圆网印花机监测系统减少错花

　　由于传动结构零部件的机械磨损以及对花齿轮松动、织物变形等一系列原因，圆网印花机生产中经常会发生错花或跑花现象，大大降低了圆网印花的精度和生产效率。无论是传统的圆网机械式整体驱动系统还是先进的圆网独立驱动系统，都没有对错花问题进行直接的实时检测的好办法。高速运行时，若印花出现偏差，控制系统不能及时收到偏差反馈并及时做出调整，这是影响印花精度的根本原因。因此，对各种质量问题进行实时的检测、反馈并及时调整的全闭环控制，是提高印花精度和生产效率的关键。

　　错花检测原理及系统组成

　　我们设计了一种新型错花在线监测控制系统。它主要由视觉系统、主控制器和触摸屏三部分构成，视觉系统主要包括LED光源、CCD摄像机、图像采集卡、图像处理单元及显示器等。

　　系统采用彩色面阵CCD摄像机作为图像传感器，实时采集印花过程中的花位标记图像，经图像采集卡转换为数字信号并由图像处理单元进行相关处理之后，确定出各个套色花位标记之间的相对位置，实时获取对花误差，并传送给主控制器；主控制器经一定的计算分析后将误差信号转化为控制信号并输出给印花机控制系统，进而调节各印花网筒和整纬器的运行状态或进行报警处理；同时，系统通过触摸屏实现误差、对花精度等数据的动态显示以及各项参数的修改等。

　　该检测系统的主控制器有两大功能：一是根据编码器信息，触发控制各个CCD摄像机进行拍照，采集各花位标记；二是与图像处理单元、触摸屏及印花机PLC控制系统进行通信。控制器以STC89C52RC单片机为核心，该单片机是8位高性能MCU；具有8kFlash存储器、512kRAM、2kE2PROM；高速、超低功耗、稳定可靠；在系统可编程，便于程序的调试修改。根据系统要求，对引脚功能分配如下：P1口，用于CCD摄像机的触发控制，低电平有效；P2口，用于通信接口的控制，P2.0、P2.1用于4路模拟开关通道的选择，P2.2、P2.3为两路RS-485通信的使能控制端。P3.0（RXD）、P3.1（TXD）为单片机的通信接口，与四路模拟开关CD4052连接，通过选通控制RS-232接口或者RS-485接口可分别实现与图像处理单元和触摸屏、PLC的通信。P3.4口用于接收旋转编码器脉冲信号。

　　视觉触发和通讯接口电路

　　为了能捕捉到每一个花位标记，利用增量式旋转编码器对圆网运行位置进行检测，然后发出触发CCD摄像机态，进行拍照的控制信号。

　　本设计选用了双四路模拟开关CD4052，选用欧姆龙E6B2-CWZIX旋转式编码器，该编码器为5V供电，分辨率为1000P/R，方波输出，输出6根信号线，A+/A-，B+/B-，Z+/Z-三相。本设计中不需要判断圆网运行方向，故只取A相或B相信号进行检测即可。为了保证计数的准确性，系统采用了具有三态输出的差分接收器MC3486，使编码器脉冲信号变成TTL逻辑电平，再由P3．4端对脉冲个数进行计数。P3．4为STC89C52单片机的定时计数器0的外部信号输入口，可以非常方便的实现对编码器脉冲信号的计数。当计数达到花位标记位置时，由P1口发出相应的触发控制信号。因为选用的CCD摄像机需要12V高电平才可启动，因此采用了光耦TLP521进行隔离和放大，P1控制端输出低电平时触发有效。

　　通信接口电路系统中，单片机与图像处理单元、触摸屏和印花机控制系统PLC三者间均需要进行数据传输，其中，与图像处理单元之间采用RS232通信，与PLC和触摸屏之间均采用RS485通信。STC89C52RC单片机仅有一个串行接口，为了实现与三者之间的通信，采用了基于多路模拟开关选通控制的方法。而单片机的TTL信号电平与RS232、RS485电平的转换分别通过MAX232、MAX485芯片完成。模拟开关是一种三稳态电路，它可以根据选通端的电平，决定输入端与输出端的状态。当选通端处在选通状态时，输出端的状态取决于输入端的状态；当选通端处于截止状态时，则不管输人端电平如何，输出端都呈高阻状，P2．0、P2．1均为低电平时，单片机通过MAX232实现与图像处理单元的通信；P2．0为低电平、P2．1为高电平时，单片机通过MAX485实现与图像处理单元的通信；P2．0为高电平、P2．1为低电平时，单片机通过MAX485实现与图像处理单元的通信。

　　将印花误差在2毫米以内

　　根据系统功能要求，软件设计分为主程序、定时中断服务程序和串口中断服务程序。主程序主要完成I/O口、定时器、串口的初始化及中断输入口的设定、设置参数的更新、相机的触发、接收控制、偏差信息的处理及网筒调节脉冲的输出等。

　　定时中断服务程序主要完成相机的触发，触发间隔时间需要根据相机镜头的视场、标记的大小及印花速度确定，以保证捕捉到每一个印花标记。同时，为了提高程序运行效率，降低数据的处理量，减轻CPU的负担，在程序中我们设定了两个定时时间，即在接近标记位置时提高触发频率，采用短定时，而在远离标记位置时减少对相机的触发，采用长定时。串口中断服务程序主要完成串口设备的识别、偏差信息的接收、调节脉冲的发送。

　　将基于STC89C52RC主控制器的错花监测系统在试验机模型上进行测试，印花误差在2毫米以内，该精度满足目前业内印染要求。为了更好地发挥系统的性能，后续工作还应该以下方面加强工作：第一，寻求协助单位将基于STC89C52RC的主控制器错花监测系统应用于试产线，检测小批量试生产时整个系统的稳定性。第二，进一步调整系统参数，确保试验模型机上的对花精度，使误差控制在1毫米以内，满足高档印染的要求。第三，优化系统，降低成本，增强移植性，满足老机型改造。