熊鵬飛　雷艇

摘 要 傳統(tǒng)的羅拉車依靠人工控制，對工人的技術(shù)要求較高，對于復(fù)雜的加工，操作難度大，加工效率低，無法滿足需求，為了提高效率、增加產(chǎn)量同時保障加工質(zhì)量，結(jié)合自動化控制和數(shù)控技術(shù)的電腦羅拉車應(yīng)勢而生。本文從羅拉車組成、工作原理、功能需求、硬件設(shè)計及軟件設(shè)計等方面介紹一種通用羅拉車控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞 羅拉車 控制系統(tǒng) 上位機 下位機

中圖分類號：TP273文獻標識碼：A

0引言

羅拉車是一種工業(yè)縫紉機，主要由縫紉機座、縫紉機頭、驅(qū)動控制器和驅(qū)動電機組成?？p紉機頭有縫紉針桿和上滾輪，縫紉針安裝在縫紉針桿的下端，縫紉機座上有縫紉工作臺，縫紉工作臺中在與上滾輪相對的位置安裝有下滾輪和剪線裝置，上下滾輪也稱為上下送料滾輪，縫紉機座下方設(shè)置有控制踏板、驅(qū)動控制器以及驅(qū)動電機。

傳統(tǒng)的半自動羅拉車在加工過程中能夠?qū)崿F(xiàn)自動倒縫，自動剪線，自動壓腳提升等功能，且車縫順暢、線跡美觀，但是加工仍舊依賴于人工控制，隨著市場需求量的增長以及人工勞動成本的逐漸升高，這種半自動的羅拉車已經(jīng)無法滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，結(jié)合數(shù)控技術(shù)研發(fā)的自動控制的電腦羅拉車應(yīng)勢而生，目前國外已有較先進的電腦羅拉車系統(tǒng)，但價格普遍偏高，為了滿足國內(nèi)的市場需求，自主研制一種高效、智能的羅拉車控制系統(tǒng)十分具有意義。

1功能分析

1.1羅拉車工作原理

把料放在縫紉工作臺上，上滾輪放下，踩下腳踏板，機器開始工作。在縫紉過程中，機針除了上、下運動外，還需要同步擺動，當針從上往下運動時，在上針位區(qū)間，擺針與滾輪同步反向運動，各自完成一半針距，這樣通過滾輪和針擺的反向運動，完成一個完整針距。在下針位區(qū)間，擺針與滾輪同向運動，回到起點。

1.2功能需求

通過對羅拉車縫紉原理的分析，可知電腦羅拉車需要完成的功能有：（1）基本功能有針桿和勾線裝置的運動、針擺動、上下送料滾輪運動等;（2）除了以上完成縫紉的基本功能外，羅拉車還有撥線、剪線和抬壓腳等輔助功能;（3）為了實時監(jiān)測羅拉車運行狀態(tài)，電腦羅拉車還有實時檢測機器狀態(tài)的功能;（4）為了實現(xiàn)人機交互及編寫數(shù)控代碼功能，羅拉車還需搭配具有顯示功能、編輯功能以及數(shù)據(jù)傳輸功能的控制面板。

2硬件設(shè)計

基于以上羅拉車的功能分析，本系統(tǒng)使用裝載WINCE系統(tǒng)的液晶觸摸屏作為上位機，智能運動控制卡為下位機，搭配一個交流伺服電機，三個步進電機，三個電磁鐵以及各類傳感器、LED燈、開關(guān)若干，滿足功能需求，硬件設(shè)計方案

如圖1所示。

2.1液晶屏操作

為了實現(xiàn)人機交互及編寫數(shù)控代碼功能，使用裝載了WINCE系統(tǒng)的液晶觸摸屏作為控制面板，將用Visual Studio開發(fā)的上位機軟件安裝到該系統(tǒng)上，在面板上雙擊運行上位機軟件，可以實現(xiàn)顯示功能、參數(shù)編輯及下載功能以及控制功能。

2.2智能運動控制卡

運動控制卡是現(xiàn)代多軸控制系統(tǒng)中用于同時控制多個電機必不可少的裝置，其核心是微處理器和可編程器件，有脈沖輸出，脈沖計數(shù)，數(shù)字量輸入、輸出，模擬量輸入、輸出等功能，微處理器及可編程器件可以控制IO口輸出連續(xù)的、高頻率的脈沖信號或電平信號，從IO輸入口則可以獲取傳感器數(shù)據(jù)。

2.3四軸控制

羅拉車工作一共有四個運動，即縫紉針的上下運動、縫紉針的往復(fù)擺動、上、下送料滾輪的轉(zhuǎn)動，傳統(tǒng)的單軸電腦羅拉車為了實現(xiàn)這四個功能，需要復(fù)雜的機械傳動機構(gòu)，為了簡化機械結(jié)構(gòu)同時便于自動化控制，該系統(tǒng)采用四個電機獨立控制四個運動的方案。

2.4開關(guān)及傳感器

該系統(tǒng)使用三個電磁鐵實現(xiàn)撥線、剪線和抬壓腳的功能，因此控制卡有相應(yīng)的IO接口輸出開關(guān)信號以控制電磁鐵的通斷，如圖1所示。

該系統(tǒng)從運動控制卡的模擬量輸入口獲得速度傳感器、光電傳感器、光柵傳感器等傳感器的數(shù)據(jù)，從而了解羅拉車狀態(tài)。

3軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)由上位機系統(tǒng)和下位機系統(tǒng)組成，因此軟件設(shè)計也包括這兩個方面。

3.1上位機軟件設(shè)計

上位機軟件的功能主要是顯示功能、參數(shù)設(shè)置功能、對話功能以及控制功能等。

本系統(tǒng)選用已搭載了WINCE系統(tǒng)的液晶觸摸屏，使用Visual Studio軟件開發(fā)智能設(shè)備應(yīng)用程序，在WINCE系統(tǒng)上運行該智能設(shè)備應(yīng)用程序可以顯示我們設(shè)計好的界面，運行后的初始界面如圖2 （a）所示，可以看到在該界面能夠給操作者十分直觀地感受，操作更加簡單便利。

在應(yīng)用程序運行的時候，點擊圖2（a）所示的羅拉參數(shù)或者控制器參數(shù)按鈕，選擇需要查看或者修改的參數(shù)類型，圖2（c）所示為選擇羅拉車參數(shù)的界面，圖2（d）所示為控制器參數(shù)和測試界面，進入?yún)?shù)顯示界面就能夠查看或修改參數(shù)。

人機對話功能更加方便操作人員修改參數(shù)、編輯及下載程序以及控制加工。上位機程序運行時，將用戶對觸摸屏的操作以消息的形式傳遞到程序內(nèi)部，在程序內(nèi)部對消息做出響應(yīng)并處理，這就是對話實現(xiàn)。

圖2（a）所示“模式選擇”按鈕，用于控制羅拉車運行模式，程序啟動后默認是手動模式，點擊按鈕，模式切換為自動模式，如圖2（b）所示;圖2（a）所示“復(fù)位”、“啟動”、“停止”按鈕用于直接控制羅拉車回零、啟動和停止。

3.2下位機軟件設(shè)計

下位機包括智能運動控制卡和驅(qū)動器，使用IAR編譯軟件編寫C語言代碼并下載到智能運動控制卡中，上電后，程序自動運行并與上位機連接。下位機的功能是接收來自上位機的數(shù)據(jù)包括控制信號和參數(shù)、監(jiān)測羅拉車狀態(tài)并且將故障信息反饋給上位機、以及控制加工等，程序框圖如圖3所示。

下位機一旦與上位機連接成功便可進行數(shù)據(jù)交流，操作者在上位機上編輯或修改加工或系統(tǒng)參數(shù)，發(fā)送給下位機，用于加工。下位機接收到來自上位機的控制信號時會做出反應(yīng)，如輸出某種的脈沖信號或電平信號等。

下位機實時獲取傳感器的的信號以獲取羅拉車的狀態(tài)信息，當檢測到故障時便停止加工，并將錯誤報告反饋給上位機顯示。

下位機接收數(shù)據(jù)后發(fā)出脈沖或電平控制電機、電磁鐵、LED燈等作出反應(yīng)進行加工和提示。

4結(jié)束語

本文首先從羅拉車原理出發(fā)分析了羅拉車控制系統(tǒng)功能需求。

然后根據(jù)羅拉車的功能需求設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案。

最后根據(jù)功能需求及硬件設(shè)計進行軟件設(shè)計，完成整套控制系統(tǒng)。

本系統(tǒng)的優(yōu)點在于采用了四軸控制技術(shù)，便于自動化控制和數(shù)控加工，大大降低了機械本身的設(shè)計難度，簡化了機械結(jié)構(gòu)、減小了羅拉車體積，同時提高了系統(tǒng)的靈活性，擴大了適用范圍。

參考文獻

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