張婉玉

（西安工程大學電子信息學院，西安710600）

1 引 言

花式紡紗機是一種生產(chǎn)噴毛帶子紗的圓筒機鉤機器，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，但國內企業(yè)在紡紗機方面仍處于不斷研究和改進的狀態(tài)[1]。文獻[2]中給出一種HFN32 型空心錠花式紡紗機，設備采用PLC 控制，操作簡單，但無法對紗線進行實時監(jiān)控，并且新產(chǎn)品的研發(fā)也存在很大的局限性。文獻[3]的膨體紗機上位機軟件部分通過以太網(wǎng)接口與PLC 進行通訊，與PLC 中的寄存器地址進行關聯(lián)，實現(xiàn)對設備機械動作的控制。該操作界面設計友好，易于操作，且電控系統(tǒng)成本較低，編程及調試簡單，維護方便，但不能實現(xiàn)紗機數(shù)據(jù)實時監(jiān)控以及數(shù)據(jù)即時存儲管理。

針對上述情況做出改進設計，提出一種基于嵌入式技術的紡紗機上位機系統(tǒng)，通過對紡紗機器工作狀態(tài)的監(jiān)控實現(xiàn)快速高效的生產(chǎn)，在保證紡紗機生產(chǎn)質量穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)機器的監(jiān)測以及數(shù)據(jù)的存儲和管理，順應當前科技水平對嵌入式系統(tǒng)提出的更高需求[4]。

2 花式紡紗機整體設計

紡紗機上位機系統(tǒng)是通過嵌入式Linux 實現(xiàn)紡紗機的監(jiān)測、維護、管理的功能，通過軟硬件結合形成穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。硬件部分采用ARM 系列4412開發(fā)平臺；軟件部分在Linux 系統(tǒng)的基礎上搭建開發(fā)環(huán)境，然后使用QT/E 進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，具有較高的實用價值。

紡紗機系統(tǒng)為遞階結構[6]，系統(tǒng)結構如圖1 所示，主要包括上位機軟件系統(tǒng)、下位機主控制器FPGA 和各個驅動模塊。上位機主要負責紗線設置和人機交互控制任務，上位機通過設計紗線各段控制數(shù)據(jù)，并將控制數(shù)據(jù)發(fā)送給各個下位機子模塊；下位機根據(jù)現(xiàn)場信號進行實時控制各個單元完成紡紗動作，同時收集紡紗機運行過程中的各部件參數(shù)以及警報信息傳送給上位機；上位機將各參數(shù)通過界面顯示，當發(fā)現(xiàn)運行異常時發(fā)出警報。

圖1 紡紗機系統(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)主要通過人機交互系統(tǒng)、實時控制系統(tǒng)、下位機運行操作。紗機運行時，通過實時控制系統(tǒng)檢測各紗機運行狀態(tài)并反饋到上位機操作系統(tǒng)，然后通過人機交互界面設置各紗機和各部件運行操作并發(fā)送到下位機操作系統(tǒng)，檢測到各部件正常后進行紡紗操作。紡紗機上位機軟件控制生產(chǎn)流程如圖2 所示。

圖2 上位機軟件控制生產(chǎn)流程

3.2 工藝參數(shù)設置

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

在電腦紗線研發(fā)頁面輸入主機速度，前、中、后羅拉的速度以及空心錠的速度。在這個過程中必須至少有兩組數(shù)據(jù)，否則不能產(chǎn)生粗節(jié)和細節(jié)[7]。紡紗時，設置前、中羅拉進行牽伸，當中羅拉速度小于前羅拉速度才可以實現(xiàn)牽伸。

針對此步驟經(jīng)常會出現(xiàn)的各種問題，例如斷頭，在紡紗過程中，應保持適當?shù)膹埩Γ_保正常加捻卷繞及紡紗的順利進行。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 上位機軟件設計

4.1 功能模塊設計

為達到預期的紡織效果，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)已儲存的紗線信息進行新款的開發(fā)；實時接收由底層傳感器傳來的信號，控制機器工作及報警處理；監(jiān)測與管理紗機正常運作。

圖3 紡紗機上位機軟件框架圖

圖中，用戶管理模塊是對用戶權限進行設定，限制用戶訪問空間；系統(tǒng)運行設定模塊用來檢測所有紗機運行狀態(tài)，選擇需要工作的紗機對各部件進行設定；運行監(jiān)測，用于紗機運行時，對紗機各部件工作狀態(tài)監(jiān)測并將各部件運行數(shù)據(jù)顯示在界面，當下位機紗機運行異常時發(fā)出預警；紗線研發(fā)，是根據(jù)客戶要求設置紗線各段控制數(shù)據(jù)，并將控制信息發(fā)送給下位機各控制部件，在已生產(chǎn)紗線基礎上進行新型紗線花型的設計和研發(fā)；紗線數(shù)據(jù)管理將各客戶及其紗線信息進行保存，且可在紗線研發(fā)狀態(tài)下進行數(shù)據(jù)讀取/更改并重新保存。

4.2 界面設計

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

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 運行狀態(tài)顯示為綠燈時，系統(tǒng)才能給下位機發(fā)送數(shù)據(jù)；用戶可根據(jù)自己的需求，對紡紗機進行設置，由于本系統(tǒng)可以實現(xiàn)由一個CAN 同時控制多臺不同類型的紡紗機，因此首要選擇需要運行的紡紗機，只有選擇好了紡紗機，才能在系統(tǒng)運行設置中設置的該紡紗機各運轉部件的名稱。由于該控制系統(tǒng)可以保證開機和關機過程中所生產(chǎn)的產(chǎn)品與正常運行時的一樣，因此在運行時對主機速度也有一定的要求。

圖5 紗線研發(fā)界面

5 后臺數(shù)據(jù)庫

系統(tǒng)中將會存儲大量的文字信息和數(shù)字信息，數(shù)據(jù)庫設計也是系統(tǒng)設計的重點[8]。系統(tǒng)中所有的信息資源均有序地分類存儲在數(shù)據(jù)庫中，便于隨時調用。通過數(shù)據(jù)庫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。上位機軟件系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫之間的具體關系如圖6 所示。本系統(tǒng)采用MySQL 數(shù)據(jù)庫作為支持。

圖6 軟件系統(tǒng)和服務器關系圖

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計中包括用戶數(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，最后用代碼來實現(xiàn)創(chuàng)建名為“user”的用戶數(shù)據(jù)表。

“user”表用于記錄注冊用戶的資料，包含各字段。如表2 為“user”表的各字段名稱、長度、類型及功能。

表2 user 表字段屬性

表中“id”字段額外設置均為“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”日期時間型等。至此，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中用戶數(shù)據(jù)庫建立完成。

6 結束語

經(jīng)實際測試表明，經(jīng)此設計的花式紡紗機上位機軟件系統(tǒng)運行穩(wěn)定，能夠實現(xiàn)紡紗機各項參數(shù)的設置、采集和傳輸，并實現(xiàn)實時監(jiān)控?；谇度胧郊夹g以及物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)的花式紡紗機上位機軟件系統(tǒng)在實時性和人性化監(jiān)測上表現(xiàn)良好，具有廣泛的工業(yè)應用價值。