高速劍桿織機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王英輝

（鄭州紡機(jī)工程技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450001）

近年來，隨著信息時(shí)代的不斷發(fā)展，高速劍桿織機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)得到了良好的發(fā)展和應(yīng)用，在提高紡織企業(yè)市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)力方面發(fā)揮了重要作用，不僅可以實(shí)現(xiàn)故障問題的自動(dòng)檢測(cè)和處理，還可以根據(jù)光電編碼器相關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)角度的科學(xué)調(diào)節(jié)，同時(shí)，其還具有強(qiáng)大的存儲(chǔ)功能，可以對(duì)織機(jī)上的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和保存，還實(shí)現(xiàn)了車間聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理。因此，如何科學(xué)設(shè)計(jì)高速劍桿織機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)是軟件開發(fā)人員必須思考和解決的問題。

1 控制系統(tǒng)總體組成及特點(diǎn)

該系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示，該系統(tǒng)主要由微處理器、存儲(chǔ)器、接口電路3個(gè)核心部門組成。其中，微處理器內(nèi)部含有16位微機(jī)，型號(hào)為P51XA-S3，具有中斷PCA功能[1]。目前，市場(chǎng)上的織機(jī)主要采用機(jī)械碼控制開關(guān)信號(hào)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)角度的精準(zhǔn)定位，一旦角度發(fā)生變化，就需要用戶實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)械位置，這種操作非常復(fù)雜且繁瑣，用戶體驗(yàn)不佳，而通過采用光電編碼器的方式可以極大地提高定位角度操作的效率和效果。在使用光電編碼器的過程中，用戶只需要將角度設(shè)定在操作面板上，然后利用微機(jī)的計(jì)數(shù)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)角度的調(diào)整和控制。除了光電編碼器[2]，高速微機(jī)也能達(dá)到同樣的效果，因此，這兩種設(shè)置的應(yīng)用在提高織機(jī)車速方面發(fā)揮著重要作用，可使其的車速高達(dá)600 r/s。存儲(chǔ)器內(nèi)部含有Flash芯片，該芯片具有高達(dá)2 M的存儲(chǔ)容量。通過利用Flash芯片，可以對(duì)位于JTAG接口處的程序代碼進(jìn)行自由下載和訪問[3]，下載方式主要有兩種：一種是利用PSD下載程序進(jìn)行，另一種是利用下載電纜進(jìn)行。接口電路內(nèi)部主要使用了光耦電路，光耦電路在具體的使用中，需要將5 V電源安裝在CPU端，而在接口電路端重點(diǎn)使用的電源電壓達(dá)24 V，這無疑需要提高電路的抗干擾能力，確保數(shù)據(jù)信號(hào)采集的可靠性和數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)陌踩?。接口電路主要有兩種類型，分別是看門狗電路和RS485接口電路。其中，看門狗電路主要安裝在微處理器上，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)各種硬件的連接，電路內(nèi)部主要使用的芯片類型是IMP706看門狗芯片，具有自動(dòng)復(fù)位CPU功能，可避免出現(xiàn)程序異?；蛘唠娫绰╇姷葐栴}[4]。在設(shè)計(jì)的過程中，需要重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的主控電路進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。主控電路內(nèi)部使用RS5C372A芯片，該芯片在使用過程中需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員對(duì)電量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，確保主控電池電量充足，采用時(shí)鐘計(jì)時(shí)的方式完成對(duì)相應(yīng)電量的實(shí)時(shí)控制。RS485接口電路主要附加在微處理器上，可以采用上位機(jī)簡(jiǎn)況織機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的方式對(duì)本地接口進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，從而最大限度地提高車間聯(lián)網(wǎng)管理的效率和效果[5]。此外，在對(duì)人機(jī)界面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，軟件開發(fā)人員需要重點(diǎn)采用RS232方式，確保通信的順暢，從而確保人機(jī)界面設(shè)計(jì)的規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)性。對(duì)于16位微機(jī)而言，內(nèi)部還有通信口兩個(gè)，定時(shí)器3個(gè)，串口1個(gè)，利用16位微機(jī)可以確保面板通信與各個(gè)串口進(jìn)行有效連接，從而促進(jìn)織機(jī)聯(lián)網(wǎng)的健康、可持續(xù)發(fā)展。

圖1 高速劍桿織機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件框圖

2 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

2.1 軟件總體框架

在對(duì)系統(tǒng)軟件總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，主要利用了模塊化思想實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件代碼程序的編寫，系統(tǒng)軟件主程序流程圖如圖2所示。從圖2中可以看出，高速劍桿織機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式有5種，分別是開口運(yùn)動(dòng)方式、引緯運(yùn)動(dòng)方式、送經(jīng)運(yùn)動(dòng)方式、打緯運(yùn)動(dòng)方式和卷取運(yùn)動(dòng)方式[6]。在對(duì)這5種運(yùn)動(dòng)方式的運(yùn)動(dòng)時(shí)間進(jìn)行控制的過程中，軟件開發(fā)人員需要利用高速劍桿織機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行智能化控制[7]，而高速劍桿織機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)角度需要利用光電編碼器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和分析。

圖2 主程序流程

為了實(shí)現(xiàn)高速劍桿織機(jī)運(yùn)動(dòng)控制功能，需要軟件開發(fā)人員嚴(yán)格按照以下設(shè)計(jì)思路進(jìn)行：（1）當(dāng)高速劍桿織機(jī)處于停止運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行反復(fù)檢測(cè)和分析，并生成與之對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，以確保高速劍桿織機(jī)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和安全性[8]。輸入信號(hào)主要有4種類型，分別為點(diǎn)動(dòng)信號(hào)、尋緯信號(hào)、車啟動(dòng)信號(hào)和車盤信號(hào)。同時(shí)，由于輸入信號(hào)的處理過程比較短暫，需要利用相應(yīng)的軟件對(duì)標(biāo)志位進(jìn)行記錄和保存，直到高速劍桿織機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)結(jié)束為止。然后，采用軟件清除的方式對(duì)殘留的輸入信號(hào)進(jìn)行清除。當(dāng)高速劍桿織機(jī)處于正?？棽紶顟B(tài)時(shí)，需要對(duì)其故障信號(hào)進(jìn)行全面記錄、檢測(cè)和處理，故障信號(hào)主要有開車運(yùn)動(dòng)異常信號(hào)、引緯異常信號(hào)等。

2.2 中斷處理

當(dāng)高速劍桿織機(jī)進(jìn)入開車狀態(tài)或者點(diǎn)動(dòng)狀態(tài)，織機(jī)主軸在旋轉(zhuǎn)的過程中會(huì)帶動(dòng)光電編碼器一起旋轉(zhuǎn)。光電編碼器在旋轉(zhuǎn)的過程中會(huì)自動(dòng)形成大量的脈沖，并將這些脈沖發(fā)送給微處理器，由微處理器根據(jù)接收到的脈沖，對(duì)織機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行中斷處理。在這個(gè)過程中，需要采用PCA中斷處理的方式對(duì)光電編碼器產(chǎn)生的A相脈沖進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高速脈沖信號(hào)的記錄、保存和計(jì)數(shù)。在對(duì)A相脈沖進(jìn)行中斷處理的過程中，需要嚴(yán)格按照以下中斷處理流程進(jìn)行處理：A相脈沖進(jìn)入中斷處理入口，中斷處理入口關(guān)閉，當(dāng)角度計(jì)數(shù)達(dá)到315時(shí)，打開中斷處理入口，A相脈沖退出中斷處理。通常情況下，光電編碼器旋轉(zhuǎn)一周后，A相脈沖中斷處理一次，并采用旋轉(zhuǎn)角度的方式，完成相應(yīng)的計(jì)數(shù)和校正。

2.3 循環(huán)檢測(cè)模塊

當(dāng)高速劍桿織機(jī)處于停車狀態(tài)時(shí)，需要利用循環(huán)檢測(cè)模塊對(duì)其進(jìn)行處理。在本模塊中，軟件開發(fā)人員首先需要對(duì)織機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行清零處理，確保織機(jī)的標(biāo)志位呈復(fù)位狀態(tài)。其次，將所有中斷處理入口打開，確保啟動(dòng)畫面能夠正常顯示。最后，利用輸入信號(hào)，對(duì)點(diǎn)動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)的異常問題進(jìn)行檢測(cè)和處理，確保所有點(diǎn)動(dòng)信號(hào)都能夠正常輸出。同時(shí)，還要將織機(jī)角度旋轉(zhuǎn)到200°左右，并將該角度制定為引緯角度。當(dāng)織機(jī)旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到270°時(shí)，需要采用添加指示標(biāo)志的方式，為接下來的引緯操作做好充足的準(zhǔn)備。如果沒有檢測(cè)出點(diǎn)動(dòng)信號(hào)，需要軟件開發(fā)人員重新對(duì)其他開關(guān)信號(hào)進(jìn)行一一檢測(cè)，并根據(jù)織機(jī)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)織機(jī)的開車狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄和保存，保證高速劍桿織機(jī)一直處于穩(wěn)定、可靠、安全的開車狀態(tài)，進(jìn)而保證織布的效率和效果。此外，要利用循環(huán)檢測(cè)模塊對(duì)開車織布狀態(tài)進(jìn)行反復(fù)檢測(cè)，檢測(cè)流程與織機(jī)停車狀態(tài)檢測(cè)流程類似。在這個(gè)過程中，軟件開發(fā)人員需要利用面板顯示器將織機(jī)整個(gè)開車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和畫面生動(dòng)、形象、直觀地展現(xiàn)出來，并對(duì)開車狀態(tài)進(jìn)行輸出處理，以達(dá)到復(fù)位開車標(biāo)志位的目的。標(biāo)志位設(shè)置值為1時(shí)，說明織機(jī)的開車狀態(tài)正常，可以對(duì)織布進(jìn)行循環(huán)操作，提高織布效率；如果標(biāo)志位設(shè)置值不是1，說明織機(jī)的開車狀態(tài)出現(xiàn)異常，需要利用循環(huán)檢測(cè)模塊對(duì)其故障信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并在最短時(shí)間內(nèi)解決織機(jī)的開車異常問題，確?？棛C(jī)能夠正常、穩(wěn)定、可靠、安全地運(yùn)行。只有這樣，才能為相關(guān)企業(yè)創(chuàng)造更大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為促進(jìn)紡織行業(yè)的迅猛發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.4 雙機(jī)通信模塊

雙機(jī)通信模塊在具體的設(shè)計(jì)中，需要軟件開發(fā)人員從幾個(gè)方面入手：根據(jù)主控板相關(guān)通信標(biāo)準(zhǔn)和要求，利用主控板將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到面板，面板根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息，對(duì)寄存器內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)操作，如果接收到的數(shù)據(jù)信息主要用于讀面板數(shù)據(jù)，需要對(duì)寄存器內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和保存；如果接收到的數(shù)據(jù)信息主要用于寫面板數(shù)據(jù)，需要對(duì)寄存器內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和刪除，并對(duì)相應(yīng)的通信程序進(jìn)行調(diào)用，以保證雙機(jī)之間能夠正常、有序地進(jìn)行通信。同時(shí)，為了保證雙機(jī)通信模塊設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，軟件開發(fā)人員還要在綜合考慮主控板與面板之間數(shù)據(jù)信息傳輸情況的基礎(chǔ)上重視對(duì)面板參數(shù)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的安全、穩(wěn)定傳輸。

3 結(jié)語

在自動(dòng)控制技術(shù)廣泛應(yīng)用的背景下，高速劍桿織機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面取得了很大的突破和創(chuàng)新成果。該系統(tǒng)不僅功能強(qiáng)大、通用性強(qiáng)、具有良好的用戶體驗(yàn)，而且在紡織領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，因此，深受廣大用戶的青睞。為了方便后期系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)，需要軟件開發(fā)人員再接再厲，開發(fā)更多功能，從而促進(jìn)高速劍桿織機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)健康、可持續(xù)發(fā)展，提高其應(yīng)用價(jià)值。