基于欧姆龙CPM1A的多路纱线断线光电检测系统

陈璐露，罗维平，王光武



基于欧姆龙CPM1A的多路纱线断线光电检测系统

陈璐露，罗维平*，王光武

（武汉纺织大学 机械工程与自动化学院，湖北 武汉 430073）

结合光电检测技术介绍PLC技术在纺织测试仪器中的应用。阐述检测系统的工作原理、机械支撑装置设计、光电检测装置电路设计和欧姆龙CPM1A程序设计。将欧姆龙CPM1A应用于纺织工业生产中进行纱线断线的检测，不仅实现了纱线断线检测功能，而且能够完成多路断线检测。最后进行仿真，验证设计方案的正确性。

PLC；光电检测；纺织测试仪器；断线检测

在纺织行业高速发展的今天，纺织测试仪器在提高产品质量和生产效率方面越来越显得重要。在织布机中，要求实时检测纱线是否断线并对断线进行及时处理。目前，纺织行业中纱线断线检测的方案有以下4种：第一、用光电接收管采集丝线飘过激光光路引起的光强变化，经过后续处理电路后显示断线信号[1]；第二、实时拍摄纱线图片进行图像处理运算，通过一定的算法实现断线的检测[2]；第三、通过纱线的张力变化测定是否断线[3]；第四、对光电检测中的检测电路的优化处理[4]。

以上四种方案中，光电检测方案相对结构简单、成本低廉，但在检测精度方面受环境影响较大；通过机器视觉来进行处理的方案对处理器的要求比较高，且成本高，但在精度方面比较可靠；通过对纱线张力的变化进行检测的方案机械结构比较复杂，受外界影响较大，通过比较，光电检测方案似乎更可靠一些。但是，在光电检测的诸多方案中，大多数的研究人员致力于检测电路的优化之中，本文基于PLC技术和光电技术，辅之以一定的精密机械设计进行研究，以提高检测仪器的功用和可靠度，同时减少制造成本。

1 检测原理

基于光电对管方式的检测仪器主要由机械支撑装置、光电检测模块、断线处理模块、恢复工作模块组成。光电检测装置采用半导体激光发射器作为光源，光电三极管作为接收管。检测仪处于工作状态时，光敏三极管能够接收从激光发射器发射过来的光，光敏三极管导通。当纱线处于断线状态时，与纱线相连接的轻质检测块脱落，遮挡住了从光源发射过来的光，光敏三极管处于断开状态，直到工作人员做了相关处理工作为止。

2 检测仪机械支撑装置设计

机械作为控制的对象，决定了装置能实现的功能。机械装置要求简单、成本低廉、易于实现和控制、维护简单等，巧妙的设计和安装会使功能大大增强。本文力求做到用单一的检测装置就能够检测多路的纱线断线状况。如图1所示。机械支撑装置属于精密机械仪器，它的结构决定了它所拥有的功能，它主要由机械主体、支撑架、检测片、检测片上托架组成。机械主体上安装了光发射器和光接收器，支撑架支撑纱线和检测片，当纱线断的时候，检测片掉落到检测片上托架上，上托架上升，将检测片复位，然后检测片上托架下降复位，准备下一次工作。

值得注意的是，光发射源安装位置和接收位置处于同一条水平直线上，才能够保证检测的可靠性。装置的长度决定于激光发射器的质量和型号，用户可以根据自己具体的需求进行配置和生产。

图1 检测仪机械支撑装置

图2 光电检测电路

3 光电检测装置电路设计

检测装置要求：能够实时检测纱线的状态，并做出相应显示和报警。如图2所示。

具体工作流程：纱线完好状态时，从光源发射的光到接收管之间的光路正常，光敏三极管导通，断线指示灯不发光，蜂鸣器不工作。当纱线断线引起机械动作时，光路被切断，光敏三极管开路，此时，断线指示灯亮，蜂鸣器响。电路工作原理简单，采用了数字芯片74LS04（反相器芯片），而信号需求也是识别高低电平两种状态，使得电路更加可靠。

4 欧姆龙CPM1A程序设计

4.1 控制过程

当纱线断线时，悬挂在上面的检测片受重力作用下落至检测片上托架上面，切断光路，报警器报警。当工作人员准备接线时，按下启动按钮，检测片上托架将检测片托起上升至于过线孔重合的位置，进行接线，接线时间假设限定为15秒，15秒后，滑块自动下滑至底部复位。

4.2 I/O分配

输入输出端口地址分配及其功能如表1所示。

图3 梯形图

表1 I/O口分配

4.3 设计梯形图

检测系统梯形图如图3所示。

4.4 语句表

LD 0.00

OR 10.00

AND NOT 0.01

AND NOT 0.03

AND NOT 10.01

OUT 10.00

LD 0.01

TIM 000

#0150

OUT 10.02

LD TIM000

OR 10.01

AND NOT 0.02

AND NOT 0.03

AND NOT 10.00

OUT 10.01

END(01)

5 PLC仿真

由于在CX-P中CPM1A本身不具有仿真功能，用相似的CP1H代替仿真。用CX-D制作的仿真面板如图4所示。以下是PLC仿真过程。面板显示的是触摸屏信息，左边反应的是检测片当前的状态，程序框图中显示的是当前的数据流。如图4～图6所示。

图4 检测片处于上升时的仿真

图5 检测片处于接线时的仿真

图6 检测片处于即将复位时的仿真

6 结论

为了达到多路断线检测的目的，同时尽量降低仪器成本和检测可靠度，通过相对简单巧妙的机械设计和PLC仿真，基本达到了多路检测和自动化生产功能。

在实际工业生产应用中，应该根据自身生产的特定要求和环境制定相应的机械检测装置和激光发射源，以及对PLC型号的选择。本研究致力于创造这样一种模型和方案，在具体应用中应做到随环境和要求变化。

为了使检测装置达到精确、可靠、便于维护、成本低廉、使用范围更广等要求。还有很多后续问题可以进一步进行研究，例如，是否可以做到自动接线工作，做到智能化生产？例如，是否可以做到众多纱线定位显示？例如，这种检测仪器只适用于一维排列的纱线和多维错开排列的纱线检测，并不适用于多维等间距的纱线检测，还需要后期不断深入研究。

[1] 秦荣. 电脑绣花机断线问题的研究[J]. 纺织机械，2010,（2）.

[2] 王铭铭，方千山，严佳泉，等．图像处理和达芬奇技术在纺纱断线检测中的应用[J]. 电子技术应用，2012，（17）：45-47.

[3] 童诗白，华成英. 模拟电子技术（第三版）[M]. 北京：高等教育出版社，2001.

[4] 陈建元. 传感器技术[M]. 北京：机械工业出版社，2008.

Based on OMRON CPM1A Multiplex Yarn Break Line Photoelectric Detection System

CHEN Lu-lu, LUO Wei-ping, WANG Guang-wu

(School of Mechanical Engineering and Automation, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

This paper introduces the PLC technology combined with photoelectric detection technology in the application of textile testing instruments. This paper expounds the working principle of the detection system, design of mechanical support device, photoelectric detection device circuit design and OMRON CPM1A program design. OMRON CPM1A was applied to textile testing the yarn break in industrial production, it can not only realize the function of yarn break line detection, but also can complete multiple break line detection. Finally we have carried on the simulation to verify the correctness of the design.

PLC; Photoelectric Detection; Textile Testing Instruments; Yarn Off Detection

罗维平（1967-），女，教授，研究方向：数字化纺织装备的检测技术与自动控制.

湖北省数字化纺织装备重点实验室开放课题（DTL200909）；中国纺织工业协会项目（2011049）.

TU97

A

2095－414X(2014)03－0014－04