小振幅频率提升至一摆频最小跳跃频率。摆频二次上升模块是用以将摆频最小跳跃频率提升至摆频最大振幅频率。控制模块是用以循环执行摆频一次下降模块、摆频二次下降模块、摆频一次上升模块、以及摆频二次上升模块。其中摆频一次上升模块及摆频二次上升模块的执行时间的总和定义为一摆频上升时间，摆频一次下降模块与摆频二次下降模块的执行时间的总和定义为一摆频下降时间，摆频上升时间与摆频下降时间不同。
依据本发明的另一实施方式，一种藉由可编程逻辑控制器所执行的摆频方法，其主要包含下述步骤。利用一摆频一次下降模块将一变频器的一摆频最大振幅频率降低至一摆频最大跳跃频率。利用一摆频二次下降模块将摆频最大跳跃频率降低至一摆频最小振幅频率。利用一摆频一次上升模块将摆频最小振幅频率提升至一摆频最小跳跃频率。利用一摆频二次上升模块将摆频最小跳跃频率提升至摆频最大振幅频率。利用一控制模块循环执行摆频一次下降模块、摆频二次下降模块、摆频一次上升模块、以及摆频二次上升模块。
藉由以上技术手段，本发明的实施方式所提供的可编程逻辑控制器可实现纺织业所需的摆频曲线，以控制变频器达到所需的摆频，而使得变频器无须内嵌任何摆频功能的装置。藉此，本发明可有效克服纺织业专用变频器的应用限制。换个角度来说，本发明可利用可编程逻辑控制器搭配一般变频器来实现纺织业所需的摆频功能，而无须使用专用变频器。
以上所述仅是用以阐明本发明的目的、达成此目的的技术手段以、以及其所产生的功效等等，本发明的具体细节将于下文中的实施方式及相关图式中详细介绍。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：
图1绘示依据本发明一实施方式的具有摆频功能的可编程逻辑控制器的功能方块图。
图2绘示图1的可编程逻辑控制器所欲实现的频率-时间分布图。
图3绘示图1所示的振幅频率计算模块的指令示意图。
图4绘示图1所示的跳跃频率计算模块的指令示意图。
图5绘示图1所示的跳跃频率计算模块的指令示意图。
图6绘示由图1的可编程逻辑控制器所控制的变频器输出的频率-时间图。
图7绘示依据本发明一实施方式的藉由可编程逻辑控制器所执行的摆频方法的流程图。
【主要组件符号说明】
100：可编程逻辑控制器
110：控制模块
120：摆频一次下降模块
130：摆频二次下降模块
140：摆频一次上升模块
150：摆频二次上升模块
160：初始上升模块
170：停止模块
180：变频器
210：振幅频率计算模块
212：乘法指令
214：加法指令
216：减法指令
220：跳跃频率计算模块
222：乘法指令
224：减法指令
226：加法指令
230：摆频时间计算模块
232：加法指令
234：乘法指令
236：除法指令
238：除法指令
240：寄存器
250：跳跃时间决定模块
302：中心频率
304：摆频最大振幅频率
306：摆频最小振幅频率
308：摆频最大跳跃频率
310：摆频最小跳跃频率
312：摆频上升时间
314：摆频下降时间
316：摆频周期总时间
318：跳跃时间
320：准备频率
402：摆频振幅百分比
404：摆频振幅偏离频率
502：摆频跳跃百分比
504：摆频跳跃偏离频率
602：时间比例
604：数据
606：数据
702-718：步骤
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的复数实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。换言之，在本发明部分实施方式中，这些细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单示意的方式绘示的。
图1绘示依据本发明一实施方式的具有摆频功能的可编程逻辑控制器的功能方块图。图2绘示图1的可编程逻辑控制器所欲实现的频率-时间分布图。如以上两图所示，此可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)100可包含一摆频一次下降模块120、一摆频二次下降模块130、一摆频一次上升模块140、一摆频二次上升模块150、及一控制模块110。于本实施方式中，摆频一次下降模块120是用以将一变频器180的一摆频最大振幅频率降304低至一摆频最大跳跃频率308。摆频二次下降模块130是用以将摆频最大跳跃频率308降低至一摆频最小振幅频率306。摆频一次上升模块140是用以将摆频最小振幅频率306提升至一摆频最小跳跃频率310。摆频二次上升模块150是用以将摆频最小跳跃频率310提升至摆频最大振幅频率304。控制模块110是用以循环执行摆频一次下降模块120、摆频二次下降模块130、摆频一次上升模块140、以及摆频二次上升模块150。
藉由上述技术手段，本实施方式所提供的可编程逻辑控制器100可藉由重复依序执行摆频一次下降模块120、摆频二次下降模块130、摆频一次上升模块140、以及摆频二次上升模块150以实现纺织业所需的摆频曲线，从而控制变频器180达到所需的摆频，而使得变频器180无须内嵌任何摆频功能的装置。藉此，本发明可有效克服纺织业专用变频器的应用限制。换个角度来说，此可编程逻辑控制器100可搭配一般变频器来实现纺织业所需的摆频功能，而无须使用专用变频器。
本发明的实施方式所述的可编程逻辑控制器100为一种电子装置，其主要是根据外部的输入装置的状态，例如：按键、开关、感应器等等，并根据本发明的单一或复数实施方式所揭露的模块及指令，藉由微处理器(microprocessor)执行逻辑或数学运算，以产生相对应的输出讯号至变频器180。上述的模块及指令均可藉由PLC程序设计的语言来实现，例如阶梯图(Ladder Diagram)程序语言。藉此，本发明的实施方式可控制变频器180实现所需的摆频功能。
于部分实施方式中，可编程逻辑控制器100可包含一摆频时间计算模块230，其是用以根据一时间比例与一摆频周期总时间316决定摆频上升时间312及摆频下降时间314。上述的时间比例为摆频上升时间312与摆频下降时间314的比值。上述的摆频上升时间312定义为摆频一次上升模块140与该摆频二次上升模块150的执行时间的总和，亦即，由摆频最小振幅频率306上升至摆频最大振幅频率304所需的时间。上述摆频下降时间314定义为摆频一次下降模块120与摆频二次下降模块130的执行时间的总和，亦即，由摆频最大振幅频率304降低至摆频最小振幅频率306所需的时间。
于部分实施方式中，可编程逻辑控制器100可进一步包含一寄存器240，其是用以产生一随机数，以随机改变摆频上升时间312与摆频下降时间314的时间比例。举例而言，使用者可自行设定一时间比例最大值及一时间比例最小值，其中，由于时间比例应介于0至100之间，故最大值及最小值亦应分别为0至100之间。摆频时间计算模块230可将寄存器240所产生的随机数除以100，以得到一余数，若此余数大于时间比例最大值，则将此最大值指定为时间比例；若此余数小于时间比例的最小值，则将此最小值指定为时间比例。
藉由上述技术手段，摆频时间计算模块230可因为寄存器240所产生的不同随机数，而随机时间比例，进而随机提供不同的摆频上升时间312与摆频下降时间314。
于部分实施方式中，可编程逻辑控制器100可进一步包含一跳跃时间决定模块250，其是用以设定一跳跃时间318，此跳跃时间318为摆频一次下降模块120或摆频一次上升模块140的执行时间，亦即，由摆频最大振幅频率304降低至摆频最大跳跃频率308所需的时间或是由摆频最小振幅频率306上升至摆频最小跳跃频率310所需的时间。为了简化图式起见，图2中仅在摆频最大振幅频率304降低至摆频最大跳跃频率308的区段绘示出跳跃时间318，惟，应可理解到，在摆频最小振幅频率306上升至摆频最小跳跃频率310的区段亦可存在一跳跃时间318。
藉由跳跃时间318的设定，可弥补变频器180所驱动的往复运动机构因为惯性所造成的迟滞，以利适应高速化卷绕工序，且满足下一道工序中高速退绕的要求。
图3绘示图1所示的振幅频率计算模块的指令示意图。大体而言，振幅频率计算模块210可至少包含一乘法指令212、一加法指令214、及一减法指令216。乘法指令212是用以将一中心频率302(请并参阅图2)乘以摆频振幅百分比402，以得到摆频振幅偏离频率404。加法指令214是用以将中心频率302加上摆频振幅偏离频率404，以得到摆频最大振幅频率304。减法指令216是用以将中心频率302减去摆频振幅偏离频率404，以得到摆频最小振幅频率306。换言之，本实施方式的摆频最大振幅频率304为中心频率302加上摆频振幅偏离频率404；本实施方式的摆频最小振幅频率306为中心频率302减去摆频振幅偏离频率404；本实施方式摆频振幅偏离频率404为中心频率302乘以一摆频振幅百分比402。
藉由以上技术手段，振幅频率计算模块210可依序执行乘法指令212、加法指令214、及减法指令216，以得到摆频最大振幅频率304及摆频最小振幅频率306。于部分实施方式中，使用者可自行设定摆频振幅百分比402，以决定摆频最大振幅频率304及摆频最小振幅频率306。
图4绘示图1所示的跳跃频率计算模块的指令示意图。大体而言，跳跃频率计算模块220可至少包含一乘法指令222、一减法指令224及一加法指令226。乘法指令222是用以将摆频振幅偏离频率404乘以一摆频跳跃百分比502，以得到一摆频跳跃偏离频率504。减法指令224是用以将摆频最大振幅频率304减去摆频跳跃偏离频率504，以得到摆频最大跳跃频率308。加法指令是用以将摆频最小振幅频率306加上摆频跳跃偏离频率504，以得到摆频最小跳跃频率310。换言之，本实施方式的摆频最大跳跃频率308为摆频最大振幅频率304减掉摆频跳跃偏离频率504；本实施方式的摆频最小跳跃频率310为摆频最小振幅频率306加上摆频跳跃偏离频率504；本实施方式的摆频跳跃偏离频率504为摆频振幅偏离频率404乘以摆频跳跃百分比502。
藉由上述技术手段，跳跃频率计算模块220可依序执行乘法指令222、减法指令224、及加法指令226，以得到摆频最大跳跃频率308及摆频最小跳跃频率310。于部分实施方式中，使用者可自行设定摆频跳跃百分比502，以决定摆频最大跳跃频率308及摆频最小跳跃频率310。
图5绘示图1所示的跳跃频率计算模块的指令示意图。大体而言，摆频时间计算模块230可至少包含一加法指令232、一乘法指令234、一除法指令236及另一除法指令238。加法指令232是用以将时间比例602加上1，以得到一数据604，其中，上述时间比例602是代表摆频上升时间312与摆频下降时间314的比值。乘法指令234是用以将摆频周期总时间316乘以时间比例602，以得到一数据606。除法指令236是用以将数据606除以数据604，以得到摆频上升时间312。除法指令238是用以将摆频周期总时间316除以数据604，以得到摆频下降时间314。
藉由上述技术手段，摆频时间计算模块230可根据时间比例602与摆频周期总时间316以得到摆频上升时间312与摆频下降时间314。于部分实施方式中，使用者可调整时间比例602，以设定所需的摆频上升时间312及摆频下降时间314。
请回头参阅图1，于部分实施方式中，可编程逻辑控制器100可进一步包含一初始上升模块160，其是用以将变频器180的一准备频率320提升至一中心频率302，并将中心频率302进一步提升至摆频最大振幅频率304，以利进行后续的摆频功能。
于部分实施方式中，可编程逻辑控制器可进一步包含一停止模块170，其是用以将变频器180的摆频最小振幅频率306降低至零，以停止变频器180的运作。
图6绘示由图1的可编程逻辑控制器100所控制的变频器180输出的频率-时间图。如图所示，在可编程逻辑控制器100的控制下，变频器180输出频率的波形与图2所示的波形一致。因此，本发明的可编程逻辑控制器100可实现传统纺织业的摆频功能。
图7绘示依据本发明一实施方式的藉由可编程逻辑控制器所执行的摆频方法的流程图，其至少包含下列步骤。于步骤708中，利用一摆频一次下降模块将一变频器的一摆频最大振幅频率降低至一摆频最大跳跃频率。于步骤710中，利用一摆频二次下降模块将摆频最大跳跃频率降低至一摆频最小振幅频率。于步骤714中，利用一摆频一次上升模块将摆频最小振幅频率提升至一摆频最小跳跃频率。于步骤716中，利用一摆频二次上升模块将摆频最小跳跃频率提升至摆频最大振幅频率。利用一控制模块循环执行摆频一次下降模块、摆频二次下降模块、摆频一次上升模块、以及摆频二次上升模块，换言之，在执行步骤716后，会回到步骤708，再次将摆频最大振幅频率降低至摆频最大跳跃频率，然后依序执行上述步骤710、714、及716。
于部分实施方式中，可编程逻辑控制器所执行的摆频方法可进一步包含下列步骤：利用一摆频时间计算模块根据一时间比例与一摆频周期总时间决定摆频上升时间及摆频下降时间。
于部分实施方式中，可编程逻辑控制器所执行的摆频方法可进一步包含下列步骤：利用一寄存器产生一随机数，以随机改变时间比例，上述时间比例为摆频上升时间与摆频下降时间的比值。举例而言，使用者可自行设定一时间比例最大值及一时间比例最小值，其中，由于时间比例应介于0至100之间，故最大值及最小值亦应分别为0至100之间。摆频时间计算模块230可将寄存器240所产生的随机数除以100，以得到一余数，若此余数大于时间比例最大值，则将此最大值指定为时间比例；若此余数小于时间比例的最小值，则将此最小值指定为时间比例。
于部分实施方式中，可编程逻辑控制器所执行的摆频方法可进一步包含下列步骤：利用一跳跃时间决定模块决定摆频一次上升模块或摆频一次下降模块的执行时间。
于部分实施方式中，可编程逻辑控制器所执行的摆频方法可进一步包含下列步骤。利用一振幅频率计算模块的乘法指令将一中心频率乘以一摆频振幅百分比，以得到一摆频振幅偏离频率。利用振幅频率计算模块的加法指令将中心频率加上摆频振幅偏离频率，以得到摆频最大振幅频率。利用振幅频率计算模块的减法指令将中心频率减去摆频振幅偏离频率，以得到摆频最小振幅频率。
于部分实施方式中，可编程逻辑控制器所执行的摆频方法可进一步包含下列步骤。利用跳跃频率计算模块的乘法指令将摆频振幅偏离频率乘以一摆频跳跃百分比，以得到一摆频跳跃偏离频率。利用跳跃频率计算模块的减法指令将摆频最大振幅频率减去摆频跳跃偏离频率，以得到摆频最大跳跃频率。利用跳跃频率计算模块的加法指令将摆频最小振幅频率加上摆频跳跃偏离频率，以得到摆频最小跳跃频率。
于部分实施方式中，在步骤710将摆频最大跳跃频率降低至一摆频最小振幅频率之后，可编程逻辑控制器可进一步进入步骤712，判断是否继续摆频，若欲继续摆频，则执行步骤714；若不继续摆频，则进入步骤718中，由一停止模块将频率降至零，使变频器停止运转。
于部分实施方式中，可编程逻辑控制器所执行的摆频方法可进一步包含下列步骤。于步骤702中，启动可编程逻辑控制器，以提升至一准备频率。于步骤704中，藉由初始上升模块将准备频率提升至中心频率。于步骤706中，藉由初始上升模块将中心频率提升至摆频最大振幅频率，以利于进入后续的步骤708、710、714、716的摆频动作。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种具有摆频功能的可编程逻辑控制器，其特征在于，其包含：
一摆频一次下降模块，用以将一变频器的一摆频最大振幅频率降低至一摆频最大跳跃频率；
一摆频二次下降模块，用以将所述摆频最大跳跃频率降低至一摆频最小振幅频率；
一摆频一次上升模块，用以将所述摆频最小振幅频率提升至一摆频最小跳跃频率；
一摆频二次上升模块，用以将所述摆频最小跳跃频率提升至所述摆频最大振幅频率；
一控制模块，用以循环执行所述摆频一次下降模块、所述摆频二次下降模块、所述摆频一次上升模块、及所述摆频二次上升模块,其中所述摆频一次上升模块及所述摆频二次上升模块的执行时间的总和定义为一摆频上升时间,其中所述摆频一次下降模块与所述摆频二次下降模块的执行时间的总和定义为一摆频下降时间，所述摆频上升时间与所述摆频下降时间不同；
一摆频时间计算模块，用以根据一时间比例与一摆频周期总时间决定所述摆频上升时间及所述摆频下降时间；以及
一寄存器，用以产生一随机数，以随机改变所述时间比例,其中所述摆频时间计算模块可将所述寄存器所产生的所述随机数除以一数值，以得到一余数，若所述余数大于所述时间比例的一最大值，则将所述最大值指定为所述时间比例；若所述余数小于所述时间比例的一最小值，则将所述最小值指定为所述时间比例。
2.如权利要求1所述的具有摆频功能的可编程逻辑控制器，其特征在于，更包含一跳跃时间决定模块，用以设定一跳跃时间，所述跳跃时间为所述摆频一次下降模块或所述摆频一次上升模块的执行时间。
3.如权利要求1所述的具有摆频功能的可编程逻辑控制器，其特征在于，更包含一振幅频率计算模块，用以执行一乘法指令、一加法指令、及一减法指令；
其中所述乘法指令是用以将一中心频率乘以一摆频振幅百分比，以得到一摆频振幅偏离频率；
其中所述加法指令是用以将所述中心频率加上所述摆频振幅偏离频率，以得到所述摆频最大振幅频率；
其中所述减法指令是用以将所述中心频率减去所述摆频振幅偏离频率，以得到所述摆频最小振幅频率。
4.如权利要求3所述的具有摆频功能的可编程逻辑控制器，其特征在于，更包含一跳跃频率计算模块用以执行一乘法指令、一减法指令、及一加法指令；
其中所述乘法指令是用以将所述摆频振幅偏离频率乘以一摆频跳跃百分比，以得到所述摆频跳跃偏离频率；
其中所述减法指令是用以将所述摆频最大振幅频率减掉所述摆频跳跃偏离频率，以得到所述摆频最大跳跃频率；
其中所述加法指令是用以将所述摆频最小振幅频率加上所述摆频跳跃偏离频率，以得到所述摆频最小跳跃频率。
5.一种藉由可编程逻辑控制器所执行的摆频方法，其特征在于，其步骤包含：
利用一摆频一次下降模块将一变频器的一摆频最大振幅频率降低至一摆频最大跳跃频率；
利用一摆频二次下降模块将所述摆频最大跳跃频率降低至一摆频最小振幅频率；
利用一摆频一次上升模块将所述摆频最小振幅频率提升至一摆频最小跳跃频率；
利用一摆频二次上升模块将所述摆频最小跳跃频率提升至所述摆频最大振幅频率；
利用一控制模块循环执行所述摆频一次下降模块、所述摆频二次下降模块、所述摆频一次上升模块、及所述摆频二次上升模块;
利用一摆频时间计算模块根据一时间比例与一摆频周期总时间决定一摆频上升时间及一摆频下降时间,所述摆频上升时间定义为所述摆频一次上升模块与所述摆频二次上升模块的执行时间的总和,所述摆频下降时间定义为所述摆频一次下降模块与所述摆频二次下降模块的执行时间的总和；以及
利用一寄存器产生一随机数，以随机改变所述时间比例,其中所述摆频时间计算模块可将所述寄存器所产生的所述随机数除以一数值，以得到一余数，若所述余数大于所述时间比例的一最大值，则将所述最大值指定为所述时间比例；若所述余数小于所述时间比例的一最小值，则将所述最小值指定为所述时间比例。
6.如权利要求5所述的藉由可编程逻辑控制器所执行的摆频方法，其特征在于，更包含利用一跳跃时间决定模块设定所述摆频一次上升模块或所述摆频一次下降模块的执行时间。
7.如权利要求5所述的藉由可编程逻辑控制器所执行的摆频方法，其特征在于，更包含：
利用一振幅频率计算模块的一乘法指令将一中心频率乘以一摆频振幅百分比，以得到一摆频振幅偏离频率；
利用所述振幅频率计算模块的一加法指令将所述中心频率加上所述摆频振幅偏离频率，以得到所述摆频最大振幅频率；以及
利用所述振幅频率计算模块的一减法指令将所述中心频率减去所述摆频振幅偏离频率，以得到所述摆频最小振幅频率。
8.如权利要求7所述的藉由可编程逻辑控制器所执行的摆频方法，其特征在于，更包含：
利用一跳跃频率计算模块的一乘法指令将该摆频振幅偏离频率乘以一摆频跳跃百分比，以得到一摆频跳跃偏离频率；
利用该跳跃频率计算模块的一减法指令将该摆频最大振幅频率减去该摆频跳跃偏离频率，以得到该摆频最大跳跃频率；
利用该跳跃频率计算模块的一加法指令将该摆频最小振幅频率加上该摆频跳跃偏离频率，以得到该摆频最小跳跃频率。
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