CN209447621U - 高速编织机智能控制器 - Google Patents

Abstract

一种高速编织机智能控制器，一种新型的、能够实现编织机智能化运行的控制器。它有两种控制模式，一是触摸屏控制模式，即通过人工操作控制器触摸屏，控制编织机运行；二是通过网络连接，由上位机控制一台或多台甚至整个车间的编织机运行，实现无人车间操作。硬件上智能控制器由一个微处理器MCU，一块触摸屏，信号输入与输出转换电路,电源转换模块，串口通讯及网络连接等器件组成。微处理器MCU作为智能控制器的主控制芯片，具有8位数据线与若干控制线，它具有线监测编织机运行状态，自动联网、自动识别连接在串口上的驱动设备，实现编织机故障图示定位甚至故障自动修复功能，具备记忆功能及上位机任务识别功能等。

Description

高速编织机智能控制器

技术领域

本实用新型涉及的是高速编织机智能控制器，属于电线电缆制造技术领域。

背景技术

高速编织机用来编织线缆屏蔽层，有两层锭子；机器运行时，两层锭子反向旋转，将编织丝交叉地、叠加地、均匀地绕在线缆上，形成网状屏蔽层。一台编织机有一只控制器，控制编织机运行，完成放线、编织、收线等工作。

随着我国工业化进程不断进步，线缆行业对设备要求也不断提高，一方面要求产品有好的可靠性、稳定性，另一方面对产品在工业互联方面的需求欲望也愈来愈强烈。基于此，高速编织机也在不断提高性能与质量，使之能跟上时代步伐甚至走在前面。为此，我公司研制一种新型的智能的高速编织机控制器，它一方面要能满足单台编织机的控制需求，并提高自动化水平，另一方面满足工业互联需求，实现对多台编织机进行集中控制，统一操作，可以实现无人车间目的。

发明内容

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，一种高速编织机智能控制器，它包括一个微处理器MCU，一块触摸屏，信号输入与输出转换电路,电源转换模块，串口通讯与网络连接电路。所述的微处理器MCU具有8位数据线与控制线组成，并且具有串口通讯与网络连接功能，中断控制功能，还具备一定存储空间，所述MCU的8位数据线及控制线与所述信号输入与输出转换电路的驱动器、锁存器连接；所述串口通讯内设有串口通讯芯片，并与通讯线连接；所述网络连接功能中的网络芯片与读写线连接，所述驱动器、锁存器、串口通讯芯片、网络芯片成为MCU的一级外围芯片，实现MCU数字信号的输入与输出，所述串口通讯芯片还与触摸屏及变频器和伺服驱动器连接，实现人机交互工作或控制其它驱动设备工作，所述网络芯片与网络设备连接，实现控制器联网，所述驱动器、锁存器也与信号输入与输出转换电路连接，将MCU的数字信号通过转换电路形成高速编织机的控制信号，同时将高速编织机的状态信息转换为数字信号供MCU使用，所述电源转换模块电路为各器件提供相应功率电源。

作为优选：所述的微处理器MCU采用PIC系列芯片中的16F877A芯片，所述一级外围缓冲驱动器与锁存器采用74系列8数据引脚的高速CMOS芯片中的244或373；所述串口通讯采用485系列芯片中的SP485EN；所述网络芯片采用具备TCP/IP协议的芯片。

作为优选：所述的信号输入与输出转换电路由缓冲驱动器、锁存器、信号隔离器件及功率放大器件组成，所述信号隔离器件与功率放大器件连接，所述功率放大器件连接高速编织机的控制线，所述信号隔离器还与编织机状态信号连接；MCU通过缓冲驱动器每数据位可以接收一路输入信号，并通过锁存器每数据位可以输出一路控制信号。

作为优选：所述的触摸屏具有串口通讯功能，带字库，可以进行图形或图像编程，它通过串口芯片与MCU连接，根据MCU的指令以文字或图形图像方式显示高速编织机状态信息，同时将手指触摸信息形成数据传输给MCU，实现人机交互。

作为优选：所述的电源转换模块具有一路输入与三路输出功能，输入24V电源，输出1路24V电源与2路5V电源，分别给不同器件供电，减少干扰，确保控制器运行稳定可靠。

附图说明

图1是本实用新型的硬件结构示意图。

图2是本实用新型智能控制器程序流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作详细介绍：如图1所示为高速编织机智能控制器的硬件结构图。图中微处理器MCU是核心器件，具有存储、运算、控制、通讯、中断等功能，软件程序与数据参数存储在MCU中；MCU通过控制线与8位数据线与一个或多个缓冲驱动器连接，缓冲驱动器再连接对应数量的光耦隔离器，光耦隔离器连接到信号输入输出接口，这样，高速编织机的各种状态信号（如启动、停止、复位、故障报警、线缆检测、计米等）通过信号输入输出接口经过光耦隔离器与缓冲驱动器到达MCU，形成输入信号。MCU通过控制线与8位数据线与一个或多个锁存器连接，锁存器再连接对应数量的光耦隔离器，光耦隔离器连接对应数量的功率放大器，功率放大器连接到信号输入输出接口，这样，MCU生成的控制信号（如启动、停止、转速、收线、放线等）经锁存器、光耦隔离器、功率放大器到达控制端，控制编织机进行相应操作，形成输出信号。

缓冲驱动器、锁存器、隔离器、放大器组成控制器的信号输入与输出转换电路，将编织机的开关信号转换为数字信号；将MCU的数字信号转换为控制编织机运行开关信号。

如图所示中串口通讯芯片一端与MCU连接，一端与触摸屏连接，MCU通过串口与触摸屏交换数据，控制触摸屏进行字符或图形显示；同时，触摸屏将屏幕触摸信号通过串口传输到MCU，完成人机交互工作。串口芯片还直接与输入输出接口连接，编织机的其它驱动器（变频器、伺服驱动器等）都可以并联到该输入输出接口端子上，理论上最多可以并联255只设备，形成强大串口通讯功能。MCU通过串口可以很容易对各驱动器进行控制，比如调速、定位、读写参数等。MCU还通过读写控制线直接连接网络芯片，网络芯片连接网口。

如图中电源转换模块电路从电源输入接口外接24V电源，直接输出1路24V电源为功率放大器件供电；通过芯片（本例选7805）输出1路5V电源，为光耦隔离器供电；通过电源转换模块输出路5V电源，为MCU等其它芯片供电。三路输出电源，分别供电，保证控制器稳定、可靠运行。

本实用新型所述的微处理器MCU采用PIC16F877A芯片；缓冲驱动器采用高速CMOS系例芯片，为扩冲考虑由3只HC244芯片组成，可以形成24路信号输入；锁存器采用高速CMOS系例芯片，为扩冲考虑由2只HC373芯片组成，可以形成16路信号输出；串口通讯芯片采用1只SP485芯片；网络芯片采用一只CH395芯片；光耦隔离器采用TLP系列，如TLP521，数量与缓冲驱动器及锁存器相匹配；功率放大器采用ULN系列，如ULN2803,数量与输出信号数量对应。新型控制器的光耦隔离器及功率放大器可以根据编织机信号量进行灵活配置，最多可以实现24路输入信号及16路输出信号，满足所有类型编织机控制需求。

因为编织机对控制器的输入信号基本为开关信号，对于微处理器MCU来说这些信号延时时间较长，足够MCU及时响应，故MCU采用循环查询方式获得输入信号。485串口通讯连接着触摸屏及其它驱动器，采用MODBUS通讯格式，由于触摸屏及各驱动器的通讯数据长度不一，数据传输速度快，故MCU采用中断方式进行串口通讯，对于各通讯方做到实时响应。网络连接采用中断方式。

本实用新型具有以下优点：

一集成度高,扩展方便。新型控制器最多可以接收24路信号输入与16路信号输出；最多可以与255只串口设备进行通讯（包括触摸屏），能够满足所有编织机的控制需求。实际运用中，根据不同类型编织机信号量相应增减隔离器与放大器芯片，即满足控制需求又节约成本。变频器、伺服驱动器等串口通讯设备只要连接到输入输出接口端子上，控制器就能识别并进行数据交换。

二是友好人机界面。触摸屏带字库，可以进行字符显示及图形图像显示，能够很好地将编织机的各种状态及参数直观地显示出来，极大丰富显示界面；设计的菜单及按钮控件，简单明了，操作人员无需培训或经简单培训就能熟练运用。

三是质优价廉，节能环保。控制器芯片及辅助元器件都是市场上可以采购到的通用器件，性能可靠，质量稳定，价格透明，所有元器件无毒无害，集成的控制器能耗低，满足节能环保要求。

四是智能化操作。操作人员或上位机可以将成熟线缆编织工艺以代号形式保存在控制器内，方便今后使用或其它工作人员使用，不需每次输入工艺参数，避免错误，提高生产效率；对故障进行图示化定位，使得维护人员可以快速排除故障；实时监测编织机运行状态，预警可能出现的状态偏差，并自动纠正；通过串口将数量众多编织机联网并根据上位机定义输出工作参数，或接收上位机的操作命令，自动完成工作任务，实现车间无人化。

五、记忆与监测功能。编织机在运行中如果发生断电或其它故障，控制器将保存主要工作参数，重新启动后将延续前面的状态运行，保证产品质量不受影响。高速编织机运行时，智能控制器实时监测编织机状态，如有异常将及时预警或报警停机，确保设备安全及线缆编织质量。

如图2所示本实用新型的软件实现过程是：控制器通电后MCU运行程序，首先智能控制器自检，再进行设备状态自检，然后确定本机是上位机控制还是触摸屏控制。

控制器自检主要检测MCU与触摸屏数据通讯是否正常，MCU与各驱动器通讯是否正常，如果有异常则显示异常信息。设备状态自检通过输入与输出接口检测编织机的各输入信号，如有异常则显示异常信息。无论上位机控制还是触摸屏控制，智能控制器只有在控制器自检与设备状态自检都正常的情况下才允许操作运行。

触摸屏控制：智能控制器第一次使用默认是触摸屏控制，前次运行是触摸屏控制，本次运行也是触摸屏控制。程序工作流程是①接收执行触摸屏命令，设置参数或对编织机进行操作控制；②监测编织机运行状态；③处理网络中断事件，处理上位机信息。如果上位机信息为上位机控制命令，则智能控制器转入上位机控制工作方式，否则程序继续从①循环运行。

上位机控制：控制器前次运行是上位机控制，本次运行也是上位机控制。程序工作流程是①屏蔽触摸屏命令，接收执行上位机命令，设置参数或对编织机进行操作控制；②监测编织机运行状态，并将信息传输给上位机；③处理网络中断事件，处理上位机信息。如果上位机信息为触摸屏控制命令，则智能控制器转入触摸屏控制工作方式，否则程序继续从①循环运行。

无论上位机控制还是触摸屏控制，智能控制器对于编织机的运行控制都是一样的，但两种控制方式各有特点。触摸屏控制下，可以对单台编织机进行全面细致控制操作，特别是进行故障排除时，可以灵活运用触摸屏各种控制命令，精准故障定位，尽快解决问题。对于控制成百上千台编织机运行，上位机控制就发挥它的优点：集中控制、实时监控。通过上位机就可以将所有联网编织机的工作状态、工作进度、工作参数等进行集中显示，一目了然，节省大量人力。并能够设置预警信号，提前准备编织机工作内容，提高生产效率。

所以正常工作状态下，使用上位机控制方式；排除故障时，使用触摸屏控制方式，就能充分利用智能控制器的长处，实现设备智能化操作，实现无人车间。

Claims (5)

1.一种高速编织机智能控制器，它包括一个微处理器MCU，一块触摸屏，信号输入与输出转换电路,电源转换模块，串口通讯与网络连接电路，其特征在于所述的微处理器MCU具有8位数据线与控制线组成，并且具有串口通讯与网络连接功能，中断控制功能，还具备一定存储空间，所述MCU的8位数据线及控制线与所述信号输入与输出转换电路的驱动器、锁存器连接；所述串口通讯内设有串口通讯芯片，并与通讯线连接；所述网络连接功能中的网络芯片与读写线连接，所述驱动器、锁存器、串口通讯芯片、网络芯片成为MCU的一级外围芯片，实现MCU数字信号的输入与输出，所述串口通讯芯片还与触摸屏及变频器和伺服驱动器连接，实现人机交互工作或控制其它驱动设备工作，所述网络芯片与网络设备连接，实现控制器联网，所述驱动器、锁存器也与信号输入与输出转换电路连接，将MCU的数字信号通过转换电路形成高速编织机的控制信号，同时将高速编织机的状态信息转换为数字信号供MCU使用，所述电源转换模块电路为各器件提供相应功率电源。

2.根据权利要求1所述的高速编织机智能控制器，其特征在于所述的微处理器MCU采用PIC系列芯片中的16F877A芯片，所述一级外围缓冲驱动器与锁存器采用74系列8数据引脚的高速CMOS芯片中的244或373；所述串口通讯采用485系列芯片中的SP485EN；所述网络芯片采用具备TCP/IP协议的芯片。

3.根据权利要求1所述的高速编织机智能控制器，其特征在于所述的信号输入与输出转换电路由缓冲驱动器、锁存器、信号隔离器件及功率放大器件组成，所述信号隔离器件与功率放大器件连接，所述功率放大器件连接高速编织机的控制线，所述信号隔离器还与编织机状态信号连接；MCU通过缓冲驱动器每数据位可以接收一路输入信号，并通过锁存器每数据位可以输出一路控制信号。

4.根据权利要求1所述的高速编织机智能控制器，其特征在于所述的触摸屏具有串口通讯功能，带字库，可以进行图形或图像编程，它通过串口芯片与MCU连接，根据MCU的指令以文字或图形图像方式显示高速编织机状态信息，同时将手指触摸信息形成数据传输给MCU，实现人机交互。

5.根据权利要求1所述的高速编织机智能控制器，其特征在于所述的电源转换模块具有一路输入与三路输出功能，输入24V电源，输出1路24V电源与2路5V电源，分别给不同器件供电，减少干扰，确保控制器运行稳定可靠。