張 琦， 魏 莉， 羅 成， 夏風(fēng)林， 蔣高明

(1. 江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無錫 214122；2. 武漢紡織大學(xué) 湖北省數(shù)字化紡織裝備重點實驗室， 湖北 武漢 430077)

經(jīng)編壓電賈卡提花作為一種靈活的單針提花控制技術(shù)，可與梳櫛整體橫移提花組合出更加豐富的提花效應(yīng)與立體效果，因而成為現(xiàn)代經(jīng)編提花產(chǎn)品的主要生產(chǎn)技術(shù)。對經(jīng)編機(jī)壓電賈卡提花控制技術(shù)的研究，有德國公司最早開發(fā)的基于背板母線架構(gòu)系統(tǒng)，國內(nèi)研究人員亦曾先后利用單片機(jī)構(gòu)建嵌入式賈卡提花控制系統(tǒng)[1-2]，或者利用控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)總線構(gòu)建賈卡花型傳輸系統(tǒng)[3-4]，或者直接將驅(qū)動電路嵌入到賈卡針塊內(nèi)部構(gòu)建混合異構(gòu)通信系統(tǒng)[5-6]，上述研究雖已形成功能完備技術(shù)成熟的賈卡提花控制系統(tǒng)，但是其系統(tǒng)控制對象仍限于單把賈卡梳櫛。

隨著近年來經(jīng)編塑身內(nèi)衣與無縫服裝等雙賈卡編織工藝的研發(fā)，尤其是立體提花鞋材這種一次成形量大面廣的賈卡提花產(chǎn)品的出現(xiàn)，使得經(jīng)編賈卡提花控制系統(tǒng)中的控制對象從1把賈卡梳櫛增加為2把，甚至3把；提花總針數(shù)增加1倍，提花信息量對應(yīng)的數(shù)據(jù)量增加到8倍，同時每橫列賈卡針的4次偏置動作又將動態(tài)數(shù)據(jù)的刷新時間縮短為單賈卡的四分之一。更多的數(shù)據(jù)量需要在更短的時間里完成處理，二者量變上的沖突迅速加劇了雙賈卡提花控制系統(tǒng)生產(chǎn)過程中實時數(shù)據(jù)處理的大時滯特性，導(dǎo)致靜態(tài)花型數(shù)據(jù)加載時間過長、產(chǎn)品工藝翻改周期長， 動態(tài)偏置數(shù)據(jù)刷新不及時、機(jī)器生產(chǎn)速度降低等系列問題，故而只是通過對現(xiàn)有單賈卡控制系統(tǒng)進(jìn)行簡單硬件倍增而成的雙賈卡控制系統(tǒng)，難以真正滿足雙賈卡經(jīng)編產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，因此，基于雙賈卡提花更加嚴(yán)苛的控制要求與時序特征，本文對雙賈卡提花控制系統(tǒng)硬件的架構(gòu)設(shè)計、控制軟體的時序編排分別進(jìn)行針對性分析研究，并構(gòu)建100 Mbps以太網(wǎng)(Ethernet)與2 Mbps高速通用連接(G_Link)總線的雙總線系統(tǒng)架構(gòu)，設(shè)計雙線程時序與雙緩沖數(shù)據(jù)堆棧(FIFO)的控制軟體，以平衡實際生產(chǎn)中提花數(shù)據(jù)量劇增與實時處理時間縮短之間的內(nèi)在沖突，尋求經(jīng)編機(jī)雙賈卡提花控制系統(tǒng)可靠、高效的技術(shù)解決方案。

1 雙賈卡編織機(jī)構(gòu)與動作分析

1.1 雙賈卡提花編織機(jī)構(gòu)

雙賈卡經(jīng)編機(jī)多為配置有4片半機(jī)號賈卡導(dǎo)紗梳的雙針床經(jīng)編機(jī)，例如在RDJ6/2型雙賈卡經(jīng)編機(jī)的梳櫛配置圖(見圖1)中，JB4.1與JB4.2，JB5.1與JB5.2可分別合并為2把完整賈卡梳櫛JB4與JB5，且在前針床與后針床均可成圈[7]。其編織過程為：利用賈卡導(dǎo)紗梳的整體橫移動作與單根賈卡導(dǎo)紗針獨(dú)立的左/右偏置動作相互配合，形成厚、薄、網(wǎng)孔3種基本組織，利用雙賈卡導(dǎo)紗梳櫛在前/后針床選擇性成圈的相互配合，形成縫合、鏤空、透空、麻點等多種特殊組織[8]，如若同時將基本組織與特殊組織進(jìn)行巧妙組合，或再配以色紗與功能性差異紗線的穿紗設(shè)計，便可在編織出具備不同顏色與組織效應(yīng)的雙面織物時，同步形成特殊的雙層組織結(jié)構(gòu)，使得經(jīng)編機(jī)以一次成形方式高效生產(chǎn)筒狀中空織物以及間隔層立體提花織物成為可能，進(jìn)而衍生出無縫連體服裝與提花立體鞋材等多系列先進(jìn)經(jīng)編工藝與產(chǎn)品。

圖1 RDJ6/2雙賈卡梳櫛配置圖

Fig.1 Arrangement of double jacquard bar in RDJ6/2

1.2 雙賈卡提花動作時序

為配合賈卡導(dǎo)紗梳在前/后針床的墊紗成圈編織，賈卡導(dǎo)紗針必須在前/后針床完成相應(yīng)的偏置動作。如果將圖1中JB4與JB5 2把賈卡梳上所有賈卡導(dǎo)紗針在前/后針床上的偏置動作時刻，投射到編織機(jī)構(gòu)動作周期中的每個編織橫列，也即經(jīng)編機(jī)主軸的每個360°旋轉(zhuǎn)周期中，可得如圖2所示的雙賈卡4次偏置時序圖。即沿著經(jīng)編機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)方向，可依次得到4個觸發(fā)偏置角度，其中偏置角度θ1對應(yīng)前針床針前偏置動作時刻、θ2對應(yīng)前針床針背偏置動作時刻、θ3對應(yīng)后針床針背偏置動作時刻、θ4對應(yīng)后針床針前偏置動作時刻，依主軸正向旋轉(zhuǎn)循環(huán)，從而構(gòu)成所有賈卡導(dǎo)紗針在每個編織動作基本周期內(nèi)的偏置動作時序。

雙賈卡控制系統(tǒng)的時序機(jī)制，就是根據(jù)不斷循環(huán)的基本編織周期橫列數(shù)與提花工藝信息之間的映射關(guān)系，實時并準(zhǔn)確地從提花數(shù)據(jù)文件中提取對應(yīng)橫列的各次偏置動作數(shù)據(jù)，嚴(yán)格依據(jù)基本編織周期內(nèi)的偏置動作次序，精準(zhǔn)判別觸發(fā)角度，在該角度時刻實時輸出提取的所有工藝提花信息，確保所有賈卡導(dǎo)紗針在梳櫛開始整體橫移墊紗前同步完成偏置動作，并在隨后的角度區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定保持最后一次刷新的偏置狀態(tài)，4個偏置角度之后的4個角度分區(qū)亦如圖2所示。

圖2 雙賈卡4次偏置時序圖

Fig.2 Quartic trigger time series of double jacquard

2 控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計

對應(yīng)于經(jīng)編機(jī)整個幅寬長度內(nèi)任一把賈卡梳櫛上幾千枚賈卡導(dǎo)紗針的提花信息，即使每枚針的左偏或右偏狀態(tài)只用1位值為“0”或“1”的位變量來表示，1次偏置動作也需要幾百個字節(jié)的數(shù)據(jù)量。相對于普通單賈卡系統(tǒng)在1個基本編織周期中只在針背進(jìn)行1次偏置動作，雙賈卡系統(tǒng)在1個基本編織周期中卻需要4次偏置動作，2把賈卡梳的4次偏置動作數(shù)據(jù)量就是前者的8倍，另外在相同的生產(chǎn)速度條件下，若按照每完成1次偏置動作后刷新1次數(shù)據(jù)的方式，則后者刷新1次偏置動作數(shù)據(jù)的時間卻只有前者的四分之一，因此，為在更短的時間內(nèi)完成更大數(shù)據(jù)量的實時處理，構(gòu)建了基于二級總線式系統(tǒng)架構(gòu)和組合式賈卡控制單元的經(jīng)編雙賈卡提花控制系統(tǒng)。

2.1 雙總線架構(gòu)

雙賈卡經(jīng)編機(jī)的集成控制系統(tǒng)除包含對賈卡電子提花的實時控制外，一般還會包括電子送經(jīng)、電子牽拉和電子橫移等其他實時運(yùn)動控制，為確保高速生產(chǎn)過程中賈卡電子提花控制功能的實時性，并避免與其他控制功能同時參與對上位工控機(jī)實時資源的搶奪爭占，采用將賈卡提花工藝數(shù)據(jù)文件由上位工控機(jī)下載至位于控制層的、由嵌入式工控機(jī)擔(dān)任的專用賈卡控制器內(nèi)，再由賈卡控制器控制位于現(xiàn)場層的多個組合式賈卡控制單元，在整個集成控制系統(tǒng)中以相對獨(dú)立的方式完成對賈卡電子提花的實時控制。為便于集成系統(tǒng)的模塊增減，設(shè)計了3層2級總線式系統(tǒng)架構(gòu)。

第1級數(shù)據(jù)總線選擇速率為100 Mbps的Ethernet，借助傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議(TCP/IP)可靠的點對點聯(lián)接，以及以太網(wǎng)可以超過1 K字節(jié)的大數(shù)據(jù)包批量傳送數(shù)據(jù)塊的高容載量傳輸特性，來匹配雙賈卡提花工藝數(shù)據(jù)文件的大量數(shù)據(jù)必需在極短時間內(nèi)整體且快速地由上位工控機(jī)傳送至賈卡控制器內(nèi)的傳輸要求，實現(xiàn)賈卡提花工藝數(shù)據(jù)在靜態(tài)下的頻繁快速加載，以滿足實際生產(chǎn)過程中頻繁更換工藝的操作要求。

第2級數(shù)據(jù)總線選擇速率為2 Mbps的G_Link總線，基于RS422全雙工通信總線標(biāo)準(zhǔn)，可以較短的數(shù)據(jù)幀長度以自由數(shù)據(jù)格式進(jìn)行高速實時通信，滿足賈卡控制器與各賈卡控制單元之間一點對多點的周期性高速通信，用于動態(tài)傳輸某個基本編織周期內(nèi)的實時偏置動作數(shù)據(jù)。

獨(dú)立控制賈卡電子提花功能的賈卡控制器具有1個編碼器信號輸入接口，2條G_Link總線硬件接口與編碼器信號輸出接口，主軸角度編碼器信號在送達(dá)賈卡控制器后，采用與G_Link總線同電纜的方式，硬聯(lián)接延送至各賈卡控制單元，每個G_Link總線硬件接口最多可驅(qū)動16個賈卡控制單元。

2.2 賈卡控制單元

安裝于經(jīng)編機(jī)機(jī)臺上直接驅(qū)動賈卡導(dǎo)紗針塊的賈卡控制單元，是為了提高系統(tǒng)擴(kuò)展的靈活性與安裝調(diào)試的便利性，集驅(qū)動與實時控制于一體的可組合式擴(kuò)展單元，每個單元包含1塊采用復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)硬件編程的嵌入式微控制單元(MCU)控制板以及最多16塊賈卡驅(qū)動板。

為實現(xiàn)雙賈卡控制系統(tǒng)中2把賈卡梳櫛分別具有各自不同的觸發(fā)偏置角度，以使得每把賈卡梳在工藝最需要的時刻才觸發(fā)導(dǎo)紗針偏置，并保證同一把賈卡梳上所有賈卡導(dǎo)紗針的偏置同步性，采用將各自的觸發(fā)偏置角度預(yù)存至每把梳對應(yīng)的所有賈卡控制單元內(nèi)，這樣所有單元內(nèi)的MCU控制板與賈卡控制器同時監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)唯一的主軸角度編碼器信號，當(dāng)主軸角度與本單元內(nèi)預(yù)存的偏置角度相同時，立即觸發(fā)16塊驅(qū)動板上對應(yīng)偏置數(shù)據(jù)的并行輸出。由于主軸角度信息的唯一性，以及各賈卡控制單元并行同步處理的實時性，在保證同一把賈卡梳櫛上所有賈卡導(dǎo)紗針并行輸出的嚴(yán)格同步性時，還實現(xiàn)了2把賈卡梳利用分離角度在各自最需要的時刻位置精準(zhǔn)動作。

3 控制系統(tǒng)軟件時序設(shè)計

針對經(jīng)編雙賈卡提花控制系統(tǒng)中靜態(tài)花型數(shù)據(jù)加載時間的縮短以及動態(tài)提花數(shù)據(jù)刷新率的提高，在依賴各級總線通道硬件支持與特性匹配的基礎(chǔ)上，還需要針對不同軟件環(huán)節(jié)設(shè)計高效率的通信機(jī)制與數(shù)據(jù)處理時序。

3.1 靜態(tài)花型加載

靜態(tài)花型加載包括在以太網(wǎng)上的高速數(shù)據(jù)傳送，以及在賈卡控制器內(nèi)數(shù)據(jù)的快速接收，并同步轉(zhuǎn)換為大數(shù)據(jù)塊文件格式完成本地存儲2個加載環(huán)節(jié)。

按照GB/T 21547.4—2008《VME總線對儀器的擴(kuò)展 第4部分：TCP/IP-IEEE488.2儀器接口規(guī)范》，TCP/IP協(xié)議作為以太網(wǎng)通信的一種可靠性連接，在通信開始前雙方即確定通信的最大報文段長度(MSS)，為避免攜帶TCP報文的IP數(shù)據(jù)包在IP層傳輸過程中超過最大傳輸單元(MTU)導(dǎo)致IP數(shù)據(jù)包被分片，通常將TCP的MSS值設(shè)置為MTU值減40字節(jié)(其中TCP報文與IP報文頭部長度各占20字節(jié))，而對Ethernet而言，MTU最佳值為1 500，則MSS最大值是1 460字節(jié)[9]。Ethernet的MSS值直接決定了1個TCP數(shù)據(jù)包內(nèi)單次能夠傳送的最大賈卡花型數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。以每枚賈卡導(dǎo)紗針的偏置狀態(tài)用1位布爾類型數(shù)據(jù)計算，則封裝16枚導(dǎo)紗針的1塊賈卡針塊1次偏置需要2個字節(jié)，1個賈卡控制單元最多控制32塊賈卡針塊，故1條G_Link總線上最多16個賈卡控制單元內(nèi)的所有賈卡導(dǎo)紗針完成1次偏置動作最大需要1 024即1 K字節(jié)數(shù)據(jù)，該最大值接近并且小于MSS值，因此若規(guī)定1個TCP報文1次發(fā)送所有賈卡導(dǎo)紗針的1次偏置數(shù)據(jù)，1個橫列的花型數(shù)據(jù)分4次傳送完成，則可完全避免IP數(shù)據(jù)包被分片，還能簡化賈卡控制器內(nèi)處理TCP/IP通信程序的復(fù)雜度，在保證Ethernet以最佳效率通信外，還在MSS允許范圍內(nèi)以最大數(shù)據(jù)容載量實現(xiàn)賈卡花型數(shù)據(jù)的高速傳輸。

當(dāng)賈卡花型數(shù)據(jù)以100 Mbps的速率從上位工控機(jī)傳送至賈卡控制器以完成失電存儲的靜態(tài)數(shù)據(jù)加載時，后者卻由于最大20 Mbps的外部非易失存儲數(shù)據(jù)寫出速度和有限的隨機(jī)存取存儲器(RAM)內(nèi)存空間[9]，既不能以更快或相同的速度將高速到達(dá)的數(shù)據(jù)同步寫出外部存儲，也難以將所有接收到的花型數(shù)據(jù)均以變量形式全部存放于內(nèi)存RAM，使得賈卡控制器必須在高速處理后續(xù)每個到達(dá)的TCP數(shù)據(jù)報文的同時，還要將之前所有處理完畢的偏置數(shù)據(jù)實時且完整地存入本地非易失存儲空間內(nèi)，直至所有橫列的花型工藝數(shù)據(jù)傳輸完畢，不允許有任何數(shù)據(jù)的接收溢出與存儲丟失。

為提高大數(shù)據(jù)量賈卡靜態(tài)花型加載過程的實時性，避免以太網(wǎng)通信高速的數(shù)據(jù)寫入操作因低速的外部存儲數(shù)據(jù)寫出操作而被中斷處于頻繁等待狀態(tài)，設(shè)計了如圖3所示的采用雙級FIFO緩沖數(shù)據(jù)堆棧處理機(jī)制的雙線程靜態(tài)花型加載流程。2個線程作為2個相對獨(dú)立的任務(wù)并行執(zhí)行，其中線程1負(fù)責(zé)對高速到達(dá)的TCP數(shù)據(jù)包的實時接收，對每4個報文的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取并按照賈卡導(dǎo)紗針實際偏置邏輯需要重新組合拼裝成1個橫列的完整偏置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體后，寫入緩沖數(shù)據(jù)堆棧FIFO 0；當(dāng)FIFO 0的堆棧指針到達(dá)指定深度后，利用內(nèi)存數(shù)據(jù)塊操作的高速指令將FIFO 0內(nèi)的全部數(shù)據(jù)快速拷貝至緩沖數(shù)據(jù)堆棧FIFO 1內(nèi)；線程2在發(fā)現(xiàn)FIFO 1內(nèi)有新數(shù)據(jù)寫入后，執(zhí)行靜態(tài)數(shù)據(jù)文件的外部存儲連續(xù)寫出操作。借助雙FIFO對高速數(shù)據(jù)流的緩沖特性，以及雙線程任務(wù)執(zhí)行時在時間上的并發(fā)與互補(bǔ)特性，通過匹配2個線程的任務(wù)周期N與M值，可在真正發(fā)揮Ethernet 100 Mbps高速大容載量傳輸特性來壓縮數(shù)據(jù)傳輸時間的同時，兼顧靜態(tài)數(shù)據(jù)文件的存儲操作，以最少的等待時間和最高的數(shù)據(jù)傳輸效率，實現(xiàn)大塊數(shù)據(jù)流的高速流入與低速匯出之間的動態(tài)平衡。

圖3 靜態(tài)數(shù)據(jù)加載與轉(zhuǎn)存線程

Fig.3 Load-thread and store-thread of pattern data

3.2 動態(tài)數(shù)據(jù)刷新

動態(tài)數(shù)據(jù)刷新包括實時偏置數(shù)據(jù)在G_Link總線上的實時數(shù)據(jù)傳輸，及每個賈卡控制單元內(nèi)偏置數(shù)據(jù)隨主軸角度變化的瞬時偏置輸出2個刷新環(huán)節(jié)。

相對于單賈卡經(jīng)編提花在生產(chǎn)1個橫列的過程中只需要1次偏置，其最多可利用經(jīng)編機(jī)主軸轉(zhuǎn)過1周的時間來完成1次動態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸，雙賈卡提花生產(chǎn)1個橫列需要4次偏置，其1次偏置數(shù)據(jù)的傳輸時間只有1個橫列的四分之一，理論上必然會導(dǎo)致經(jīng)編機(jī)生產(chǎn)速度降低，因此，為提高生產(chǎn)過程中雙賈卡經(jīng)編提花數(shù)據(jù)的動態(tài)刷新實時性，并在一定程度上提高車速，為動態(tài)數(shù)據(jù)刷新爭取足夠的傳輸時間，利用CPLD有限的存儲空間和G_Link總線的配合，設(shè)計了如圖4所示的動態(tài)數(shù)據(jù)刷新時序。

圖4 動態(tài)數(shù)據(jù)刷新時序圖

Fig.4 Time series of dynamic data refreshing

在每個賈卡控制單元內(nèi)的MCU控制板上，開辟3組數(shù)據(jù)寄存器：R0長度為64字節(jié)，用以存放當(dāng)前單元內(nèi)16塊驅(qū)動板上32塊賈卡導(dǎo)紗針塊的某1次動態(tài)偏置數(shù)據(jù)；R1由4個長度為64字節(jié)的存儲單元構(gòu)成，用于存放當(dāng)前橫列的4次動態(tài)偏置數(shù)據(jù)；R2同樣由4個長度為64字節(jié)的存儲單元構(gòu)成，但用于存放當(dāng)前橫列下1個橫列的4次動態(tài)偏置數(shù)據(jù)。在機(jī)器位于主軸0°時完成工藝花型數(shù)據(jù)的加載后，將3組數(shù)據(jù)寄存器R0、R1、R2的數(shù)據(jù)全部分別填滿，其中R0為賈卡導(dǎo)紗針上立即輸出的偏置狀態(tài)數(shù)據(jù)，填寫為花型起始編織橫列的前一橫列的第4次動態(tài)偏置數(shù)據(jù)，若起始編織橫列為第1橫列，則其前一橫列為完整工藝花高的最后橫列；R1的4個存儲單元R1.0～R1.3中依次填寫花型起始編織橫列第1橫列的4次動態(tài)偏置數(shù)據(jù)，R2的4個存儲單元R2.0～R2.3中依次填寫花型起始編織橫列下一橫列即第2橫列的4次動態(tài)偏置數(shù)據(jù)，這樣，在主軸開始旋轉(zhuǎn)前，每個賈卡控制單元中已經(jīng)預(yù)裝了2橫列完整的動態(tài)偏置數(shù)據(jù)。

隨著機(jī)器的啟動即主軸的旋轉(zhuǎn)，主軸依次轉(zhuǎn)過偏置角度θ1～θ4，寄存器R1中的4次偏置數(shù)據(jù)也被依次打入R0并即時輸出刷新為所有賈卡針的偏置狀態(tài)，當(dāng)R1.3中的第4次偏置數(shù)據(jù)被打出后，MCU控制程序認(rèn)為1個工藝橫列已經(jīng)完成，立即將寄存器R2內(nèi)的全部數(shù)據(jù)同時打入R1對應(yīng)的4個存儲單元內(nèi)，隨后觸發(fā)G_Link總線，開始下載第3橫列的動態(tài)偏置數(shù)據(jù)，因此，當(dāng)機(jī)器主軸開始生產(chǎn)第2個工藝橫列時，G_Link總線上已同時開始第3個工藝橫列的數(shù)據(jù)傳輸，且由于傳輸時間長度最大為經(jīng)編機(jī)主軸轉(zhuǎn)過1周的時間，因此同一橫列內(nèi)的4次偏置數(shù)據(jù)不必分開傳輸，可一次性傳輸至CPLD的R2.0～R2.34個存儲單元中。

通過在位于控制底層的賈卡控制單元內(nèi)以較少的存儲字節(jié)數(shù)開辟R2與R1雙級FIFO數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，使R2與G_Link總線對接以緩沖總線預(yù)存數(shù)據(jù)，使R1與執(zhí)行元件賈卡針對接以緩沖實時輸出數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)刷新時的總線數(shù)據(jù)傳輸與偏置數(shù)據(jù)輸出這2個原本存在嚴(yán)格先后時序依存關(guān)系的動作，由于被雙緩沖FIFO從空間上分切隔離，從而使得二者可在同一時間內(nèi)并發(fā)執(zhí)行互不沖突，以有限的存儲空間爭取到寶貴的數(shù)據(jù)刷新時間。

4 控制系統(tǒng)生產(chǎn)驗證

實驗條件：采用2臺相同幅寬(106.68 cm)與相同機(jī)號(E24)的RDJ6/2雙針床織樣經(jīng)編機(jī)，其中一臺經(jīng)編機(jī)的賈卡提花控制采用本文所設(shè)計的基于雙總線架構(gòu)的第2代雙賈卡提花控制系統(tǒng)(版本V2.0)；另一臺經(jīng)編機(jī)的賈卡提花控制仍采用基于單賈卡控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件倍增擴(kuò)展，采用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)加載，且可對2把賈卡梳櫛進(jìn)行提花控制的第1代雙賈卡提花控制系統(tǒng)(版本V1.0)。

實驗方法如下。第1步進(jìn)行優(yōu)化實驗，即針對第2代雙賈卡經(jīng)編機(jī)提花控制系統(tǒng)，調(diào)整圖3中2個并行線程的任務(wù)周期N與M的值，反復(fù)加載花高為1 000橫列的同一款花型文件，尋找最短加載時間下N與M的最優(yōu)匹配值，實驗的過程數(shù)據(jù)如表1所示。第2步為對比驗證實驗，對比實驗包含花型加載速度與織樣生產(chǎn)速度的對比：首先，在2臺經(jīng)編機(jī)上反復(fù)加載花高為1 000橫列的同一個雙賈卡工藝數(shù)據(jù)文件，對比第1、2兩代賈卡提花控制系統(tǒng)加載花型消耗的平均時間，以比較二者對靜態(tài)花型數(shù)據(jù)的傳輸速度；然后，在2臺經(jīng)編機(jī)上同時織造如圖5所示，花高為390橫列的同一款雙賈卡經(jīng)編立體提花鞋材產(chǎn)品，對比第1、2兩代賈卡提花控制系統(tǒng)控制織樣時的最高生產(chǎn)機(jī)速，以比較二者對動態(tài)偏置數(shù)據(jù)的實時處理效率。對比驗證實驗的過程數(shù)據(jù)如表2所示。

表1 雙線程任務(wù)周期值優(yōu)選

Tab.1 Optimization of double thread task cycle time

測試編號重復(fù)加載次數(shù)線程1周期N值/ms線程2周期M值/ms平均加載時間/sa10228b105220c102510d105522

圖5 織樣驗證

Fig.5 Weave sample validation. (a) Drafted pattern; (b) Sample

表2 兩代雙賈卡控制系統(tǒng)性能對比Tab.2 System performance comparison betweentwo double jacquard control systems

雙賈卡系統(tǒng)版本總線類型總線速率1 000橫列花型加載耗時同款產(chǎn)品最高生產(chǎn)速度/(r·min-1)V1.0CAN250 Kbps20 min350V2.0Ether-net100 Mbps10 s450

從表1的實驗數(shù)據(jù)可看出，線程1的任務(wù)周期時間對花型的加載時間影響較大，而線程2的任務(wù)周期對花型加載時間影響較小。這是由于受機(jī)器窄幅寬限制，在每橫列數(shù)據(jù)量無明顯增加的情況下每橫列分4個TCP數(shù)據(jù)包傳輸?shù)姆绞矫黠@影響著傳輸時間。考慮到常規(guī)經(jīng)編鞋材產(chǎn)品的花高一般不會超過1 000橫列，且如果線程1與線程2同時采用最短的任務(wù)周期，會在實際生產(chǎn)中影響賈卡控制器通過G-link總線向底層賈卡控制單元刷新動態(tài)偏置數(shù)據(jù)的響應(yīng)實時性，而且每次加載花型時間小于10 s生產(chǎn)廠家完全可以接受，因此綜合考慮，最佳的數(shù)據(jù)加載中雙線程周期分別取值N為2 ms，M為5 ms。

從表2可看出：由于第2代雙賈卡控制系統(tǒng)采用的100 Mbps Ethernet總線速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過第1代雙賈卡控制系統(tǒng)CAN總線，使得二者在加載同一款1 000橫列花高的花型文件時，加載時間由20 min縮短為10 s，相差120倍；且在織制相同產(chǎn)品時，實際機(jī)器生產(chǎn)速度從350 r/min提高到450 r/min，提升近30%。

5 結(jié) 論

本文針對經(jīng)編雙賈卡提花控制系統(tǒng)的具體特點與控制要求，進(jìn)行了基于二級總線式架構(gòu)和組合式賈卡控制單元的經(jīng)編雙賈卡提花控制系統(tǒng)設(shè)計，經(jīng)生產(chǎn)驗證后得出如下結(jié)論。

1)針對大字節(jié)數(shù)的雙賈卡靜態(tài)工藝數(shù)據(jù)的頻繁加載要求，選擇高傳輸速率和大數(shù)據(jù)容載量的百兆以太網(wǎng)作為一級總線，可明顯壓縮花型加載耗時，1 000橫列、寬為106.68 cm、機(jī)號為E24針雙賈卡工藝文件加載時間約為10 s；針對大字節(jié)數(shù)的雙賈卡動態(tài)偏置數(shù)據(jù)的高速實時刷新要求，選擇速率為2 Mbps的G-Link作為二級總線，通過與賈卡控制單元的數(shù)據(jù)預(yù)存機(jī)制相互配合，可將單橫列偏置數(shù)據(jù)的傳輸時間爭取為主軸旋轉(zhuǎn)1周的時間。

2)在軟件處理上采用雙級FIFO數(shù)據(jù)緩沖技術(shù)，不僅可在賈卡系統(tǒng)控制層有效節(jié)省數(shù)據(jù)流的高速流入與低速匯出之間的等待延時，還可用于賈卡系統(tǒng)現(xiàn)場層對總線數(shù)據(jù)傳輸與執(zhí)行元件的數(shù)據(jù)觸發(fā)進(jìn)行物理切分而實現(xiàn)二者時間上的并行執(zhí)行，進(jìn)一步挖掘軟件執(zhí)行效率以提高系統(tǒng)控制實時性。

3)所設(shè)計的新式雙賈卡經(jīng)編機(jī)提花控制系統(tǒng)可滿足雙賈卡經(jīng)編機(jī)及相應(yīng)工藝產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，相對舊式賈卡系統(tǒng)，花型加載速度提升約120倍, 機(jī)器最高生產(chǎn)速度提升近30%，無論是靜態(tài)花型加載速度，還是動態(tài)偏置數(shù)據(jù)實時處理過程中的生產(chǎn)速度，都有顯著提升。