基于工控機的嵌入式提花機控制系統(tǒng)設計

基于工控機的嵌入式提花機控制系統(tǒng)設計

與傳統(tǒng)的機械花卉相比，電子花織機能夠在短時間內(nèi)生產(chǎn)出圖案，這對小型紡織廠來說是非常重要的。與傳統(tǒng)的機械花卉相比，電子花織機可以在短時間內(nèi)生產(chǎn)圖案。這對小批量、快速貿(mào)易和競爭激烈的紡織廠來說具有重要意義。當前市場上常見的提花機為英國Bonas、法國Sitaobier提花機、杭州的奇匯提花機等。目前電子提花機價格昂貴,耗電量大。要提高電子提花機的性能,除了機械部分需要改進以外,作為電子提花機靈魂的控制系統(tǒng)更需要提高性能,一套可靠、實用的控制系統(tǒng)能大大促進整機的運行效率和工廠生產(chǎn)管理的自動化水平。國內(nèi)學者曾對提花機控制器做了大量研究,廠家開發(fā)了各種各樣的提花機控制器。沈煒等提出了提花機控制系統(tǒng)設計方案,項功宏等研究了基于單片機的提花機控制器,孫雷等對單片機的提花機控制器進行了改進和提高,張建義等設計了基于ARM的提花機控制系統(tǒng),吳振謙等研究了網(wǎng)絡化的控制系統(tǒng),但這些控制器功能和穩(wěn)定性無法與國外同類產(chǎn)品相比,調(diào)試繁瑣,耗電大,有待改進。在EVC編程的基礎上,研究了一款基于嵌入式工業(yè)控制主板的先進提花機控制器,此控制器具有節(jié)省電力,調(diào)試功能強大的特點。本文主要從硬件和軟件2方面介紹這款控制器,分析提花機控制系統(tǒng)的特點。1防電磁干擾能力提花機控制系統(tǒng)硬件結構如圖1所示。由電源、嵌入式工業(yè)主板PCC-3568、1塊PC/104接口的128路數(shù)字I/O卡PCM-9886、接口板、驅(qū)動主板、提花機選緯板、電磁閥驅(qū)動小板組成,除了電源、主板、I/O卡,其余的板卡全部自主開發(fā)。電子提花機有很多電磁閥,少則168個,多則672個,甚至更多,而且運行過程中還有劇烈的震動,對硬件的穩(wěn)定性,防電磁干擾能力要求比較高。PCC-3568正好滿足了這些要求。PCC-3568是在90mm×96mm尺寸上開發(fā)出來的嵌入式工業(yè)主板。該款主板集成了低功耗的586帶多媒體功能的CPU。板上具有CRT/LCD顯示接口﹑10/100Mbps網(wǎng)絡接口﹑串口﹑2個USB接口﹑擴充用的標準PC/104接口。44PINIDE接口可以接CF適配卡,無需硬盤或DOC。采用8層PCB板設計,具有超強防電磁干擾能力及很好的穩(wěn)定性和可靠性。由于控制點多,提花數(shù)據(jù)量大,采用級聯(lián)的形式傳輸數(shù)據(jù),提花數(shù)據(jù)從128路數(shù)字I/O卡PCM-9886上并行輸入輸出,到接口板上轉(zhuǎn)換成2個37芯的提花數(shù)據(jù),傳輸?shù)津?qū)動主板。1個驅(qū)動主板具有8個提花機驅(qū)動數(shù)據(jù)輸出口,2個提花機驅(qū)動數(shù)據(jù)信號級聯(lián)接口。1個提花機驅(qū)動數(shù)據(jù)輸出口連接1列驅(qū)動小板,1列驅(qū)動小板可有16或24個驅(qū)動小板,1個小板上可控制8根經(jīng)線。通過U盤接口或者以太網(wǎng)接口把電子紋板讀入控制器,電子紋板中包含每根經(jīng)紗的動作(上或者下)、緯紗顏色的選擇以及布匹走動的信息等。通過輸出這些信號,控制器驅(qū)動繼電器和電磁閥,從而實現(xiàn)對提花機龍頭和織機的控制。2紡織提花控制系統(tǒng)的實現(xiàn)過程控制軟件采用和繼承了Windows風格的UI操作界面,具有操作簡單,智能化程度高,安全可靠等特點。實現(xiàn)了電子紋板的提取、存儲、傳輸、校驗、輸出等一系列功能,從而降低了生產(chǎn)成本,提高了工作效率,提高了紡織提花控制系統(tǒng)的數(shù)字化水平。整個軟件系統(tǒng)的界面部分由登陸界面、主界面、生產(chǎn)監(jiān)視界面、生產(chǎn)設置界面、系統(tǒng)測試界面、系統(tǒng)設置界面、文件操作界面和使用幫助界面組成。各個界面完成不同的控制任務和設置任務,整個系統(tǒng)的基本流程為:開始—登陸—系統(tǒng)設置—文件操作—生產(chǎn)設置—系統(tǒng)測試—生產(chǎn)監(jiān)視—結束。在運行過程中,花紋的編織過程如圖2所示。先把花型文件的大小、緯數(shù)等相關信息提取并顯示。當織機開始信號到來,給織機發(fā)送選緯信息。接著采取同步信號,進行相應的動作:發(fā)送1緯數(shù)據(jù)、織機動作、數(shù)據(jù)回檢等。2.1最大電阻時間系統(tǒng)設置界面主要設置與用戶工作環(huán)境相關的一些參數(shù),為了省電,特別增加了電磁閥最大通電時間的設定。電磁閥的最大通電時間是指提花機的龍頭電子閥最大的連續(xù)不間斷通電時間,單位為s。正常情況下,電磁閥會做間斷性的通電和斷電,而在某些情況下,如在檢修過程中,會出現(xiàn)電磁閥長時間連續(xù)通電的情況,這將會導致電磁閥的損壞更甚者會燒毀電磁閥。電磁閥最大通電時間的設置可以保護電磁閥,防止它長時間處于通電狀態(tài),當電磁閥的持續(xù)通電時間超過用戶設置的閾值后,嵌入式工業(yè)主板會強制切斷對電磁閥的供電,從而確保電磁閥的安全和延長電磁閥的使用壽命,默認情況下,該參數(shù)的值為60s。為保護生產(chǎn)廠家的利益,防止盜版,防止用戶以各種方式賴賬,此控制器增加了許可證設置,符合條件的用戶才能正常使用提花機,否則用戶只能瀏覽、試用。2.2選擇工作文件的程序生產(chǎn)設置主要用于管理員設定運行的文件以及產(chǎn)量等,如圖3所示。該軟件支持工作文件的隊列形式,用戶可以一次添加多個工作文件,系統(tǒng)將會按照用戶添加的順序自動搜索未完成的工作任務。“選擇工作文件”列表中會列出用戶在工作目錄下所有的用戶選擇支持的工作文件名,同時支持EP文件、JC5文件。用戶一旦選擇了工作文件,那么“內(nèi)部文件名”“文件總針數(shù)”和“文件總緯數(shù)”中會顯示用戶所選擇的工作文件基本信息,用戶可以更改花型文件的起始緯數(shù)和結束緯數(shù)。3織物上的條紋斯陶比爾電子提花機的工藝如下:提花機由紋織CAD工作人員設計出讀取紋板文件,判斷提綜數(shù)據(jù)是‘0’還是‘l’,當數(shù)據(jù)為0時,磁鐵通電吸合提針,使得提刀無法鉤住提針向上提拉,那樣經(jīng)線沒有被提起,被緯線壓住;當數(shù)據(jù)為1時則相反,磁鐵不通電,提針沒有被吸合,提刀就可以拉起提針,從而提起經(jīng)線,緯線將從經(jīng)線的下面穿過。這樣在控制主機和磁鐵板的控制下,織物上就形成了由花樣文件所描繪的花紋圖案。針對提花機的應用特點,根據(jù)提花機工藝,本文系統(tǒng)主要從以下幾個方面進行了提高。3.1光電開關的選擇現(xiàn)在的電子提花機大都采用1個光電開關進行信號同步,造成電磁閥通電時間長,電力耗費大,電磁閥之間易干擾。為縮短電磁閥的通電時間,降低成本,提高電磁閥的壽命,采用2個光電開關進行同步,轉(zhuǎn)盤采用對稱的扇形結構,如圖4所示。光電開關的位置如圖5所示。以300r/min的織機速度為例,在1緯的針織過程中,通電時間為15°,每次通電的時間應該為15/(360×5)=1/120(s)。比通常的通電時間縮小了1/4,從而節(jié)省了電力,提高了電磁閥的使用時間。由于采用2個光電開關,通電角度實際上是可以選擇的,可以設定只有2個光電開關都有信號時,電磁閥通電。通過調(diào)整光電開關的位置,調(diào)整通電的角度,改變通電時間。3.2s149總線回檢系統(tǒng)在提花機運行過程中,數(shù)據(jù)的流向為:花型存儲區(qū)—轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存儲區(qū)—I/O卡—接口板—10m的數(shù)據(jù)線—控制主板—控制小板—電磁閥。以3072針提花機為例,數(shù)據(jù)從花型文件的存儲區(qū)開始,先進行轉(zhuǎn)換,經(jīng)過PC104總線到達I/O卡的輸出接口CN3、CN5、CN7、CN9,再經(jīng)接口板、10m的37#數(shù)據(jù)傳輸線,到達驅(qū)動主板1,再從驅(qū)動主板上的級聯(lián)接口2、3經(jīng)傳輸線到達驅(qū)動主板2、3。然后經(jīng)1.4m長的數(shù)據(jù)線到達驅(qū)動小板(384塊),1個小板上控制8根經(jīng)線。由于數(shù)據(jù)傳輸量大,經(jīng)過的中間環(huán)節(jié)多,數(shù)據(jù)易在傳輸過程中出錯,采用回檢方案來檢測傳輸過程中的錯誤。由于采用X型的轉(zhuǎn)盤和雙同步信號,可以設定在上一緯數(shù)據(jù)傳輸完成動作后,下一緯數(shù)據(jù)傳輸前,進行數(shù)據(jù)的回檢,把完成提花動作的驅(qū)動小板上的數(shù)據(jù)回送到控制器上,并把它和剛才傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行比較,從而判斷傳輸錯誤引起的提花數(shù)據(jù)錯誤,提高系統(tǒng)的運行效率。3.3數(shù)據(jù)共享測試系統(tǒng)測試主要用于電子提花機系統(tǒng)的自我檢測以及協(xié)助用戶能快速定位電子提花機的故障位置,如圖6所示。相對于現(xiàn)有的提花機控制系統(tǒng),該系統(tǒng)測試功能強大、全面。從織機到提花機,從每1針,到1行1列,到整個提花機。測試界面共分為整體測試和組件測試2個部分。整體測試分為:全部上下測試、交替上下測試、全部提起測試、全部放下測試、行循環(huán)測試、列循環(huán)測試、單針循環(huán)測試、單電磁閥循環(huán)測試、數(shù)據(jù)傳輸測試、選緯信號測試、手動驅(qū)動器測試。數(shù)據(jù)傳輸測試可以測試嵌入式工業(yè)控制主板與電子提花機控制板之間的通信以及數(shù)據(jù)傳輸是否正常。為調(diào)試方便,增加了組件測試:單行測試、單列測試、單電磁閥測試、單針測試。這大大方便了提花機的調(diào)試,操作人員不用再尋找損壞的電磁閥,從控制器上就可以直接找到故障電磁閥。以2688針的提花機為例,總共需要336個電磁閥,如果有1個提花數(shù)據(jù)錯誤,就要從2688針找出1針來。傳統(tǒng)的提花機只要有針動作錯誤,就需要操作人員一針一針地找,提花龍頭上面1個人一針一針地實驗,下面1個人員確認,既浪費人力,又耗費時間。現(xiàn)在,從提花控制系統(tǒng)上就可以直接找到出錯的針和電磁閥,簡單高效。3.4系統(tǒng)的預見效果生產(chǎn)設置界面中的“預覽文件”按鈕用于用戶以圖像的形式預覽用戶選中的任務文件,當用戶選擇了想要預覽的工作任務后,點擊該按鈕,由于系統(tǒng)形成預覽需要一定的時間,所以會有一定時間的延時,當預覽完成后,系統(tǒng)會顯示一個預覽的對話框,其上以圖像的形式顯示了該任務對應的文件。在文件預覽對話框中,用戶可以點擊“放大”“縮小”按鈕來放大或者縮小預覽的圖像,同時可以點擊“上”“下”“左”“右”4個按鈕來移動預覽的圖像。通常織物文件的圖像會比較大,屏幕無法全部顯示,所以需要用戶用方向操作按鈕來移動圖像。4省電運行方式在工廠