喷水织布机89C51单片机控制系统设计

摘 要本文扼要介绍了喷水织布机的工作原理及控制要求，并详细叙述了喷水织布机控制系统控制电路及控制程序的设计过程，以及绘制电路原理图和 PCB 图的方法及步骤。喷水织布机的控制电路包括：主控电路、刹车电路、故障检测电路、整流电路及强电电路等。其中主控电路以单片机 89C51 为控制核心，主要控制主电机的正反转、正反点动，两个风机的启停；刹车电路控制织布机刹车装置的刹车动作和高、低刹车电压的转换；故障检测电路用以检测断纬、左右捻边纱断纱、电机过热、卷布筒张力过大等故障；强电电路用于实现电机正反转、三角形和星形的转换等；整流电路为控制系统提供直流电源。本控制系统的控制程序分为主程序和中断程序。主程序主要用于一些实时性要求不高的信号的输入/输出和工作状态管理。中断程序用于处理一些实时性较高的信号的处理。本控制系统是一以单片机为控制核心的织布机控制系统。它比纯硬件控制系统柔性高、更可靠，比 PLC 控制系统开发成本更低。经进一步的研究和开发，在喷水织布机上具有良好的应用前景。关键词：喷水织布机；控制电路；硬件设计；软 件 设 计ABSTRACTAccording to the principle and control requirement of the water jet loom, the detailed design of the control system electric circuit, the control program for the water jet loom, include the electric circuit diagram and PCB diagram, is introduced in this paper.The control of the water jet loom is composed of main control circuit, brake circuit, malfunction examination circuit, commutate electric circuit and amplifier circuit. An 89C51 micro controller was taken as the control unit of the main control circuit to realize the clockwise/anti-clockwise rotation, step movement of the main motor and on/off of the two cooling fans. Brake electric circuit controls the braking movement of the loom and the conversion of brake voltage. Malfunction examination electric circuit is used to examine the break of the thread, overheating of the motor, the abnormal tension and so on. The power circuit is used to realize the motors rotation, on/off control and so on. Commutate electric circuits provide the direct current electricity for the control system.The control programs of the control system were classified as main programs and interruption service programs. Main programs are mainly used for input or output of the low real-time signal and the management of the work state. The interruption service programs are used to deal with some higher real-time signal.Because of its MCS-51 control unit, the loom control system developed in this paper has a higher flexibility and reliability than that of the hardware control. At the same time, the developing cost is much more lower than that of PLC. With further work, it has good application foreground in water jet loom. Key words：Water jet loom; Control electric circuit; Hardware; Software目 录第一章 绪论 .11.1 织布机的发展 .11.2 织布机的控制.11.3 织布机控制技术的发展.21.4 本文的结构.2第二章 织布机概述与设计要求 .32.1 织布机概述 .32.1.1 喷水织布机简介.32.1.2 喷水织布机喷纱原理 .32.2 检测的内容与要求.32.3 织布机的控制要求.42.3.1 电机的控制.42.3.2 刹车的控制.52.3.3 指示灯要求.52.3.4 直流电源要求.5 第三章 织布机控制系统电路设计 .73.1 设计方案的拟定.73.2 主控电路的设计.83.2.1 主控电路中单片机 89C51 的 应 用 .83.2.2 主控电路中光 电 耦 合 器 接 口 电 路 .113.2.3 主控电路中固态继电器接口电路 .133.3 电磁刹车电路设计.143.3.1 刹车电路中的电气元件 .143.3.2 刹车电路工作原理 .143.4 六 项 自 停 电 路 设 计 .163.5 整流电路设计.183.6 强电控制电路设计.19第四章 织布机控制系统软件设计 .214.1 主程序设计.214.2 子程序设计.30第五章 原理图与 PCB 图的绘制 .345.1 Protel 99SE 的 简 介 .345.2 如何用 Protel 画原理图 .345.2.1 原理图的设计步骤.345.2.2 画原理图.355.3 织布机控制系统总原理图.355.4 如 何 用 protel 画 PCB 图 .365.4.1 自动布线法画 PCB 图 .365.4.2 部分元件的封装说明（表 5-1）.385.5 织布机控制系统 PCB 图 .39第六章 结论 .40致谢.42参考文献 .43附录 A：英文资料 .44附录 B：英文资料翻译 .57附录 C：硬件设计原理图与 PCB 图 .60附件： 毕业论文光盘资料第一章 绪 论1.1 织布机的发展喷水织机的研究开始于 20 世纪 40 年代，为了解决喷气引纬的气流急剧下降而造成的纬缩等疵点，原捷克斯洛伐克的斯瓦蒂发明了采用喷射水滴引纬的方法。50 年代初，喷水引纬技术进一步发展，原捷克生产出柯沃型喷水织机样机，当时只能制织人造纤维长丝织物。60 年代，日本日产、津田驹公司相继研制生产 LW、ZW 型喷水织机。与此同时，我国天津、上海、丹东、北京等地也先后对喷水织机进行了研究和试验， 有在原丝织机上改型的，也有重新设计的，都取得了一定的进展。1.2 织布机的控制织机是一种周期性循环工作的机器，每织一根纬纱，各部分机构均按规定动作一次。织机主轴曲柄的转角与各机构的工作状态相对应，即正常工作时主轴转到不同角度，必然发出某些规定信号或完成某些规定动作。因此，织机的控制可分为如下几个方面。1.投入控制分为经、纬纱有无的控制、经、纬纱长度的控制、经、纬纱张力的控制、经、纬纱顺序的控制。2.产出控制分为织物长度的控制、织物宽度的控制、织物密度的控制、织物组织的控制、织物质量的控制。3.加工过程控制分为织机的启动与停机、织机运行状态的控制、润滑状态的控制、安全保护的控制。4.人机交换的控制实现以下功能：自动对梭口、梭口中断纬自动修复、断经自动修复、机器状态的自动显示、机器信息的转贮、与中央计算机的双向通讯、织机键盘操作。设置这些控制功能的目的是使织机达到高产、优质、低耗和方便操作。一般来讲，织机控制功能越强，织机的性能越高，对操作人员的素质要求也越高，织机价格亦随之增加。1.3 织布机控制技术的发展我国现拥有织机一百余万台，其中无梭织机约5万台，约占织机总数的5%，而目前世界上无梭织机拥有量已约占织机总数的15%以上。在我国所使用的无梭织机中，绝大部分是进口机型，其中大部分织机是当前世界上先进水平的织机。显然全靠进口织机来装备我国的纺织工业是不可能的。因此我们必须根据我国的实际情况，结合我国国情制订合理的发展方向与措施，即多渠道加快发展无梭织机和多档次全面发展无梭织机。目前，织布机有两种控制方式，一种是硬件控制，另一种是用PLC电气编程控制。两者相比之下，硬件控制虽然成本较低，但是机器不易调节，变动很生硬，并且机器的使用寿命也不长。而用PLC电气编程控制，尽管可靠性好，但是成本较高，现在被广泛使用。本课题中，我采用了单片机控制织布机，这样无需改变硬件部分而是通过改变软件程序便能实现织布机所要求的不同功能，并且这样做可靠性高，柔性好。第二章 织布机检测与控制概述2.1 喷水织布机概述2.1.1 喷水织布机简介喷水织布机是利用高压水与纬纱之间的摩擦力，拉动纬纱穿过交错排列的上下交替运动的一根根经纱。经纱和纬纱交织过程中，经纱边交替上下运动边向前移动，每上下交替运动一次，高压水嘴喷出一根纬纱。纬纱和经纱绕在各自的纱管上，自动放纱，每喷出一根纬纱，剪纱刀自动将其剪断。为使纬纱排紧，每喷一根纬纱，紧纱装置紧纱一次，使纬纱排列紧密。织成的布经吸水装置吸水后，卷到前方卷布筒上。原理图如图 2.1 所示。2.1.2 喷水织布机喷纱原理喷水织布机的投纬喷嘴由带导纱孔的织针和朝着喷嘴孔开口的供水孔的喷嘴主体组成；织针插在喷嘴孔中，形成与供水孔连通的环状流路，环状流路包括在投纬方向上的整流流路和与整流流路连通的加速流路；上游侧的整流子从织针的外周面朝喷嘴主体的内周面突出且在圆周方向形成布置了多个间隔的多个整流壁，下游侧的整流子从喷嘴孔的内周面朝织针的外周面突出且在圆周方向形成布置了多个间隔的多个整流壁，加速流路的流路剖面朝着下游逐渐减小并朝着射出口开口。以此可充分地对压力水进行整流加速，以得到聚拢性好的高速喷射水。2.2 检测的内容与要求在喷水织布过程中，遇到故障时必须立即停车，需检测的故障有：1）断纬。在正常工作中，每喷一次水，由接近开关产生一信号，同时探纬传感器也相应产生一信号，两信号同时送到探纬器。若探纬器只收到接近开关信号，没有收到探纬传感器信号，说明已经断纬，此时，探纬器立即发出停车信号，切断主电机电源，随后发出刹车信号，刹住织布机，停止运动，以免经纱继续向前移动，造成布面缺纬，织出次品。图 2.1 织布机原理2）电机过热。当电机工作温度过高，电机内部的过热保护装置发出信号，电机须停机，并立即刹车。3）左、右捻边纱，缠纬纱断纱，卷布筒张力过大，需停止、刹车。4）除了上述的故障发生，需停车外，当织布机织布的长度达到设定长度时，也需要立即停车。2.3 织布机的控制要求2.3.1 电机的控制织布机共有三只电机，具体情况如下：1.主电机主电机主要为织布机运动装置提供运动及动力。起动时，有两种方式：Y形起动，正常工作时也为 Y 形；-Y 形起动， 形起动（起动快） ，经延时后切换成 Y 形正常运转，起动方式可由操作者选择。2.风机电机风机电机共两只，一只吹风，一只吸水，将吹风机吹出的水汽吸走。调整织布机各个运动机构位置时，可正、反点动主电机。此时风机电机不需要起动。织布时，要先起动风机电机，后起动主电机，否则主电机不起动。（另外，调整织布机器时刹车装置要松开，否则不能实现点动。 ）2.3.2 刹车的控制刹车装置为电磁铁，起动主电机织布时，刹车装置必须处于有效状态，即遇到故障时停车后能立即刹车。当刹车装置处于无效状态时，主电机不能起动。点动调整织布机时，刹车也应处于有效状态。松开点动按钮后，能立即刹住织布机。当刹车装置处于无效状态时，可用手工盘动织布机，以调整织布机运动机构位置。2.3.3 指示灯要求织布机有四盏指示灯。红色为电源指示灯，接通电源后，该灯亮；黄灯为织布（探纬）指示，正常工作时，该灯不停地闪烁，断纬停车后，该灯只亮不闪烁；绿灯为电机过热、捻边纱、缠纬纱断纱指示，故障发生后停车时，该灯亮，故障不发生灯不亮；蓝灯为计长指示，设定长度达到后停车且指示灯亮，长度未达到不停车灯不亮。2.3.4 直流电源要求控制系统所需电源有四种直流电源：单片机工作电压 5V，探纬器工作电压12V，控制按钮工作电压 12V，刹车装置直流电压 110V。上述四种直流电压经变压、整流后获得。刹车时加在电磁铁上的电压为 110V，停车后，降为 24V，这是通过控制系统软件，使电磁铁线圈处于通断通断工作状态，改变通、断时间比，使线圈的平均电压为 24V。如图 2.2 所示。图 2.2 刹 车 电 压第三章 织布机控制系统电路设计3.1 设计方案的拟定根 据 毕 业 任 务 书 要 求 ， 设 计 织 布 机 控 制 系 统 ， 如 图 3.1 所 示 。 控 制 系统 电 路 包 括 强 电 与 弱 电 两 部 分 。 弱 电 部 分 主 要 包 含 主 控 电 路 与 整 流 电 路 的 设计 。 主 控 电 路 主 要 由 单 片 机 、 控 制 电 机 实 现 正 反 转 、 点 动 、 风 机 运 转 、 电 磁刹 车 、 故 障 检 测 和 各 项 运 行 指 示 电 路 组 成 ， 并 使 用 光 电 耦 合 器 对 控 制 系 统 内部 和 外 部 的 输 入 、 输 出 信 号 进 行 耦 合 ,固 态 继 电 器 控 制 系 统 输 出 口 与 强 电 电路 接 口 。 整 流 电 路 主 要 由 整 流 变 压 器 、 二 极 管 整 流 桥 、 滤 波 器 和 集 成 稳 压 器等 环 节 组 成 。 强 电 部 分 主 要 包 括 电 气 保 护 元 件 、 接 触 器 开 关 、 电 机 等 。P1.2P1.7 P0P1.0P1.1 P2.3P2.6P3 P2.189C51光电耦合电 路光电耦合接口电 路故障检测电 路强电电 路光电耦合电 路控制方式Y- 、自 停刹 车状 态判 别电 路光电耦合电 路指示灯光电耦合电 路手控电 路光电耦合电 路刹车控制电 路刹车强电电路图3.1 整体电路布局图3.2 主控电路的设计如 图 3.2 所 示 ， 主 控 电 路 主 要 由 单 片 机 、 控 制 主 电 机 启 动 、 停 止 、 正 反点 动 、 风 机 启 动 信 号 输 入 电 路 ， 主 电 机 正 反 转 、 星 三 角 连 接 电 路 切 换 、风 机 启 动 信 号 输 出 电 路 、 指 示 灯 控 制 信 号 输 出 电 路 、 电 磁 刹 车 信 号 输 出 电 路等 组 成 ， 并 在 电 路 中 为 了 抗 干 扰 、 强 弱 电 耦 合 ， 使 用 光 电 耦 合 器 件 进 行 光 电耦 合 ， 隔 离 单 片 机 系 统 的 输 入 、 输 出 部 分 ， 并 在 电 机 控 制 信 号 输 出 电 路 当 中采 用 了 固 态 继电器与电机控制强电电路进行连接。图 3.2 主 控 原 理 图3.2.1 主 控 电 路 中 单 片 机 89C51 的 应 用89C51 是由 ATMEL 公司推出的一种低功耗、高性能的片内含有 4KB 快闪可编程/擦除只读存储器的 8 位 CMOS 微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造，并且与 80C51 引脚和指令系统完全兼容。芯片上的 FPEROM 允许在线编程或采用通用的非易失存储编程器对程序存储器重复编程。使用 89C51 就 不 需 要 外扩 程 序 存 储 器 ， 而 且 其 I/O 端 口 引 脚 足 以 满 足 使 用 要 求 。1） 如图 3.3 所示，89C51 共 40 条引脚。以下是对引脚的说明： 电 源 引 脚 ：Vcc（ 40 脚 ） ： 典 型 值 5V。Vss（ 20 脚 ） ： 接 低 电 平 。 控 制 引 脚 ： RST/Vpd、 ALE/ 、 、 /Vpp 组 成 了PROGSNEAMSC-51 的 控 制 总 线 。RST/Vpd（ 9 脚 ） ： 复 位 信 号 输 入 端 （ 高 电 平 有 效 ） 。 第 二 功 能 ： 加+5V 备 用 电 源 ， 可 以 实 现 掉 电 保 护 RAM 信 息 不 丢 失 。ALE/ (30 脚 ） ： 地 址 锁 存 信 号 输 出 端 。 第 二 功 能 ： 编 程 脉 冲 输 入 。POG（ 29 脚 ） ： 外 部 程 序 存 储 器 读 选 通 信 号 。SN/Vpp (31 脚 ） ： 外 部 程 序 存 储 器 使 能 端 。 第 二 功 能 ： 编 程 电 压 输 入 端（ +21V） 。图 3.3 89C51 引 脚 图 2）外接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2 接外部振荡器信号，即把外部振荡器的信号直接连到内部时钟发生器的输入端。当 采 用 外 部 时 钟 信 号 时 ， XTAL2 接 振 荡信 号 ， XTAL1 接 地 。 原理图中使用了 12MHz 晶 振 ， 则 根 据 单 片 机 CPU 的 工 作时 序 ， 其 4 个 周 期 的 具 体 值 计 算 如 下 ：振 荡 周 期 = ；/2us时钟周期= ；1/6s机 器 周 期 = ；/1指令周期= 。(4)s3） 89C51 单 片 机 的 P 口 特 点P0 口 ： 是 一 个 8 位 漏 极 开 路 输 出 型 双 向 I/O 端 口 。 作 为 输 出 端 口 时 ， 每位 能 以 吸 收 电 流 的 方 式 驱 动 8 个 TTL 输 入 ， 对 端 口 写 1 时 ， 又 可 作 高 阻 抗输 入 端 用 。在 访 问 外 部 程 序 或 数 据 存 储 器 时 ， 它 是 时 分 多 路 转 换 的 地 址 （ 低 8 位 ）/数 据 总 线 ， 在 访 问 期 间 将 激 活 内 部 的 上 拉 电 阻 。P1 口 ： P1 口 是 一 个 带 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 端 口 。 P1 口 的 输出 缓 冲 器 可 驱 动 （ 吸 收 或 输 出 电 流 方 式 ） 4 个 TTL 输 入 。 对 端 口 写 1 时 ， 通过 内 部 的 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 到 高 电 位 ， 这 时 可 作 输 入 口 。 P2 口 作 输 入 口 使用 时 ， 因 为 内 部 有 上 拉 电 阻 ， 那 些 被 外 部 信 号 拉 低 的 引 脚 会 输 出 一 个 电 流 。P2 口 ： P2 口 是 一 个 带 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 端 口 。 P2 口 的 输出 缓 冲 器 可 驱 动 （ 吸 收 或 输 出 电 流 方 式 ） 4 个 TTL 输 入 。 对 端 口 写 1 时 ， 通过 内 部 的 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 到 高 电 位 ， 这 时 可 作 输 入 口 。 P2 口 作 输 入 口 使用 时 ， 因 为 内 部 有 上 拉 电 阻 ， 那 些 被 外 部 信 号 拉 低 的 引 脚 会 输 出 一 个 电 流 。在 访 问 外 部 程 序 存 储 器 时 和 16 位 外 部 地 址 的 外 部 数 据 存 储 器 （ 如 执 行MOVX DPTR） 时 ， P2 口 送 出 高 8 位 地 址 。 在 访 问 8 位 地 址 的 外 部 数 据 存 储器 （ 如 执 行 MOVX RI） 时 ， P2 口 引 脚 上 的 内 容 （ 就 是 专 用 寄 存 器 (SFR)区中 的 P2 寄 存 器 的 内 容 ） ， 在 整 个 访 问 期 间 不 会 改 变 。P3 口 ： P3 口 是 一 个 带 有 内 部 上 拉 电 阻 的 8 位 双 向 I/O 端 口 。 P3 口 的 输出 缓 冲 器 可 驱 动 （ 吸 收 或 输 出 电 流 方 式 ） 4 个 TTL 输 入 。 对 端 口 写 1 时 ， 通过 内 部 的 上 拉 电 阻 把 端 口 拉 到 高 电 位 ， 这 时 可 作 输 入 口 。 P3 口 作 输 入 口 使用 时 ， 因 为 内 部 有 上 拉 电 阻 ， 那 些 被 外 部 信 号 拉 低 的 引 脚 会 输 出 一 个 电 流 。4） 各 引 脚 应 用 说 明 (表 3-1)。3.2.2 主 控 电 路 中 光 电 耦 合 接 口 电 路（ 1） 光 电 耦 合 器 的 结 构 及 特 点 光 电 耦 合 器 由 发 光 源 和 受 光 器 两 部 分组 成 ， 并 封 闭 在 同 一 不 透 明 的 管 壳 内 由 绝 缘 的 透 明 树 脂 隔 开 ， 如 图 3.4 所示 。 发 光 源 引 出 的 管 脚 为 输 入 端 ， 受 光 器 引 出 的 管 脚 为 输 出 端 。 光 耦 合 器 的封 装 形 式 有 管 形 ， 双 列 直 插 式 和 光 导 纤 维 连 接 等 形 式 。 光 电 耦 合 器 的 发 光 源常 用 砷 化 镓 红 外 发 光 二 极 管 ， 受 光 器 常 用 光 电 三 极 管 、 光 敏 晶 体 管 和 光 敏 集成 电 路 等 。表 3-1 引 脚 应 用 说 明引 脚 名 称 引 脚 说 明 引 脚 名 称 引 脚 说 明VCC 接 单 片 机 工 作 电 压 +5V P3.0控 制 主 电 机 反 转（ 反 转 点 动 ）GND 接 地 P3.1控 制 主 电 机 正 转（ 正 转 点 动 ）P0.6 控 制 继 电 器 CY 输 出 电 路 P3.2 控 制 系 统 停 车P0.5 控 制 继 电 器 C 输 出 电 路 P3.3 控 制 接 近 开 关 信 号P0.4 控 制 继 电 器 ZC 输 出 电 路 P3.4 控 制 系 统 停 止P0.3 控 制 继 电 器 FC 输 出 电 路 P3.5 控 制 两 风 机 的 启 动P0.2 控 制 继 电 器 C 输 出 电 路 P3.6 刹 车 开 关 信 号P1.0 控 制 六 项 自 停 P3.7 控 制 高 压 刹 车P1.1 控 制 主 电 机 Y- 启 动 P2.1 控 制 低 压 刹 车P1.2 控 制 计 长 自 停 P2.3 控 制 计 长 指 示 灯P1.3 控 制 电 机 过 热 自 停 P2.4 控 制 五 项 指 示 灯P1.4 控 制 右 绞 故 障 自 停 P2.5 控 制 探 纬 指 示 灯P1.5 控 制 左 绞 故 障 自 停 P2.6 控 制 电 源 指 示 灯P1.6 控 制 缠 纬 故 障 自 停 RST 控 制 系 统 复 位P1.7 控 制 张 力 过 大 自 停 XTAL1 接 振 荡 器XTAL2 接 振 荡 器（ 2） 光 电 耦 合 电 路 如 图 3.5 所 示 ， 为 光 电 耦 合 器 在 控 制 系 统 电 路 中的 应 用 方 式 。 图 中 光 耦 为 晶 体 管 输 出 型 光 电 耦 合 器 。 光 电 晶 体 管 以 光 取 代 基极 电 流 ， 作 为 晶 体 管 的 输 入 ， 当 光 电 耦 合 器 的 发 光 二 极 管 发 光 时 ， 光 电 晶 体管 受 光 的 影 响 在 cb 和 ce 间 会 有 电 流 流 过 ， 电 流 受 光 照 强 度 控 制 。 光 电 耦合 器 起 到 耦 合 脉 冲 信 号 和 隔 离 单 片 机 89C51 系 统 与 控 制 开 关 、 输 出 部 分 的作 用 ， 使 两 部 分 的 电 流 相 互 独 立 。 由 于 光 电 耦 合 器 是 电 流 型 输 出 ， 不 受 输 出端 工 作 电 压 的 影 响 ， 因 此 可 以 用 于 不 同 电 平 的 转 换 。图 3.4 光 电 耦 合 器 的 结 构 和 符 号图 3.5 系 统 电 路 中 的 光 耦 接 口 电 路图 中 ， 当 开 关 闭 合 时 ， 发 光 二 极 管 通 电 发 光 ， 受 光 部 分 受 光 导 通 ， P3.5低 电 平 有 效 ； 当 开 关 断 开 ， 光 耦 输 入 端 电 流 为 0， 发 光 二 极 管 不 导 通 ， 输出 相 当 于 开 门 ， P3.5 为 高 电 平 。图 中 电 阻 起 限 流 保 护 作 用 。 流 经 发 光 二 极 管 的 电 流 大 小 有 限 制 ， 不 能 太大 也 不 能 太 小 ， 其 上 的 电 阻 RI1 的 阻 值 即 为 直 流 工 作 电 压 +12V 除 以 发 光二 极 管 的 工 作 电 流 4mA 而 求 得 。3.2.3 主 控 电 路 中 固 态 继 电 器 接 口 电 路固 态 继 电 器 是 一 种 全 部 由 固 态 电 子 元 件 组 成 的 无 触 点 开 关 元 件 ， 他 利 用电 子 元 器 件 的 电 磁 和 光 特 性 来 完 成 输 入 与 输 出 的 可 靠 隔 离 ， 利 用 大 功 率 三 极管 ， 功 率 场 效 应 管 ， 单 项 可 控 硅 和 双 向 可 控 硅 等 器 件 的 开 关 特 性 ， 来 达 到 无触 点 ， 无 火 花 地 接 通 和 断 开 被 控 电 路 。 固 态 继 电 器 有 三 部 分 组 成 :输 入 电路 ， 隔 离 (耦 合 )和 输 出 电 路 。 按 输 入 电 压 的 不 同 类 别 ， 输 入 电 路 可 分 为 直流 输 入 电 路 ， 交 流 输 入 电 路 和 交 直 流 输 入 电 路 三 种 。 有 些 输 入 控 制 电 路 还 具有 与 TTL/CMOS 兼 容 ， 正 负 逻 辑 控 制 和 反 相 等 功 能 。 固 态 继 电 器 的 输 入 与输 出 电 路 的 隔 离 和 耦 合 方 式 有 光 电 耦 合 和 变 压 器 耦 合 两 种 。 固 态 继 电 器 的 输出 电 路 也 可 分 为 直 流 输 出 电 路 ， 交 流 输 出 电 路 和 交 直 流 输 出 电 路 等 形 式 。 交流 输 出 时 ， 通 常 使 用 两 个 可 控 硅 或 一 个 双 向 可 控 硅 ， 直 流 输 出 时 可 使 用 双 极性 器 件 或 功 率 场 效 应 管 。图 3.6 为 其 在 本 控 制 系 统 中 控 制 电 机 交 流 接 触 器 的 应 用 接 口 电 路 。图 3.6 继 电 器 型 驱 动 接 口 电 路继 电 器 的 输 入 为 单 片 机 的 逻 辑 电 平 ， 信 号 经 光 电 耦 合 器 耦 合 后 ， 经 驱 动三 极 管 进 行 转 换 ， 使 输 出 的 驱 动 电 压 能 够 适 应 继 电 器 的 要 求 。 图 中 PNP 三极 管 为 固 态 继 电 器 的 驱 动 管 。当 单 片 机 P0.3 为 低 电 平 时 ， 经 光 耦 耦 合 ， 加 在 PNP 基 极 的 电 位 低 于发 射 极 ， 三 极 管 导 通 ， 固 态 继 电 器 导 通 ， 接 触 器 FC 线 圈 得 电 ， FC 常 开 触点 闭 合 ， 电 机 运 行 。继 电 器 动 作 时 ， 对 电 源 有 一 定 的 干 扰 ， 为 了 提 高 单 片 机 系 统 的 可 靠 性 ，在 单 片 机 和 继 电 器 之 间 用 光 耦 隔 离 ， 使 两 部 分 的 电 流 相 互 独 立 。 不 与 交 流 电源 的 地 线 相 接 。 这 样 就 避 免 了 输 出 部 分 电 源 变 化 对 单 片 机 电 源 的 影 响 ， 减 少了 系 统 所 受 上 述 干 扰 ， 提 高 了 系 统 的 可 靠 性 。3.3 电磁刹车电路设计如 图 3.7 所 示 ， 为 电 磁 铁 刹 车 电 路 ， 电 路 主 要 由 反 相 器 、 比 较 器 、 三 极管 、 光 耦 、 VMOS 管 、 电 磁 铁 线 圈 等 器 件 构 成 。P2.1 为 低 压 刹 车 控 制 引 脚 ， 开 低 压 刹 车 时 ， P2.1 置 1， 关 刹 车 时 ， 将P2.1 置 0； P3.7 为 高 压 刹 车 控 制 引 脚 ， 开 高 压 刹 车 时 ， P3.7 置 0， 关 刹车 时 ， 将 P3.7 置 1。 两 引 脚 发 出 的 信 号 ， 经 比 较 器 的 比 较 后 ， 输 出 信 号 控制 VMOS 驱 动 管 的 导 通 与 截 止 ， 以 实 现 电 磁 刹 车 的 打 开 或 关 闭 。3.3.1 刹 车 电 路 中 的 电 气 元 件1）反向器：图 中 反 向 器 74AC00 为 双 列 14 脚 与 非 门 ， 其 中 两 对 作 为 与非 门 使 用 ， 为 了 节 省 元 件 ， 将 剩 余 两 对 作 为 非 门 使 用 。2）二极管：图 中 ， 与 电 磁 铁 线 圈 并 联 的 二 极 管 起 到 续 流 保 护 作 用 ， 因 为电 磁 铁 线 圈 断 电 时 会 产 生 很 大 的 反 向 电 动 势 ， 从 而 会 击 穿 电 磁 铁 驱 动VMOS 管 。 如 果 加 上 续 流 二 极 管 ， 电 路 断 路 时 ， 线 圈 产 生 的 反 向 电 动 势 使 二极 管 处 于 正 向 导 通 状 态 ， 构 成 回 路 ， 释 放 线 圈 中 的 电 流 ， 保 护 VMOS 管 。3）电位器：电位器所在的 RC 电路中，可以通过改变 RC 时间常数控制比较器翻转的速度，以此来决定刹车打开的时间。电位器可变，使得电路可调，使机器能够准确停止在某个位置。3.3.2 刹 车 电 路 工 作 原 理图 3.7 电 磁 铁 刹 车 电 路 中 ， P2.1 和 P3.7 控 制 刹 车 电 路 。 刹 车 电 路 工作 原 理 如 下 ：1)当 织 布 机 电 机 正 常 工 作 时 ， P3.7 端 置 低 ， 经 过 比 较 器 后 输 出 (B)为高 。2） 当 发 生 故 障 时 ， P2.1 置 高 ， 经 比 较 器 后 输 出 （ C） 为 高 ， 光 电 耦 合器 截 止 ， VMOS 管 栅 极 为 高 ， VMOS 管 导 通 ， 电 磁 铁 线 圈 通 电 吸 合 ， 系 统 刹 车 。3） 机 器 停 车 后 ， 通 过 改 变 P3.7 引 脚 的 高 低 来 实 现 电 磁 铁 线 圈 的 通 电 、断 电 ， 降 低 线 圈 的 平 均 电 压 和 电 流 ， 从 而 达 到 低 压 锁 定 的 目 的 。 当 P3.7置 高 时 ， 经 过 比 较 器 输 出 （ C） 低 电 平 ， 光 电 耦 合 器 导 通 ， VMOS 管 栅 极 电压 为 低 ， VMOS 管 截 止 ， 电 磁 铁 线 圈 断 电 。 当 P3.7 置 低 时 ， 经 过 比 较 器 输出 （ C） 高 电 平 ， 光 电 耦 合 器 截 止 ， VMOS 管 栅 极 电 压 为 高 ， VMOS 管 导 通 ，电 磁 铁 线 圈 通 电 。 P3.7 置 高 0.8s 时 ， 电 磁 铁 线 圈 关 断 0.8s ； P3.7 置 低0.2s 时 ， 电 磁 铁 线 圈 开 通 0.2s。 通 过 改 变 截 至 和 导 通 的 时 间 比 ， 将 110V电 压 降 为 24V。 电 磁 铁 导 通 情 况 见 表 3.2。图 3.7 电 磁 铁 刹 车 电 路表 3.2 电 磁 铁 导 通 情 况刹 车 开 关 A B C 刹 车开 （ 分 ） 1 1 1 开关 （ 合 ） 1 0 0 关开 0 1 0 关关 0 0 0 关3.4 六项自停电路设计六 项 自 停 电 路 是 用 于 在 系 统 织 布 过 程 中 ， 当 故 障 发 生 时 ， 向 系 统 提 供 故障 信 号 ， 以 便 系 统 发 出 停 车 信 号 并 刹 车 。 该 电 路 主 要 检 测 故 障 包 括 ： 织 布 机断 纬 、 电 机 过 热 、 左 、 右 捻 边 纱 、 缠 纬 纱 断 纱 、 卷 布 筒 张 力 过 大 以 及 计 长 信号 等 。 电 路 如 图 3.8 所 示 。图 3.8 六 项 自 停 电 路（ 1） 断 纬 故 障 电 路 如 图 3.9 所 示 。 织 布 机 每 转 一 圈 ， 接 近 开 关 发 出一 个 脉 冲 信 号 ， 当 正 常 工 作 时 ， 探 纬 传 感 器 同 时 也 发 出 一 个 脉 冲 信 号 ， 两 个脉 冲 信 号 同 时 发 送 至 探 纬 器 。 如 果 探 纬 器 接 收 到 两 个 脉 冲 信 号 ， 说 明 织 布 机运 行 正 常 。 若 探 纬 器 只 接 收 到 接 近 开 关 产 生 的 信 号 ， 没 有 接 收 到 探 纬 传 感 器产 生 的 信 号 ， 说 明 布 纱 已 经 断 纬 ， 此 时 由 探 纬 器 立 即 发 出 停 车 信 号 ， 由CPU 切 断 主 电 机 电 源 ， 随 后 再 发 出 刹 车 信 号 ， 再 由 CPU 控 制 刹 车 装 置 刹 住织 布 机 ， 使 其 停 止 运 动 ， 以 免 经 纱 继 续 向 前 移 动 ， 造 成 布 面 缺 纬 ， 织 出 次 品 。其 中 刹 车 信 号 有 两 种 产 生 方 式 ： 一 是 由 探 纬 器 产 生 的 刹 车 信 号 （ J24 端 ） ，则 织 布 机 可 以 在 电 机 运 转 的 当 圈 刹 车 ； 二 是 由 接 近 开 关 产 生 的