張婉玉

（西安工程大學(xué)電子信息學(xué)院，西安710600）

1 引 言

花式紡紗機(jī)是一種生產(chǎn)噴毛帶子紗的圓筒機(jī)鉤機(jī)器，主要用于工藝產(chǎn)品和服裝的制造?；ㄊ郊喚€雖有近20 年的發(fā)展歷史，但國(guó)內(nèi)企業(yè)在紡紗機(jī)方面仍處于不斷研究和改進(jìn)的狀態(tài)[1]。文獻(xiàn)[2]中給出一種HFN32 型空心錠花式紡紗機(jī)，設(shè)備采用PLC 控制，操作簡(jiǎn)單，但無法對(duì)紗線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且新產(chǎn)品的研發(fā)也存在很大的局限性。文獻(xiàn)[3]的膨體紗機(jī)上位機(jī)軟件部分通過以太網(wǎng)接口與PLC 進(jìn)行通訊，與PLC 中的寄存器地址進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備機(jī)械動(dòng)作的控制。該操作界面設(shè)計(jì)友好，易于操作，且電控系統(tǒng)成本較低，編程及調(diào)試簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，但不能實(shí)現(xiàn)紗機(jī)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控以及數(shù)據(jù)即時(shí)存儲(chǔ)管理。

針對(duì)上述情況做出改進(jìn)設(shè)計(jì)，提出一種基于嵌入式技術(shù)的紡紗機(jī)上位機(jī)系統(tǒng)，通過對(duì)紡紗機(jī)器工作狀態(tài)的監(jiān)控實(shí)現(xiàn)快速高效的生產(chǎn)，在保證紡紗機(jī)生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)機(jī)器的監(jiān)測(cè)以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理，順應(yīng)當(dāng)前科技水平對(duì)嵌入式系統(tǒng)提出的更高需求[4]。

2 花式紡紗機(jī)整體設(shè)計(jì)

紡紗機(jī)上位機(jī)系統(tǒng)是通過嵌入式Linux 實(shí)現(xiàn)紡紗機(jī)的監(jiān)測(cè)、維護(hù)、管理的功能，通過軟硬件結(jié)合形成穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。硬件部分采用ARM 系列4412開發(fā)平臺(tái)；軟件部分在Linux 系統(tǒng)的基礎(chǔ)上搭建開發(fā)環(huán)境，然后使用QT/E 進(jìn)行了用戶層圖形界面的開發(fā)[5]。與同類產(chǎn)品相比，更加穩(wěn)定且可移植性好，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

紡紗機(jī)系統(tǒng)為遞階結(jié)構(gòu)[6]，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要包括上位機(jī)軟件系統(tǒng)、下位機(jī)主控制器FPGA 和各個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊。上位機(jī)主要負(fù)責(zé)紗線設(shè)置和人機(jī)交互控制任務(wù)，上位機(jī)通過設(shè)計(jì)紗線各段控制數(shù)據(jù)，并將控制數(shù)據(jù)發(fā)送給各個(gè)下位機(jī)子模塊；下位機(jī)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制各個(gè)單元完成紡紗動(dòng)作，同時(shí)收集紡紗機(jī)運(yùn)行過程中的各部件參數(shù)以及警報(bào)信息傳送給上位機(jī)；上位機(jī)將各參數(shù)通過界面顯示，當(dāng)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常時(shí)發(fā)出警報(bào)。

圖1 紡紗機(jī)系統(tǒng)框圖

3 生產(chǎn)過程控制

3.1 生產(chǎn)流程

花式紗線的生產(chǎn)主要通過人機(jī)交互系統(tǒng)、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、下位機(jī)運(yùn)行操作。紗機(jī)運(yùn)行時(shí)，通過實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)檢測(cè)各紗機(jī)運(yùn)行狀態(tài)并反饋到上位機(jī)操作系統(tǒng)，然后通過人機(jī)交互界面設(shè)置各紗機(jī)和各部件運(yùn)行操作并發(fā)送到下位機(jī)操作系統(tǒng)，檢測(cè)到各部件正常后進(jìn)行紡紗操作。紡紗機(jī)上位機(jī)軟件控制生產(chǎn)流程如圖2 所示。

圖2 上位機(jī)軟件控制生產(chǎn)流程

3.2 工藝參數(shù)設(shè)置

竹節(jié)紗是花式紗線的一種，其紡紗原理是瞬間改變細(xì)紗機(jī)的牽伸倍數(shù)或改變單位時(shí)間內(nèi)的粗紗喂入量，從而達(dá)到產(chǎn)生竹節(jié)的目的。

在電腦紗線研發(fā)頁(yè)面輸入主機(jī)速度，前、中、后羅拉的速度以及空心錠的速度。在這個(gè)過程中必須至少有兩組數(shù)據(jù)，否則不能產(chǎn)生粗節(jié)和細(xì)節(jié)[7]。紡紗時(shí)，設(shè)置前、中羅拉進(jìn)行牽伸，當(dāng)中羅拉速度小于前羅拉速度才可以實(shí)現(xiàn)牽伸。

針對(duì)此步驟經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的各種問題，例如斷頭，在紡紗過程中，應(yīng)保持適當(dāng)?shù)膹埩?，確保正常加捻卷繞及紡紗的順利進(jìn)行。具有代表性的竹節(jié)紗過渡段工藝參數(shù)如表1 所示。

表1 過渡段竹節(jié)紗工藝參數(shù)

4 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

4.1 功能模塊設(shè)計(jì)

為達(dá)到預(yù)期的紡織效果，滿足用戶需求，本系統(tǒng)具備的主要功能包括：智能查詢紗線的基本信息；根據(jù)已儲(chǔ)存的紗線信息進(jìn)行新款的開發(fā)；實(shí)時(shí)接收由底層傳感器傳來的信號(hào)，控制機(jī)器工作及報(bào)警處理；監(jiān)測(cè)與管理紗機(jī)正常運(yùn)作。

圖3 紡紗機(jī)上位機(jī)軟件框架圖

圖中，用戶管理模塊是對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行設(shè)定，限制用戶訪問空間；系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)定模塊用來檢測(cè)所有紗機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，選擇需要工作的紗機(jī)對(duì)各部件進(jìn)行設(shè)定；運(yùn)行監(jiān)測(cè)，用于紗機(jī)運(yùn)行時(shí)，對(duì)紗機(jī)各部件工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)并將各部件運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示在界面，當(dāng)下位機(jī)紗機(jī)運(yùn)行異常時(shí)發(fā)出預(yù)警；紗線研發(fā)，是根據(jù)客戶要求設(shè)置紗線各段控制數(shù)據(jù)，并將控制信息發(fā)送給下位機(jī)各控制部件，在已生產(chǎn)紗線基礎(chǔ)上進(jìn)行新型紗線花型的設(shè)計(jì)和研發(fā)；紗線數(shù)據(jù)管理將各客戶及其紗線信息進(jìn)行保存，且可在紗線研發(fā)狀態(tài)下進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取/更改并重新保存。

4.2 界面設(shè)計(jì)

如圖4 所示軟件系統(tǒng)主菜單，在該界面中可對(duì)用戶進(jìn)行管理和設(shè)置，并完成紗線生產(chǎn)各部分設(shè)置。

圖4 主菜單界面

如圖5 所示為紗線研發(fā)界面，該界面中CAN 運(yùn)行狀態(tài)顯示為綠燈時(shí)，系統(tǒng)才能給下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)；用戶可根據(jù)自己的需求，對(duì)紡紗機(jī)進(jìn)行設(shè)置，由于本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)由一個(gè)CAN 同時(shí)控制多臺(tái)不同類型的紡紗機(jī)，因此首要選擇需要運(yùn)行的紡紗機(jī)，只有選擇好了紡紗機(jī)，才能在系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)置中設(shè)置的該紡紗機(jī)各運(yùn)轉(zhuǎn)部件的名稱。由于該控制系統(tǒng)可以保證開機(jī)和關(guān)機(jī)過程中所生產(chǎn)的產(chǎn)品與正常運(yùn)行時(shí)的一樣，因此在運(yùn)行時(shí)對(duì)主機(jī)速度也有一定的要求。

圖5 紗線研發(fā)界面

5 后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)

系統(tǒng)中將會(huì)存儲(chǔ)大量的文字信息和數(shù)字信息，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)[8]。系統(tǒng)中所有的信息資源均有序地分類存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于隨時(shí)調(diào)用。通過數(shù)據(jù)庫(kù)可以有效管理紗線數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)的寫入和讀取，而且可提高數(shù)據(jù)的讀寫效率。上位機(jī)軟件系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的具體關(guān)系如圖6 所示。本系統(tǒng)采用MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)作為支持。

圖6 軟件系統(tǒng)和服務(wù)器關(guān)系圖

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中包括用戶數(shù)據(jù)表“user”和紗線信息數(shù)據(jù)表“infor”。在Qt 中可便捷建立數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)表，首先需要在工程文件中加入sql 模塊，其次在主文件中創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)，最后用代碼來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建名為“user”的用戶數(shù)據(jù)表。

“user”表用于記錄注冊(cè)用戶的資料，包含各字段。如表2 為“user”表的各字段名稱、長(zhǎng)度、類型及功能。

表2 user 表字段屬性

表中“id”字段額外設(shè)置均為“auto_increment”,表示自增。字段類型有容量不同的“INT”整數(shù)型、“VARCHAR”字符型、“DATETIME”日期時(shí)間型等。至此，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中用戶數(shù)據(jù)庫(kù)建立完成。

6 結(jié)束語

經(jīng)實(shí)際測(cè)試表明，經(jīng)此設(shè)計(jì)的花式紡紗機(jī)上位機(jī)軟件系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)紡紗機(jī)各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置、采集和傳輸，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。基于嵌入式技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的花式紡紗機(jī)上位機(jī)軟件系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性和人性化監(jiān)測(cè)上表現(xiàn)良好，具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。