王英輝

（鄭州紡機(jī)工程技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450001）

近年來(lái)，隨著信息時(shí)代的不斷發(fā)展，高速劍桿織機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)得到了良好的發(fā)展和應(yīng)用，在提高紡織企業(yè)市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)力方面發(fā)揮了重要作用，不僅可以實(shí)現(xiàn)故障問(wèn)題的自動(dòng)檢測(cè)和處理，還可以根據(jù)光電編碼器相關(guān)參數(shù)實(shí)現(xiàn)角度的科學(xué)調(diào)節(jié)，同時(shí)，其還具有強(qiáng)大的存儲(chǔ)功能，可以對(duì)織機(jī)上的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和保存，還實(shí)現(xiàn)了車(chē)間聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理。因此，如何科學(xué)設(shè)計(jì)高速劍桿織機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)是軟件開(kāi)發(fā)人員必須思考和解決的問(wèn)題。

1 控制系統(tǒng)總體組成及特點(diǎn)

該系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示，該系統(tǒng)主要由微處理器、存儲(chǔ)器、接口電路3個(gè)核心部門(mén)組成。其中，微處理器內(nèi)部含有16位微機(jī)，型號(hào)為P51XA-S3，具有中斷PCA功能[1]。目前，市場(chǎng)上的織機(jī)主要采用機(jī)械碼控制開(kāi)關(guān)信號(hào)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)角度的精準(zhǔn)定位，一旦角度發(fā)生變化，就需要用戶(hù)實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)械位置，這種操作非常復(fù)雜且繁瑣，用戶(hù)體驗(yàn)不佳，而通過(guò)采用光電編碼器的方式可以極大地提高定位角度操作的效率和效果。在使用光電編碼器的過(guò)程中，用戶(hù)只需要將角度設(shè)定在操作面板上，然后利用微機(jī)的計(jì)數(shù)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)角度的調(diào)整和控制。除了光電編碼器[2]，高速微機(jī)也能達(dá)到同樣的效果，因此，這兩種設(shè)置的應(yīng)用在提高織機(jī)車(chē)速方面發(fā)揮著重要作用，可使其的車(chē)速高達(dá)600 r/s。存儲(chǔ)器內(nèi)部含有Flash芯片，該芯片具有高達(dá)2 M的存儲(chǔ)容量。通過(guò)利用Flash芯片，可以對(duì)位于JTAG接口處的程序代碼進(jìn)行自由下載和訪問(wèn)[3]，下載方式主要有兩種：一種是利用PSD下載程序進(jìn)行，另一種是利用下載電纜進(jìn)行。接口電路內(nèi)部主要使用了光耦電路，光耦電路在具體的使用中，需要將5 V電源安裝在CPU端，而在接口電路端重點(diǎn)使用的電源電壓達(dá)24 V，這無(wú)疑需要提高電路的抗干擾能力，確保數(shù)據(jù)信號(hào)采集的可靠性和數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)陌踩?。接口電路主要有兩種類(lèi)型，分別是看門(mén)狗電路和RS485接口電路。其中，看門(mén)狗電路主要安裝在微處理器上，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)各種硬件的連接，電路內(nèi)部主要使用的芯片類(lèi)型是IMP706看門(mén)狗芯片，具有自動(dòng)復(fù)位CPU功能，可避免出現(xiàn)程序異常或者電源漏電等問(wèn)題[4]。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的主控電路進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。主控電路內(nèi)部使用RS5C372A芯片，該芯片在使用過(guò)程中需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員對(duì)電量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，確保主控電池電量充足，采用時(shí)鐘計(jì)時(shí)的方式完成對(duì)相應(yīng)電量的實(shí)時(shí)控制。RS485接口電路主要附加在微處理器上，可以采用上位機(jī)簡(jiǎn)況織機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的方式對(duì)本地接口進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，從而最大限度地提高車(chē)間聯(lián)網(wǎng)管理的效率和效果[5]。此外，在對(duì)人機(jī)界面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，軟件開(kāi)發(fā)人員需要重點(diǎn)采用RS232方式，確保通信的順暢，從而確保人機(jī)界面設(shè)計(jì)的規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)性。對(duì)于16位微機(jī)而言，內(nèi)部還有通信口兩個(gè)，定時(shí)器3個(gè)，串口1個(gè)，利用16位微機(jī)可以確保面板通信與各個(gè)串口進(jìn)行有效連接，從而促進(jìn)織機(jī)聯(lián)網(wǎng)的健康、可持續(xù)發(fā)展。

圖1 高速劍桿織機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件框圖

2 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

2.1 軟件總體框架

在對(duì)系統(tǒng)軟件總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主要利用了模塊化思想實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件代碼程序的編寫(xiě)，系統(tǒng)軟件主程序流程圖如圖2所示。從圖2中可以看出，高速劍桿織機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式有5種，分別是開(kāi)口運(yùn)動(dòng)方式、引緯運(yùn)動(dòng)方式、送經(jīng)運(yùn)動(dòng)方式、打緯運(yùn)動(dòng)方式和卷取運(yùn)動(dòng)方式[6]。在對(duì)這5種運(yùn)動(dòng)方式的運(yùn)動(dòng)時(shí)間進(jìn)行控制的過(guò)程中，軟件開(kāi)發(fā)人員需要利用高速劍桿織機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行智能化控制[7]，而高速劍桿織機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)角度需要利用光電編碼器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和分析。

圖2 主程序流程

為了實(shí)現(xiàn)高速劍桿織機(jī)運(yùn)動(dòng)控制功能，需要軟件開(kāi)發(fā)人員嚴(yán)格按照以下設(shè)計(jì)思路進(jìn)行：（1）當(dāng)高速劍桿織機(jī)處于停止運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行反復(fù)檢測(cè)和分析，并生成與之對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)，以確保高速劍桿織機(jī)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和安全性[8]。輸入信號(hào)主要有4種類(lèi)型，分別為點(diǎn)動(dòng)信號(hào)、尋緯信號(hào)、車(chē)啟動(dòng)信號(hào)和車(chē)盤(pán)信號(hào)。同時(shí)，由于輸入信號(hào)的處理過(guò)程比較短暫，需要利用相應(yīng)的軟件對(duì)標(biāo)志位進(jìn)行記錄和保存，直到高速劍桿織機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)結(jié)束為止。然后，采用軟件清除的方式對(duì)殘留的輸入信號(hào)進(jìn)行清除。當(dāng)高速劍桿織機(jī)處于正?？棽紶顟B(tài)時(shí)，需要對(duì)其故障信號(hào)進(jìn)行全面記錄、檢測(cè)和處理，故障信號(hào)主要有開(kāi)車(chē)運(yùn)動(dòng)異常信號(hào)、引緯異常信號(hào)等。

2.2 中斷處理

當(dāng)高速劍桿織機(jī)進(jìn)入開(kāi)車(chē)狀態(tài)或者點(diǎn)動(dòng)狀態(tài)，織機(jī)主軸在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中會(huì)帶動(dòng)光電編碼器一起旋轉(zhuǎn)。光電編碼器在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中會(huì)自動(dòng)形成大量的脈沖，并將這些脈沖發(fā)送給微處理器，由微處理器根據(jù)接收到的脈沖，對(duì)織機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行中斷處理。在這個(gè)過(guò)程中，需要采用PCA中斷處理的方式對(duì)光電編碼器產(chǎn)生的A相脈沖進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高速脈沖信號(hào)的記錄、保存和計(jì)數(shù)。在對(duì)A相脈沖進(jìn)行中斷處理的過(guò)程中，需要嚴(yán)格按照以下中斷處理流程進(jìn)行處理：A相脈沖進(jìn)入中斷處理入口，中斷處理入口關(guān)閉，當(dāng)角度計(jì)數(shù)達(dá)到315時(shí)，打開(kāi)中斷處理入口，A相脈沖退出中斷處理。通常情況下，光電編碼器旋轉(zhuǎn)一周后，A相脈沖中斷處理一次，并采用旋轉(zhuǎn)角度的方式，完成相應(yīng)的計(jì)數(shù)和校正。

2.3 循環(huán)檢測(cè)模塊

當(dāng)高速劍桿織機(jī)處于停車(chē)狀態(tài)時(shí)，需要利用循環(huán)檢測(cè)模塊對(duì)其進(jìn)行處理。在本模塊中，軟件開(kāi)發(fā)人員首先需要對(duì)織機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行清零處理，確?？棛C(jī)的標(biāo)志位呈復(fù)位狀態(tài)。其次，將所有中斷處理入口打開(kāi)，確保啟動(dòng)畫(huà)面能夠正常顯示。最后，利用輸入信號(hào)，對(duì)點(diǎn)動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)的異常問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)和處理，確保所有點(diǎn)動(dòng)信號(hào)都能夠正常輸出。同時(shí)，還要將織機(jī)角度旋轉(zhuǎn)到200°左右，并將該角度制定為引緯角度。當(dāng)織機(jī)旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到270°時(shí)，需要采用添加指示標(biāo)志的方式，為接下來(lái)的引緯操作做好充足的準(zhǔn)備。如果沒(méi)有檢測(cè)出點(diǎn)動(dòng)信號(hào)，需要軟件開(kāi)發(fā)人員重新對(duì)其他開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行一一檢測(cè)，并根據(jù)織機(jī)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)織機(jī)的開(kāi)車(chē)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄和保存，保證高速劍桿織機(jī)一直處于穩(wěn)定、可靠、安全的開(kāi)車(chē)狀態(tài)，進(jìn)而保證織布的效率和效果。此外，要利用循環(huán)檢測(cè)模塊對(duì)開(kāi)車(chē)織布狀態(tài)進(jìn)行反復(fù)檢測(cè)，檢測(cè)流程與織機(jī)停車(chē)狀態(tài)檢測(cè)流程類(lèi)似。在這個(gè)過(guò)程中，軟件開(kāi)發(fā)人員需要利用面板顯示器將織機(jī)整個(gè)開(kāi)車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和畫(huà)面生動(dòng)、形象、直觀地展現(xiàn)出來(lái)，并對(duì)開(kāi)車(chē)狀態(tài)進(jìn)行輸出處理，以達(dá)到復(fù)位開(kāi)車(chē)標(biāo)志位的目的。標(biāo)志位設(shè)置值為1時(shí)，說(shuō)明織機(jī)的開(kāi)車(chē)狀態(tài)正常，可以對(duì)織布進(jìn)行循環(huán)操作，提高織布效率；如果標(biāo)志位設(shè)置值不是1，說(shuō)明織機(jī)的開(kāi)車(chē)狀態(tài)出現(xiàn)異常，需要利用循環(huán)檢測(cè)模塊對(duì)其故障信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并在最短時(shí)間內(nèi)解決織機(jī)的開(kāi)車(chē)異常問(wèn)題，確保織機(jī)能夠正常、穩(wěn)定、可靠、安全地運(yùn)行。只有這樣，才能為相關(guān)企業(yè)創(chuàng)造更大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為促進(jìn)紡織行業(yè)的迅猛發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.4 雙機(jī)通信模塊

雙機(jī)通信模塊在具體的設(shè)計(jì)中，需要軟件開(kāi)發(fā)人員從幾個(gè)方面入手：根據(jù)主控板相關(guān)通信標(biāo)準(zhǔn)和要求，利用主控板將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到面板，面板根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)信息，對(duì)寄存器內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)操作，如果接收到的數(shù)據(jù)信息主要用于讀面板數(shù)據(jù)，需要對(duì)寄存器內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和保存；如果接收到的數(shù)據(jù)信息主要用于寫(xiě)面板數(shù)據(jù)，需要對(duì)寄存器內(nèi)部的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和刪除，并對(duì)相應(yīng)的通信程序進(jìn)行調(diào)用，以保證雙機(jī)之間能夠正常、有序地進(jìn)行通信。同時(shí)，為了保證雙機(jī)通信模塊設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，軟件開(kāi)發(fā)人員還要在綜合考慮主控板與面板之間數(shù)據(jù)信息傳輸情況的基礎(chǔ)上重視對(duì)面板參數(shù)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的安全、穩(wěn)定傳輸。

3 結(jié)語(yǔ)

在自動(dòng)控制技術(shù)廣泛應(yīng)用的背景下，高速劍桿織機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面取得了很大的突破和創(chuàng)新成果。該系統(tǒng)不僅功能強(qiáng)大、通用性強(qiáng)、具有良好的用戶(hù)體驗(yàn)，而且在紡織領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，因此，深受廣大用戶(hù)的青睞。為了方便后期系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)，需要軟件開(kāi)發(fā)人員再接再厲，開(kāi)發(fā)更多功能，從而促進(jìn)高速劍桿織機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)健康、可持續(xù)發(fā)展，提高其應(yīng)用價(jià)值。