紡織機(jī)械控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)分析

呂學(xué)紅

（太原理工大學(xué)輕紡美院實(shí)驗(yàn)中心，山西 晉中030600）

我國是一個(gè)紡織大國，隨著紡織行業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和創(chuàng)新能力的提高，對(duì)紡織機(jī)械的需求也越發(fā)旺盛。但由于我國的紡織技術(shù)相對(duì)落后，在國際市場(chǎng)上還面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。紡織行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)將是一場(chǎng)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，合理的設(shè)計(jì)將在很大程度上提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)作性能，因此，研究一套自動(dòng)化的嵌入式紡織機(jī)械控制系統(tǒng)迫在眉睫。全自動(dòng)紡織機(jī)械控制系統(tǒng)能夠有效提高紡織產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，而其機(jī)械控制部分又是核心，本文以橫機(jī)為例，介紹機(jī)械控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。

1 機(jī)械控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

進(jìn)行紡織機(jī)械控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先要了解設(shè)計(jì)需求、進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及測(cè)試是否能實(shí)現(xiàn)要求的功能。橫機(jī)紡織的核心是機(jī)頭，機(jī)頭呈馬鞍狀，上面安裝了很多控制系統(tǒng)的零件，比如選針控制系統(tǒng)的電磁鐵。另外，三角和度目電機(jī)的電磁鐵也安裝在機(jī)頭上，分別位于馬鞍的兩個(gè)內(nèi)側(cè)壁，控制紡織中針的編制工作。選針器固定在機(jī)頭的三角底板上，它利用磁場(chǎng)的物理特性控制沉降片繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以此達(dá)到選針的目的。

在橫機(jī)的工作過程中，控制系統(tǒng)需要知道機(jī)頭的準(zhǔn)確位置，所以僅僅有上述各零件的協(xié)調(diào)工作是不夠的，還需要用于同步橫機(jī)機(jī)頭信息的控制系統(tǒng)信號(hào)，這樣才能夠及時(shí)有效的獲得機(jī)頭信息。當(dāng)機(jī)頭還沒有開始編制，在零位置點(diǎn)開始啟動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)將開始對(duì)編制數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并發(fā)送系統(tǒng)命令，此時(shí)系統(tǒng)主要發(fā)送一些控制命令；當(dāng)機(jī)頭進(jìn)入紡織區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)主要發(fā)送動(dòng)作信號(hào)。

電腦橫機(jī)的類型很多，但是其控制系統(tǒng)大同小異，控制流程大體為：輸入設(shè)備、打版系統(tǒng)、存儲(chǔ)介質(zhì)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行單元。其中打版系統(tǒng)的作用主要是生成花型文件，花型文件借助存儲(chǔ)介質(zhì)輸入控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過解析花型文件，從而產(chǎn)生控制信號(hào)，最后將這些控制信號(hào)發(fā)送給執(zhí)行單元來協(xié)調(diào)完成紡織工作。

2 嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)以整個(gè)硬件設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)自身功能，而一些應(yīng)用程序的管理以及硬件的分配需要軟件的幫助，這樣便于開發(fā)程序。

嵌入式操作系統(tǒng)經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段，首先是嵌入式算法階段，該階段沒有操作系統(tǒng)，主要是通過匯編語言來直接控制系統(tǒng)，因此整個(gè)系統(tǒng)相對(duì)較為單一，工作效率也相當(dāng)?shù)?，用戶?duì)接較為困難。在嵌入式算法的基礎(chǔ)上又發(fā)展了一種簡(jiǎn)單的操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要以嵌入式CPU為核心，其特點(diǎn)是功能簡(jiǎn)單，成本較低，工作效率高，所用操作軟件較為專業(yè)化，兼容性和擴(kuò)展性較好，但是在處理用戶界面時(shí)還不是特別容易。因此嵌入式操作系統(tǒng)階段又發(fā)展成為一種嵌入式的通用操作系統(tǒng)，此階段的嵌入式操作系統(tǒng)兼容性較好、工作效率較高、體積小、擴(kuò)展性較好，而且用戶界面友好。目前正在飛速發(fā)展的一個(gè)階段是以Internet為基礎(chǔ)，Internet的接入為嵌入式系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作功能，這是嵌入式操作系統(tǒng)的需求，也是其飛速發(fā)展的一個(gè)標(biāo)志。

開發(fā)嵌入式系統(tǒng)主要是選擇操作系統(tǒng)，選擇原則包括：（1）兼容性，操作系統(tǒng)是否具有兼容性在各異的平臺(tái)或者各異的系統(tǒng)上顯得尤為重要，良好的軟件兼容性可以使系統(tǒng)在不同的平臺(tái)上方便地運(yùn)行，或者通過簡(jiǎn)單的微調(diào)就可以運(yùn)行。（2）實(shí)時(shí)性，嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用廣泛，因此需要其對(duì)各種異?；蛘吒鞣N命令隨時(shí)隨地做出回應(yīng)。（3）豐富的資源信息，這對(duì)提高系統(tǒng)開發(fā)的效率起著至關(guān)重要的作用。（4）定制能力，硬件系統(tǒng)各不相同，因此要求系統(tǒng)的定制能力也相當(dāng)?shù)母?。?）成本，這是任何一個(gè)開發(fā)商對(duì)產(chǎn)品都必須要考慮的問題。（6）中文支持度。基于上述的因素，在選擇操作系統(tǒng)時(shí)要慎重，而Linux操作系統(tǒng)是最符合上訴原則的操作系統(tǒng)。Linux操作系統(tǒng)穩(wěn)定性較高，性能較好，支持各種不同的任務(wù)，可以調(diào)試結(jié)構(gòu)，資源豐富，成本較低，結(jié)構(gòu)多變，應(yīng)用廣泛。

3 軟件流程

軟件的基本框架如圖1所示。軟件主要由四大模塊組成，即主控模塊、測(cè)試模塊、設(shè)置參數(shù)的模塊以及系統(tǒng)管理模塊。

圖1 軟件框架圖

軟件的核心組成部分是主控模塊，圖2是在紡織過程中主控模塊的主要流程，上位系統(tǒng)在紡織開始時(shí)進(jìn)行參數(shù)初始化，并命令復(fù)位機(jī)進(jìn)行復(fù)位動(dòng)作，然后主控模塊中的程序開始檢測(cè)安全區(qū)的數(shù)據(jù)是否真實(shí)存在。安全區(qū)的作用是對(duì)當(dāng)前紡織的圖案信息進(jìn)行存儲(chǔ)，并且能夠在紡織過程中隨時(shí)更正。安全區(qū)的另一個(gè)好處是在停電或者儀器故障等原因?qū)е录徔椫袛鄷r(shí)，在儀器復(fù)位后能夠從上次中斷的地方繼續(xù)紡織，無需從頭開始。結(jié)束紡織時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將上次紡織數(shù)據(jù)進(jìn)行清空處理，因此在下次紡織開始時(shí)系統(tǒng)中安全區(qū)是沒有數(shù)據(jù)的。

圖2 主控模塊流程圖

紡織機(jī)械控制中最主要的工作是圖案數(shù)據(jù)分析，由于圖案數(shù)據(jù)較為復(fù)雜，因此需要的受控零件也比較多。圖案文件分為兩部分，即讀取圖案文件和紡織數(shù)據(jù)文件，紡織數(shù)據(jù)文件大小各不相同，主要由圖案的復(fù)雜程度所決定，而讀取數(shù)據(jù)文件的大小是一定的。系統(tǒng)通過讀取數(shù)據(jù)文件將紡織數(shù)據(jù)輸送給相應(yīng)的紡織數(shù)據(jù)存放位置。

設(shè)置參數(shù)的模塊流程主要有開始、讀取文件、設(shè)置界面、保存參數(shù)以及更新參數(shù)和退出。借助該模塊，工作人員可以實(shí)時(shí)地修改或編輯各參數(shù)，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行保存以便下次紡織時(shí)使用。為了安全參數(shù)設(shè)置模塊設(shè)置有密碼，只有擁有該權(quán)限的工作人員才能夠進(jìn)入該模塊對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改。在系統(tǒng)處于非工作狀態(tài)時(shí)才能夠設(shè)置參數(shù)，當(dāng)參數(shù)設(shè)置完成并且將該模塊退出之后才能夠進(jìn)行紡織工作。

測(cè)試模塊的作用主要是向工作人員發(fā)送各個(gè)操作零件是否能夠正常工作，便于工作人員能夠及時(shí)對(duì)錯(cuò)誤的系統(tǒng)進(jìn)行更正。測(cè)試模塊由手動(dòng)檢查和自動(dòng)檢查兩部分組成，通常自動(dòng)檢查系統(tǒng)反饋回來的信息較為詳細(xì)，手動(dòng)檢查的程序與自動(dòng)檢查的程序差不多，但是某一個(gè)需要檢查的部件選擇手動(dòng)檢查較為合適，這樣反饋的信息較為簡(jiǎn)單，容易辨別。

管理模塊的主要作用是提供磁盤的目錄，磁盤文件與圖案文件之間的輸入與輸出，磁盤文件的刪除以及格式化等。

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