紡織機械控制系統(tǒng)中嵌入式技術的運用

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摘要:結合個人在紡織機械控制系統(tǒng)上的研究經(jīng)驗與相關參考文獻，分析了傳統(tǒng)的紡織機械控制系統(tǒng)存在的缺點，探討嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢，闡述在紡織機械控制系統(tǒng)中嵌入式技術的具體應用，以期促進嵌入式系統(tǒng)與紡織行業(yè)的有機融合。

關鍵詞:紡織;機械控制系統(tǒng);嵌入式

1傳統(tǒng)紡織機械控制系統(tǒng)存在的缺點

觸電式和步進式分離器件式控制裝置、單片機控制裝置、PLC控制裝置是傳統(tǒng)紡織機械最常使用的控制系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)在實際應用過程中存在明顯缺點，即:以繼電器和分立電子線路為控制裝置的紡織機，系統(tǒng)機構不僅十分復雜，且在運行過程中可靠性較低，功能消耗較大，控制柜本身的體積過大，其本身還存在著控制精確度較差、使用成本較高、各個控制特點與保護特性之間的配合不夠合理等問題。尤其是隨著使用時間的增加，系統(tǒng)部件本身的性能極易受到溫度、潮濕、雜質、灰塵以及機械摩擦等諸多外界因素的影響，其本身的性能會大大降低，甚至發(fā)生失控問題。以單片機作為控制裝置加以控制的紡織機，因為其本身的邏輯控制程序十分煩瑣，也就出現(xiàn)了一些不必要的維修與調試工作環(huán)節(jié)，加劇了線路板驅動部件的老化程度，一旦線路板驅動部件出現(xiàn)問題，則必須要整塊進行更換，維修成本也十分高昂。使用PLC作為紡織機械控制系統(tǒng)的控制裝置，具有較大的局限性，必須要對軟件、硬件進行改進，為其配備額外的設備與電路。同時由于PLC軟、硬件的體系結構往往是相對封閉的，因此PLC使用的總線、通信網(wǎng)絡、協(xié)議往往都是專用的，但是由于各個公司的組態(tài)與硬件結構都不盡相同，所以PLC本身各不相容。

2嵌入式技術及系統(tǒng)的優(yōu)點

嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，對軟件、硬件均進行剪裁，適用在應用系統(tǒng)中，對功能、成本、功耗、可靠性等都有著較為苛刻要求的一種專用計算機系統(tǒng)，集計算機技術、半導體技術、通信技術等數(shù)據(jù)傳輸技術、傳感技術于一體，是一個技術密集型、資金密集型的創(chuàng)新知識集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)主要由微處理器、外圍硬件設備、操作系統(tǒng)、應用系統(tǒng)四部分組合而成。根據(jù)不同的應用方式，還可以將嵌入式系統(tǒng)分為以下三種體系結構形式，即:知識產(chǎn)權核級、芯片級、模塊級，將其在各個應用系統(tǒng)中嵌入，從而實現(xiàn)對應用的有效控制、監(jiān)視及管理。嵌入式技術主要具備以下幾個優(yōu)點:能夠在對方系統(tǒng)中嵌入，最大限度滿足對方系統(tǒng)在實際環(huán)境中的所有需求，如，物理環(huán)境需求、電氣環(huán)境需求、成本需求等。嵌入式技術滿足了軟件代碼的高質量、可靠性要求，利用C語言、匯編語言進行代碼編寫，能夠最大限度減小二進制的代碼長度，進一步提高應用程度的執(zhí)行速度。計算機操作系統(tǒng)與應用接口是計算機最為基本的組成部分，但是無論是開發(fā)程序，還是完善程序都必須要在OS平臺上運行，無法滿足實時性要求。而嵌入式系統(tǒng)則大不相同，嵌入式系統(tǒng)能夠直接在RTOS環(huán)境下的芯片上運行，確保了應用的實時性與可靠性，在降低開發(fā)平臺時間的基礎上，最大限度確保了軟件質量。嵌入式系統(tǒng)除了具備USB火線，還具備RS232接口、IEEE488接口、太網(wǎng)接口以及TCP/IP協(xié)議，在低層控制與上層通信中都能得到很好的應用。在紡織機械控制系統(tǒng)中應用嵌入式系統(tǒng)，不僅能利用先進的計算機技術與網(wǎng)絡通信技術提高紡織機械控制系統(tǒng)的準確性與可靠性，還能準確群控紡織機械控制系統(tǒng)，建立實時數(shù)據(jù)庫加以分析，這將成為紡織機械未來控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

3嵌入式技術在紡織機械控制系統(tǒng)中的應用

為了詳細剖析嵌入式技術在紡織機械控制系統(tǒng)中的應用，筆者利用圓網(wǎng)印花機的控制系統(tǒng)為例進行分析。圓網(wǎng)印花機是一個多部分協(xié)調運動的電氣傳動系統(tǒng)，因此圓網(wǎng)印花機中的印花圓網(wǎng)、送布皮帶都必須同步運動。當印花傳送帶經(jīng)過主機拖動后，要確保其能夠以相對穩(wěn)定的速度持續(xù)運行，各個印花篩網(wǎng)則由步進電機拖動對送步帶進行跟蹤，達到同步轉速后再經(jīng)過快速調整，使各個篩網(wǎng)零位能夠與第一級篩網(wǎng)零件標志相互會合，此時織物則進入印花機中。需要注意的是，在穩(wěn)態(tài)運行中，各個篩網(wǎng)不僅要能對皮帶速度進行自我調整，還要能解決干擾誤差，根據(jù)前級誤差重新計算最佳的會合點。同時，由于圓網(wǎng)印花機存在較多的被控設備，設備與設備之間需要大量的通信，所以多采用分布式控制系統(tǒng)，其中0號下位機主要用于導布帶速度的測量，1號～n號下位機主要用于對各級圓網(wǎng)位置及速度的控制，上位機則主要用于監(jiān)控、協(xié)調以及管理下位機。在分布式圓網(wǎng)印花機的控制系統(tǒng)中應用嵌入式技術，可以通過嵌入式CPU實現(xiàn)下位機運行，通過ARM9處理器及嵌入式操作系統(tǒng)還能實現(xiàn)對其他幾個模塊的協(xié)調控制。要將編碼器安裝在系統(tǒng)導帶單元上，光電檢測開關安裝在印花單元上。通常情況下，管理并驅動1～4個單元只需要一個嵌入式驅動節(jié)點，管理1～4個圓點操作也僅僅需要一個嵌入式操作節(jié)點即可。上下位機的通信利用PROFIBUS現(xiàn)場總線技術，采用公開化、標準化的開放式解決方法，真正實現(xiàn)全分布式控制，控制功能輸送到現(xiàn)場印刷設備中，使整個控制系統(tǒng)更加區(qū)域智能化、集成化。一對一的I/O連接方式減少了因接線點給圓網(wǎng)印花控制系統(tǒng)造成的不可靠因素。因為具備在線故障的診斷功能、報警功能與記錄功能，所以可以對現(xiàn)場控制設備完成遠程參數(shù)的設定與修改，進一步提高了控制系統(tǒng)本身的可維護性。在圓網(wǎng)印花機控制系統(tǒng)中應用嵌入式技術主要是以太網(wǎng)協(xié)議為主，因此也具備Internet的接入功能，且通過強大的在線網(wǎng)絡技術支持能夠實現(xiàn)遠程監(jiān)視、遠程診斷功能，可以對系統(tǒng)實施實時關注，還能像現(xiàn)場工作人員一樣交互式操作設備。具體來說，監(jiān)控子系統(tǒng)主要具備以下特點:第一，具備設置系統(tǒng)的功能。通過對嵌入式控制子系統(tǒng)的設置，對其通信接口的參數(shù)進行相應的報警數(shù)值設置，使其具備報警功能，一旦測量值超過了預定底線則發(fā)出報警信號。第二，具有采集數(shù)據(jù)的功能。在常規(guī)巡測中可以得到輸出頻率與電壓等信號，通過數(shù)據(jù)庫的設置，實現(xiàn)對巡查信息、原始測量等工作的管理。第三，具有設置傳感器的功能?？梢跃幊膛c設置各類傳感器。第四，具有自檢系統(tǒng)的功能。在數(shù)據(jù)的采集過程中可以事先對系統(tǒng)進行自檢，如軟、硬件設備或通信線路出現(xiàn)故障，那么計算機則可以顯示出具體的情況，及時開展維修。第五，具有異常診斷功能?？梢詫刂葡到y(tǒng)的運行情況加以診斷并分級報警。除此以外，檢測子系統(tǒng)本身還具備處理自動檢測數(shù)據(jù)及人工觀測數(shù)據(jù)的功能，能夠通過檢測數(shù)據(jù)庫與Internet數(shù)據(jù)庫的接頭提供備份數(shù)據(jù)。

4結語

將嵌入式技術與系統(tǒng)應用于紡織機械控制系統(tǒng)中，能夠使傳統(tǒng)的紡織機械控制系統(tǒng)向著系統(tǒng)化、智能化方向不斷發(fā)展，從而形成一套高效率的紡織機械控制系統(tǒng)，更好地滿足我國紡織產(chǎn)業(yè)結構調整需求，為我國紡織事業(yè)的發(fā)展起到良好的推動作用。因此，嵌入式技術與系統(tǒng)具有十分廣闊的應用前景，必須要大力扶持我國紡織高新科技企業(yè)，加強對嵌入式產(chǎn)品的研發(fā)力度，積極引導紡織企業(yè)使用嵌入式技術對傳統(tǒng)的紡織機械加以改造，從而獲得最優(yōu)效果。

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作者： 單位：天津宏大紡織機械有限公司