摘要：利用變頻器控制電動(dòng)機(jī)的速度可以提高全自動(dòng)手套機(jī)的編織效率。文中概括手套機(jī)及其他針織機(jī)械設(shè)備所配變頻器的選型原則．分析全自動(dòng)手套機(jī)電氣控制系統(tǒng)的工作原理以及與變頻器的硬件接口．討論變頻器使用過(guò)程中可能產(chǎn)生的干擾和采取的有效措施，設(shè)計(jì)手套機(jī)中變頻器的通信協(xié)議及軟件實(shí)現(xiàn)思路．并給出相應(yīng)的通信軟件流程圖。

關(guān)鍵詞：變頻器；全自動(dòng)手套機(jī)；電氣控制系統(tǒng)；通信協(xié)議

對(duì)于以手套機(jī)、橫機(jī)為代表的全自動(dòng)針織機(jī)械設(shè)備．其電氣控制系統(tǒng)的控制對(duì)象主要有2類(lèi)：一類(lèi)是數(shù)量眾多的電磁鐵．它們按照一定時(shí)序工作可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)機(jī)械部件的協(xié)調(diào)與配合： 另一類(lèi)控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)， 它是整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)工作的直接動(dòng)力。在針織產(chǎn)品編織過(guò)程中有的部位結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，編織速度可以加快：有的部位結(jié)構(gòu)復(fù)雜．編織速度需要減慢。因此．對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行合理地調(diào)速是必要的 這樣一方面可以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量．另一一方面還可以有效地節(jié)能 目前，用于交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的較理想的方案是采用變頻器進(jìn)行電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為頻率和電壓均可調(diào)整的電能控制裝置，在電力、紡織、建材、石油、化工、冶金等行業(yè)得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

1 全自動(dòng)手套機(jī)中變頻器的選擇

變頻器的應(yīng)用范圍很廣．不同的使用場(chǎng)合應(yīng)當(dāng)選擇不同的變頻器．通常變頻器選型時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

a． 變頻器的額定電壓和電流應(yīng)當(dāng)與負(fù)載電動(dòng)機(jī)的額定電壓和電流值相匹配。

b． 關(guān)注電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度。對(duì)于高速電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)．由于電動(dòng)機(jī)本身的電抗比較?。叽沃C波增加會(huì)導(dǎo)致輸出電流值增大．因此變頻器的容量要大于用于普通電動(dòng)機(jī)的變頻器。

c．了解變頻器負(fù)載的類(lèi)型后．就要針對(duì)不同負(fù)載選擇不同類(lèi)型的變頻器 例如對(duì)于大慣性負(fù)載．啟動(dòng)時(shí)容易引起振蕩．因此需要選用容量稍大的變頻器：對(duì)于普通風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)的負(fù)載．變頻器容量與電動(dòng)機(jī)容量相等即可。

d． 分析變頻器的運(yùn)行環(huán)境。對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合．例如高溫、高海拔環(huán)境，容易引起變頻器的降容．因此選用的變頻器容量應(yīng)該稍大一些。

手套機(jī)及普通針織機(jī)械設(shè)備對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能要求不太高，電動(dòng)機(jī)功率范圍一般為0．2～22．0kW．要求啟動(dòng)平滑、制動(dòng)快速，并具有故障停機(jī)和定時(shí)停機(jī)等功能。一般通用的V／F控制變頻器基本可以滿(mǎn)足上述要求 根據(jù)以上原則．并借鑒現(xiàn)有成熟產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)，本系統(tǒng)選用SANCH公司SE系列中的SE一20041A迷你型交流電動(dòng)機(jī)變頻器．它具有體積小、安裝容易、參數(shù)設(shè)置群組化、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，其輸出功率為0．4 kW。SE一20041A外形如圖1所示

2 手套機(jī)電氣控制系統(tǒng)與變頻器接口設(shè)計(jì)

手套機(jī)電氣控制系統(tǒng)由核心控制芯片、微動(dòng)開(kāi)關(guān)輸入電路、鍵盤(pán)輸入電路、時(shí)序信號(hào)生成系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)圖形模擬系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)控制電路和多機(jī)通信電路等部分組成[2 ]一方面．系統(tǒng)以機(jī)頭的左右移動(dòng)脈沖信號(hào)為基準(zhǔn)．通過(guò)時(shí)序生成電路發(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電磁鐵協(xié)同工作[2]：另一方面．根據(jù)微動(dòng)開(kāi)關(guān)輸入的不同信號(hào)以及鍵盤(pán)輸入的命令．由控制信號(hào)處理系統(tǒng)生成控制邏輯 此外．通過(guò)動(dòng)態(tài)圖形模擬系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示機(jī)器當(dāng)前的工作狀態(tài)[3]：通過(guò)多機(jī)通信電路與上位機(jī)管理系統(tǒng)進(jìn)行通信．構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)。通過(guò)變頻器實(shí)時(shí)控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度．可以提高手套機(jī)工作效率。

電氣控制系統(tǒng)的核心控制芯片可以選擇常用的AVR、PIC單片機(jī)或更為廉價(jià)的MCS一5l系列單片機(jī)4 7．也可以選用比較高檔的可編程片上系統(tǒng)芯片（PSoC .programmable system on chip）。PSoC是CypreSS公司生產(chǎn)的基于通用IP模塊、資源可配置的微控制器，由基本的處理器內(nèi)核、存儲(chǔ)器以及用戶(hù)可選擇配置的模擬模塊和數(shù)字模塊組成 與傳統(tǒng)單片機(jī)相比．使用PSoC可省去用戶(hù)設(shè)計(jì)電路時(shí)所需外圍器件．同時(shí)也給用戶(hù)極大的自由度 芑：片引腳功能可以由用戶(hù)自由配置．也可以起到自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)作用。

本系統(tǒng)選用的是CY8C29666芯片．根據(jù)需要．其內(nèi)部配置了一個(gè)8位計(jì)數(shù)器模塊、一個(gè)EEPROM模塊和兩個(gè)UART模塊 其中．EEPROM 模塊用于存放用戶(hù)設(shè)置的參數(shù)及手套機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)．兩個(gè)UART分別用于構(gòu)成多機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)和控制變頻器工作 SE一20041A變頻器支持RS一485串行通信．因此系統(tǒng)選用SN75184串行通信芯片作為PSoC與變頻器的接15。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)以及和變頻器的硬件接口如圖2所示

變頻器接口分為主回路、控制回路和通信接15 3部分 主回路包括電源輸入（R／L1、S／L2）和電動(dòng)機(jī)控制輸出（U／Tl、V／T2、W／T3）2部分：控制回路包括多功能輸入端子（M0～M3）、速度設(shè)定用電源（AVI）和多功能制式輸出（RA、RC）3部分 其中多功能輸八端子可外接按鍵，用于手動(dòng)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和復(fù)位等功能：AVI引腳可通過(guò)外接電位器與+10 V電源相連．用于手動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率

3 手套機(jī)中變頻器的抗干擾分析

變頻器的合理使用可以提高手套機(jī)的編織效率．但如果設(shè)計(jì)和安裝不當(dāng)．其運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高次諧波將對(duì)手套機(jī)控制電路產(chǎn)生不良影響 對(duì)于手套機(jī)及大多數(shù)針織機(jī)械設(shè)備來(lái)講．所有電磁鐵之間運(yùn)行邏輯的嚴(yán)密性要求很高．任意一個(gè)電磁鐵的時(shí)序配合都不允許發(fā)生差錯(cuò)．必須保證與系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)拍嚴(yán)格一致 變頻器產(chǎn)乍的高次諧波信號(hào)一旦干擾核心控制主板的工作．就會(huì)直接導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品編織失敗，甚至損壞機(jī)器．嚴(yán)重影響設(shè)備的運(yùn)行[5]。為了減小變頻器對(duì)控制電路的干擾，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

a． 保證變頻器外殼良好接地．或者使用屏蔽罩將其屏蔽。

b． 變頻器盡量遠(yuǎn)離手套機(jī)控制主板．控制器與變頻器相連的控制線(xiàn)采用屏蔽電纜。

c． 變頻器盡量靠近電動(dòng)機(jī)．以減小電纜的對(duì)地電容．減少干擾的發(fā)射源。

d． 在變頻器的輸入端以及手套機(jī)控制器電源線(xiàn)上可串接濾波器。

e． 安裝布線(xiàn)時(shí)．將變頻器的電源線(xiàn)和控制電纜分開(kāi) 如果控制電路連線(xiàn)必須和電源電纜交叉．就要盡量使用90。交叉布線(xiàn)形式．

4 通信協(xié)議及軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)工作時(shí)． 由PSoC生成頻率控制值．通過(guò)RS一485串行通信端1：3送至變頻器．．在通信過(guò)程中．頻率控制值必須被設(shè)置成數(shù)據(jù)幀的形式．按照一定的通信協(xié)議進(jìn)行傳輸 SANCH SE系列變頻器使用的RS一485 串行接口支持MODBUS通信協(xié)議．MODBUS是MODICON公司提出的一種通信協(xié)議． 目前在RS一232及RS一485通信中被廣泛采用 MODBUS協(xié)議使用了主一從技術(shù)．主設(shè)備可以控制并查詢(xún)從設(shè)備．從設(shè)備則根據(jù)主設(shè)備發(fā)出的指令作出相應(yīng)操作。

MODBUS協(xié)議支持2種傳輸模式．一種為ASCII（美國(guó)信息交換碼）模式．另一種為RTU（遠(yuǎn)程終端設(shè)備）模式 其中ASCII傳輸模式是指被傳輸數(shù)據(jù)的每個(gè)字節(jié)的內(nèi)容（即兩位l6進(jìn)制數(shù)）都用2個(gè)ASCII碼表示：而RTU模式則直接將數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式不加轉(zhuǎn)化地直接傳輸 此外．ASCII模式采用LRC（縱向冗長(zhǎng)檢測(cè)）校驗(yàn)方式．而RTU模式采用CRC （循環(huán)冗長(zhǎng)檢測(cè)）校驗(yàn)方式 相比之下．ASCII模式允許字符發(fā)送的間隔長(zhǎng)達(dá)1 S．而且不產(chǎn)生錯(cuò)誤． 因此可靠性較高：而RTU模式在同樣的波特率下．可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù) 考慮到手套機(jī)工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)頻率的改變并不十分頻繁．需要傳送的數(shù)據(jù)并不太多．因此本系統(tǒng)選用ASCII傳輸模式．其傳輸模式的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如表1所示

每個(gè)數(shù)據(jù)幀以冒號(hào)（：）字符開(kāi)始．其ASCII碼值為3AH：以回車(chē)符（CR）和換行符（LF）結(jié)束，其ASCII碼值分別為ODH和OAH。 通信地址的取值范圍為0～255．占一個(gè)字節(jié)．由2位ASCII碼。表示命令碼決定了讀寫(xiě)功能．由2位ASCII碼表示 常用的命令碼有03 （ASCII值為30H、3lH）和06（ASCII碼值為30H、36H）等，前者表示讀取功能．后者則表示寫(xiě)入功能資料內(nèi)容包括資料地址和資料值2個(gè)部分．

資料地址對(duì)應(yīng)了變頻器中的存儲(chǔ)空間。常用的資料地址有2000H和2001H等．前者存放啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等信息，后者用于存放頻率值。

SANCH SE系列變頻器的頻率控制值與輸出頻率之間的關(guān)系為：頻率值（Hz）=十進(jìn)制數(shù)值／100。例如：頻率控制字為0900H，則表示23．04 Hz（0900H轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)為2304）。

校驗(yàn)碼由8位二進(jìn)制數(shù)組成．用2位ASCII碼表示。 LRC算法原理為：將數(shù)據(jù)幀中的地址碼、命令碼、資料地址和資料數(shù)據(jù)4項(xiàng)內(nèi)容相加．然后將和取反即得到LRC校驗(yàn)碼 設(shè)地址為01H、命令字為03H、資料地址為0401H、資料數(shù)值為0001H．則LRC校驗(yàn)碼計(jì)算方法為:01H+03H+04H+01H+00H+01H=0AH．然后將0AH 取反即得到LRC校驗(yàn)碼為F6H 現(xiàn)以設(shè)置電動(dòng)機(jī)工作頻率23 Hz為例．命令數(shù)據(jù)應(yīng)為：01H、06H 2001H 0900H C7H CR LF傳送給變頻器時(shí)轉(zhuǎn)換為ASCII碼形式的數(shù)據(jù)幀內(nèi)容則為3AH、30H、31H 、30H、36H、32H、30H、30H、3lH 、30H 39H 30H 30H 43H 37H 30H44H、30H、41H。 在編織手套的過(guò)程中．編織指尖時(shí)速度需要減慢．編織手指筒和手掌部分時(shí)速度可以加快 此外．在手套編織過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)允許用戶(hù)根據(jù)需要任意調(diào)整電動(dòng)機(jī)速度．因此可以將變頻器的設(shè)置與通信部分單獨(dú)編寫(xiě)為一個(gè)子程序．在編織手套的不同部位以及用戶(hù)設(shè)置參數(shù)時(shí)調(diào)用 子程序功能為：設(shè)置通信端口，并把命令字、頻率值傳送到變頻器的相應(yīng)地址中去 在命令字、地址碼以及頻率值確定之后．程序首先應(yīng)該計(jì)算校驗(yàn)碼 另外．用戶(hù)輸入系統(tǒng)的頻率值為二進(jìn)制形式．因此在發(fā)送頻率值前應(yīng)該把頻率字以及相關(guān)控制字、地址碼等轉(zhuǎn)換為ASCII碼。變頻器設(shè)置子程序流程圖如圖3所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

變頻器作為一種理想的調(diào)速方式．應(yīng)用于手套機(jī)以及同類(lèi)針織機(jī)械設(shè)備中可以有效地提高機(jī)器的編織效率。實(shí)際應(yīng)用表明：一方面．利用變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速使得手套各個(gè)部分的編織速度更加合理．產(chǎn)品的質(zhì)量和效率得到了提高：另一方面．合理的變頻調(diào)速也有效地節(jié)約了能源 但目前變頻器也存在著干擾比較嚴(yán)重、價(jià)格相對(duì)較高的不利因素．在選購(gòu)及使用的過(guò)程中應(yīng)該引起足夠的重視。

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