纺织机械控制系统中嵌入式技术的运用

摘要:结合个人在纺织机械控制系统上的研究经验与相关参考文献，分析了传统的纺织机械控制系统存在的缺点，探讨嵌入式系统的优势，阐述在纺织机械控制系统中嵌入式技术的具体应用，以期促进嵌入式系统与纺织行业的有机融合。

关键词:纺织;机械控制系统;嵌入式

1传统纺织机械控制系统存在的缺点

触电式和步进式分离器件式控制装置、单片机控制装置、PLC控制装置是传统纺织机械最常使用的控制系统，但这些系统在实际应用过程中存在明显缺点，即:以继电器和分立电子线路为控制装置的纺织机，系统机构不仅十分复杂，且在运行过程中可靠性较低，功能消耗较大，控制柜本身的体积过大，其本身还存在着控制精确度较差、使用成本较高、各个控制特点与保护特性之间的配合不够合理等问题。尤其是随着使用时间的增加，系统部件本身的性能极易受到温度、潮湿、杂质、灰尘以及机械摩擦等诸多外界因素的影响，其本身的性能会大大降低，甚至发生失控问题。以单片机作为控制装置加以控制的纺织机，因为其本身的逻辑控制程序十分烦琐，也就出现了一些不必要的维修与调试工作环节，加剧了线路板驱动部件的老化程度，一旦线路板驱动部件出现问题，则必须要整块进行更换，维修成本也十分高昂。使用PLC作为纺织机械控制系统的控制装置，具有较大的局限性，必须要对软件、硬件进行改进，为其配备额外的设备与电路。同时由于PLC软、硬件的体系结构往往是相对封闭的，因此PLC使用的总线、通信网络、协议往往都是专用的，但是由于各个公司的组态与硬件结构都不尽相同，所以PLC本身各不相容。

2嵌入式技术及系统的优点

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，对软件、硬件均进行剪裁，适用在应用系统中，对功能、成本、功耗、可靠性等都有着较为苛刻要求的一种专用计算机系统，集计算机技术、半导体技术、通信技术等数据传输技术、传感技术于一体，是一个技术密集型、资金密集型的创新知识集成系统。嵌入式系统主要由微处理器、硬件设备、操作系统、应用系统四部分组合而成。根据不同的应用方式，还可以将嵌入式系统分为以下三种体系结构形式，即:知识产权核级、芯片级、模块级，将其在各个应用系统中嵌入，从而实现对应用的有效控制、监视及管理。嵌入式技术主要具备以下几个优点:能够在对方系统中嵌入，最大限度满足对方系统在实际环境中的所有需求，如，物理环境需求、电气环境需求、成本需求等。嵌入式技术满足了软件代码的高质量、可靠性要求，利用C语言、汇编语言进行代码编写，能够最大限度减小二进制的代码长度，进一步提高应用程度的执行速度。计算机操作系统与应用接口是计算机最为基本的组成部分，但是无论是开发程序，还是完善程序都必须要在OS平台上运行，无法满足实时性要求。而嵌入式系统则大不相同，嵌入式系统能够直接在RTOS环境下的芯片上运行，确保了应用的实时性与可靠性，在降低开发平台时间的基础上，最大限度确保了软件质量。嵌入式系统除了具备USB火线，还具备RS232接口、IEEE488接口、太网接口以及TCP/IP协议，在低层控制与上层通信中都能得到很好的应用。在纺织机械控制系统中应用嵌入式系统，不仅能利用先进的计算机技术与网络通信技术提高纺织机械控制系统的准确性与可靠性，还能准确群控纺织机械控制系统，建立实时数据库加以分析，这将成为纺织机械未来控制系统的发展趋势。

3嵌入式技术在纺织机械控制系统中的应用

为了详细剖析嵌入式技术在纺织机械控制系统中的应用，笔者利用圆网印花机的控制系统为例进行分析。圆网印花机是一个多部分协调运动的电气传动系统，因此圆网印花机中的印花圆网、送布皮带都必须同步运动。当印花传送带经过主机拖动后，要确保其能够以相对稳定的速度持续运行，各个印花筛网则由步进电机拖动对送步带进行跟踪，达到同步转速后再经过快速调整，使各个筛网零位能够与第一级筛网零件标志相互会合，此时织物则进入印花机中。需要注意的是，在稳态运行中，各个筛网不仅要能对皮带速度进行自我调整，还要能解决干扰误差，根据前级误差重新计算最佳的会合点。同时，由于圆网印花机存在较多的被控设备，设备与设备之间需要大量的通信，所以多采用分布式控制系统，其中0号下位机主要用于导布带速度的测量，1号～n号下位机主要用于对各级圆网位置及速度的控制，上位机则主要用于监控、协调以及管理下位机。在分布式圆网印花机的控制系统中应用嵌入式技术，可以通过嵌入式CPU实现下位机运行，通过ARM9处理器及嵌入式操作系统还能实现对其他几个模块的协调控制。要将编码器安装在系统导带单元上，光电检测开关安装在印花单元上。通常情况下，管理并驱动1～4个单元只需要一个嵌入式驱动节点，管理1～4个圆点操作也仅仅需要一个嵌入式操作节点即可。上下位机的通信利用PROFIBUS现场总线技术，采用公开化、标准化的开放式解决方法，真正实现全分布式控制，控制功能输送到现场印刷设备中，使整个控制系统更加区域智能化、集成化。一对一的I/O连接方式减少了因接线点给圆网印花控制系统造成的不可靠因素。因为具备在线故障的诊断功能、报警功能与记录功能，所以可以对现场控制设备完成远程参数的设定与修改，进一步提高了控制系统本身的可维护性。在圆网印花机控制系统中应用嵌入式技术主要是以太网协议为主，因此也具备Internet的接入功能，且通过强大的在线网络技术支持能够实现远程监视、远程诊断功能，可以对系统实施实时关注，还能像现场工作人员一样交互式操作设备。具体来说，监控子系统主要具备以下特点:第一，具备设置系统的功能。通过对嵌入式控制子系统的设置，对其通信接口的参数进行相应的报警数值设置，使其具备报警功能，一旦测量值超过了预定底线则发出报警信号。第二，具有采集数据的功能。在常规巡测中可以得到输出频率与电压等信号，通过数据库的设置，实现对巡查信息、原始测量等工作的管理。第三，具有设置传感器的功能。可以编程与设置各类传感器。第四，具有自检系统的功能。在数据的采集过程中可以事先对系统进行自检，如软、硬件设备或通信线路出现故障，那么计算机则可以显示出具体的情况，及时开展维修。第五，具有异常诊断功能。可以对控制系统的运行情况加以诊断并分级报警。除此以外，检测子系统本身还具备处理自动检测数据及人工观测数据的功能，能够通过检测数据库与Internet数据库的接头提供备份数据。

4结语

将嵌入式技术与系统应用于纺织机械控制系统中，能够使传统的纺织机械控制系统向着系统化、智能化方向不断发展，从而形成一套高效率的纺织机械控制系统，更好地满足我国纺织产业结构调整需求，为我国纺织事业的发展起到良好的推动作用。因此，嵌入式技术与系统具有十分广阔的应用前景，必须要大力扶持我国纺织高新科技企业，加强对嵌入式产品的研发力度，积极引导纺织企业使用嵌入式技术对传统的纺织机械加以改造，从而获得最优效果。

参考文献:

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作者： 单位：天津宏大纺织机械有限公司