紡織機(jī)械控制系統(tǒng)中嵌入式技術(shù)的運(yùn)用

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摘要:結(jié)合個(gè)人在紡織機(jī)械控制系統(tǒng)上的研究經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)參考文獻(xiàn)，分析了傳統(tǒng)的紡織機(jī)械控制系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，探討嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，闡述在紡織機(jī)械控制系統(tǒng)中嵌入式技術(shù)的具體應(yīng)用，以期促進(jìn)嵌入式系統(tǒng)與紡織行業(yè)的有機(jī)融合。

關(guān)鍵詞:紡織;機(jī)械控制系統(tǒng);嵌入式

1傳統(tǒng)紡織機(jī)械控制系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)

觸電式和步進(jìn)式分離器件式控制裝置、單片機(jī)控制裝置、PLC控制裝置是傳統(tǒng)紡織機(jī)械最常使用的控制系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中存在明顯缺點(diǎn)，即:以繼電器和分立電子線路為控制裝置的紡織機(jī)，系統(tǒng)機(jī)構(gòu)不僅十分復(fù)雜，且在運(yùn)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(gè)控制特點(diǎn)與保護(hù)特性之間的配合不夠合理等問題。尤其是隨著使用時(shí)間的增加，系統(tǒng)部件本身的性能極易受到溫度、潮濕、雜質(zhì)、灰塵以及機(jī)械摩擦等諸多外界因素的影響，其本身的性能會(huì)大大降低，甚至發(fā)生失控問題。以單片機(jī)作為控制裝置加以控制的紡織機(jī)，因?yàn)槠浔旧淼倪壿嬁刂瞥绦蚴譄┈?，也就出現(xiàn)了一些不必要的維修與調(diào)試工作環(huán)節(jié)，加劇了線路板驅(qū)動(dòng)部件的老化程度，一旦線路板驅(qū)動(dòng)部件出現(xiàn)問題，則必須要整塊進(jìn)行更換，維修成本也十分高昂。使用PLC作為紡織機(jī)械控制系統(tǒng)的控制裝置，具有較大的局限性，必須要對(duì)軟件、硬件進(jìn)行改進(jìn)，為其配備額外的設(shè)備與電路。同時(shí)由于PLC軟、硬件的體系結(jié)構(gòu)往往是相對(duì)封閉的，因此PLC使用的總線、通信網(wǎng)絡(luò)、協(xié)議往往都是專用的，但是由于各個(gè)公司的組態(tài)與硬件結(jié)構(gòu)都不盡相同，所以PLC本身各不相容。

2嵌入式技術(shù)及系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)軟件、硬件均進(jìn)行剪裁，適用在應(yīng)用系統(tǒng)中，對(duì)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、通信技術(shù)等數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、傳感技術(shù)于一體，是一個(gè)技術(shù)密集型、資金密集型的創(chuàng)新知識(shí)集成系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)主要由微處理器、外圍硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)四部分組合而成。根據(jù)不同的應(yīng)用方式，還可以將嵌入式系統(tǒng)分為以下三種體系結(jié)構(gòu)形式，即:知識(shí)產(chǎn)權(quán)核級(jí)、芯片級(jí)、模塊級(jí)，將其在各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中嵌入，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用的有效控制、監(jiān)視及管理。嵌入式技術(shù)主要具備以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):能夠在對(duì)方系統(tǒng)中嵌入，最大限度滿足對(duì)方系統(tǒng)在實(shí)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(shù)滿足了軟件代碼的高質(zhì)量、可靠性要求，利用C語言、匯編語言進(jìn)行代碼編寫，能夠最大限度減小二進(jìn)制的代碼長度，進(jìn)一步提高應(yīng)用程度的執(zhí)行速度。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)與應(yīng)用接口是計(jì)算機(jī)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(tái)上運(yùn)行，無法滿足實(shí)時(shí)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(yùn)行，確保了應(yīng)用的實(shí)時(shí)性與可靠性，在降低開發(fā)平臺(tái)時(shí)間的基礎(chǔ)上，最大限度確保了軟件質(zhì)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(yīng)用。在紡織機(jī)械控制系統(tǒng)中應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)，不僅能利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)提高紡織機(jī)械控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性，還能準(zhǔn)確群控紡織機(jī)械控制系統(tǒng)，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫加以分析，這將成為紡織機(jī)械未來控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

3嵌入式技術(shù)在紡織機(jī)械控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

為了詳細(xì)剖析嵌入式技術(shù)在紡織機(jī)械控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，筆者利用圓網(wǎng)印花機(jī)的控制系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。圓網(wǎng)印花機(jī)是一個(gè)多部分協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，因此圓網(wǎng)印花機(jī)中的印花圓網(wǎng)、送布皮帶都必須同步運(yùn)動(dòng)。當(dāng)印花傳送帶經(jīng)過主機(jī)拖動(dòng)后，要確保其能夠以相對(duì)穩(wěn)定的速度持續(xù)運(yùn)行，各個(gè)印花篩網(wǎng)則由步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)對(duì)送步帶進(jìn)行跟蹤，達(dá)到同步轉(zhuǎn)速后再經(jīng)過快速調(diào)整，使各個(gè)篩網(wǎng)零位能夠與第一級(jí)篩網(wǎng)零件標(biāo)志相互會(huì)合，此時(shí)織物則進(jìn)入印花機(jī)中。需要注意的是，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中，各個(gè)篩網(wǎng)不僅要能對(duì)皮帶速度進(jìn)行自我調(diào)整，還要能解決干擾誤差，根據(jù)前級(jí)誤差重新計(jì)算最佳的會(huì)合點(diǎn)。同時(shí)，由于圓網(wǎng)印花機(jī)存在較多的被控設(shè)備，設(shè)備與設(shè)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(hào)下位機(jī)主要用于導(dǎo)布帶速度的測(cè)量，1號(hào)～n號(hào)下位機(jī)主要用于對(duì)各級(jí)圓網(wǎng)位置及速度的控制，上位機(jī)則主要用于監(jiān)控、協(xié)調(diào)以及管理下位機(jī)。在分布式圓網(wǎng)印花機(jī)的控制系統(tǒng)中應(yīng)用嵌入式技術(shù)，可以通過嵌入式CPU實(shí)現(xiàn)下位機(jī)運(yùn)行，通過ARM9處理器及嵌入式操作系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)對(duì)其他幾個(gè)模塊的協(xié)調(diào)控制。要將編碼器安裝在系統(tǒng)導(dǎo)帶單元上，光電檢測(cè)開關(guān)安裝在印花單元上。通常情況下，管理并驅(qū)動(dòng)1～4個(gè)單元只需要一個(gè)嵌入式驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)，管理1～4個(gè)圓點(diǎn)操作也僅僅需要一個(gè)嵌入式操作節(jié)點(diǎn)即可。上下位機(jī)的通信利用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，采用公開化、標(biāo)準(zhǔn)化的開放式解決方法，真正實(shí)現(xiàn)全分布式控制，控制功能輸送到現(xiàn)場(chǎng)印刷設(shè)備中，使整個(gè)控制系統(tǒng)更加區(qū)域智能化、集成化。一對(duì)一的I/O連接方式減少了因接線點(diǎn)給圓網(wǎng)印花控制系統(tǒng)造成的不可靠因素。因?yàn)榫邆湓诰€故障的診斷功能、報(bào)警功能與記錄功能，所以可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備完成遠(yuǎn)程參數(shù)的設(shè)定與修改，進(jìn)一步提高了控制系統(tǒng)本身的可維護(hù)性。在圓網(wǎng)印花機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用嵌入式技術(shù)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(qiáng)大的在線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視、遠(yuǎn)程診斷功能，可以對(duì)系統(tǒng)實(shí)施實(shí)時(shí)關(guān)注，還能像現(xiàn)場(chǎng)工作人員一樣交互式操作設(shè)備。具體來說，監(jiān)控子系統(tǒng)主要具備以下特點(diǎn):第一，具備設(shè)置系統(tǒng)的功能。通過對(duì)嵌入式控制子系統(tǒng)的設(shè)置，對(duì)其通信接口的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警數(shù)值設(shè)置，使其具備報(bào)警功能，一旦測(cè)量值超過了預(yù)定底線則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。第二，具有采集數(shù)據(jù)的功能。在常規(guī)巡測(cè)中可以得到輸出頻率與電壓等信號(hào)，通過數(shù)據(jù)庫的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)巡查信息、原始測(cè)量等工作的管理。第三，具有設(shè)置傳感器的功能?？梢跃幊膛c設(shè)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自檢，如軟、硬件設(shè)備或通信線路出現(xiàn)故障，那么計(jì)算機(jī)則可以顯示出具體的情況，及時(shí)開展維修。第五，具有異常診斷功能?？梢詫?duì)控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況加以診斷并分級(jí)報(bào)警。除此以外，檢測(cè)子系統(tǒng)本身還具備處理自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)及人工觀測(cè)數(shù)據(jù)的功能，能夠通過檢測(cè)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(jié)語

將嵌入式技術(shù)與系統(tǒng)應(yīng)用于紡織機(jī)械控制系統(tǒng)中，能夠使傳統(tǒng)的紡織機(jī)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(jī)械控制系統(tǒng)，更好地滿足我國紡織產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整需求，為我國紡織事業(yè)的發(fā)展起到良好的推動(dòng)作用。因此，嵌入式技術(shù)與系統(tǒng)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，必須要大力扶持我國紡織高新科技企業(yè)，加強(qiáng)對(duì)嵌入式產(chǎn)品的研發(fā)力度，積極引導(dǎo)紡織企業(yè)使用嵌入式技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的紡織機(jī)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(jī)械有限公司