紡織機械控制系統中的關鍵技術分析

呂學紅

（太原理工大學輕紡美院實驗中心，山西 晉中030600）

我國是一個紡織大國，隨著紡織行業結構的調整和創新能力的提高，對紡織機械的需求也越發旺盛。但由于我國的紡織技術相對落后，在國際市場上還面臨著嚴峻的挑戰。紡織行業的競爭將是一場技術競爭，合理的設計將在很大程度上提高系統的穩定性和運作性能，因此，研究一套自動化的嵌入式紡織機械控制系統迫在眉睫。全自動紡織機械控制系統能夠有效提高紡織產業的生產效率、降低生產成本，而其機械控制部分又是核心，本文以橫機為例，介紹機械控制系統中的關鍵技術。

1 機械控制系統的結構設計

進行紡織機械控制系統的設計，首先要了解設計需求、進行總體結構設計以及測試是否能實現要求的功能。橫機紡織的核心是機頭，機頭呈馬鞍狀，上面安裝了很多控制系統的零件，比如選針控制系統的電磁鐵。另外，三角和度目電機的電磁鐵也安裝在機頭上，分別位于馬鞍的兩個內側壁，控制紡織中針的編制工作。選針器固定在機頭的三角底板上，它利用磁場的物理特性控制沉降片繞軸轉動，以此達到選針的目的。

在橫機的工作過程中，控制系統需要知道機頭的準確位置，所以僅僅有上述各零件的協調工作是不夠的，還需要用于同步橫機機頭信息的控制系統信號，這樣才能夠及時有效的獲得機頭信息。當機頭還沒有開始編制，在零位置點開始啟動時，控制系統將開始對編制數據進行計算，并發送系統命令，此時系統主要發送一些控制命令；當機頭進入紡織區域時，系統主要發送動作信號。

電腦橫機的類型很多，但是其控制系統大同小異，控制流程大體為：輸入設備、打版系統、存儲介質、控制系統和執行單元。其中打版系統的作用主要是生成花型文件，花型文件借助存儲介質輸入控制系統，控制系統通過解析花型文件，從而產生控制信號，最后將這些控制信號發送給執行單元來協調完成紡織工作。

2 嵌入式系統

嵌入式系統以整個硬件設計為基礎來實現自身功能，而一些應用程序的管理以及硬件的分配需要軟件的幫助，這樣便于開發程序。

嵌入式操作系統經歷了四個發展階段，首先是嵌入式算法階段，該階段沒有操作系統，主要是通過匯編語言來直接控制系統，因此整個系統相對較為單一，工作效率也相當低，用戶對接較為困難。在嵌入式算法的基礎上又發展了一種簡單的操作系統，該系統主要以嵌入式CPU為核心，其特點是功能簡單，成本較低，工作效率高，所用操作軟件較為專業化，兼容性和擴展性較好，但是在處理用戶界面時還不是特別容易。因此嵌入式操作系統階段又發展成為一種嵌入式的通用操作系統，此階段的嵌入式操作系統兼容性較好、工作效率較高、體積小、擴展性較好，而且用戶界面友好。目前正在飛速發展的一個階段是以Internet為基礎，Internet的接入為嵌入式系統提供了強大的網絡運作功能，這是嵌入式操作系統的需求，也是其飛速發展的一個標志。

開發嵌入式系統主要是選擇操作系統，選擇原則包括：（1）兼容性，操作系統是否具有兼容性在各異的平臺或者各異的系統上顯得尤為重要，良好的軟件兼容性可以使系統在不同的平臺上方便地運行，或者通過簡單的微調就可以運行。（2）實時性，嵌入式操作系統的應用廣泛，因此需要其對各種異常或者各種命令隨時隨地做出回應。（3）豐富的資源信息，這對提高系統開發的效率起著至關重要的作用。（4）定制能力，硬件系統各不相同，因此要求系統的定制能力也相當的高。（5）成本，這是任何一個開發商對產品都必須要考慮的問題。（6）中文支持度。基于上述的因素，在選擇操作系統時要慎重，而Linux操作系統是最符合上訴原則的操作系統。Linux操作系統穩定性較高，性能較好，支持各種不同的任務，可以調試結構，資源豐富，成本較低，結構多變，應用廣泛。

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、測試模塊、設置參數的模塊以及系統管理模塊。

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，上位系統在紡織開始時進行參數初始化，并命令復位機進行復位動作，然后主控模塊中的程序開始檢測安全區的數據是否真實存在。安全區的作用是對當前紡織的圖案信息進行存儲，并且能夠在紡織過程中隨時更正。安全區的另一個好處是在停電或者儀器故障等原因導致紡織中斷時，在儀器復位后能夠從上次中斷的地方繼續紡織，無需從頭開始。結束紡織時，系統自動將上次紡織數據進行清空處理，因此在下次紡織開始時系統中安全區是沒有數據的。

圖2 主控模塊流程圖

紡織機械控制中最主要的工作是圖案數據分析，由于圖案數據較為復雜，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據文件，紡織數據文件大小各不相同，主要由圖案的復雜程度所決定，而讀取數據文件的大小是一定的。系統通過讀取數據文件將紡織數據輸送給相應的紡織數據存放位置。

設置參數的模塊流程主要有開始、讀取文件、設置界面、保存參數以及更新參數和退出。借助該模塊，工作人員可以實時地修改或編輯各參數，并對參數進行保存以便下次紡織時使用。為了安全參數設置模塊設置有密碼，只有擁有該權限的工作人員才能夠進入該模塊對參數進行修改。在系統處于非工作狀態時才能夠設置參數，當參數設置完成并且將該模塊退出之后才能夠進行紡織工作。

測試模塊的作用主要是向工作人員發送各個操作零件是否能夠正常工作，便于工作人員能夠及時對錯誤的系統進行更正。測試模塊由手動檢查和自動檢查兩部分組成，通常自動檢查系統反饋回來的信息較為詳細，手動檢查的程序與自動檢查的程序差不多，但是某一個需要檢查的部件選擇手動檢查較為合適，這樣反饋的信息較為簡單，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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