原创 纺织机械控制器

项目背景

    纺织机械按结构大致可以分为两大类：横机与圆机。按用途来分，又可分为织布机、羊毛衫机、手套机、袜机等。本项目所要研发的控制器，即是针对手套机的控制器。

手套机历史

    手套机历史悠久，最早可以追朔到1948年。在著名的纺织国度意大利，一家名叫普罗蒂的公司，最早发明出了全机械的手套机。经过了五十多年的风雨历程，它也从机械式的丑小鸭到全电脑自动控制的小天鹅般的变化。

纯机械式手套机

简单电脑控制

全电脑控制

立项依据

    国内手套机的发展阶段，仍处于简单电子控制阶段。这个阶段机型的特征是：

    （1）机器动力源为一个变频控制电器，通过变速机构传递到主轴上，及其他执行机构上。导致机械结构相当复杂，故障率高；

    （2）通过针鼓，对手套纺织进行编程；因为针鼓是机械结构，所以这样的编程方式局限性很大，且很不方便；

    （3）只能织单色手套，不能提花；目前市场上单色手套的利润远低于提花手套的利润，这是手套生产厂家准备换代的一个重要原因。

方案选择

    根据初步调查，目前国内有多家企业在研发下一代的手套机控制器。实现方案大致分两类：

    被动控制式：机械主体结构与简单电子控制式大体相同，对机器上的重要部件编织头进行了改进，使它具备提花的能力。因为该方案中，控制器不能控制编织头的位置，反而是根据编织头的位置，来执行相应的动作，所以称为被动式控制。

    它的优点是，机械改动小，上一代机器的设计、工艺和生产管理等基本兼容，可以最大限度的利用，有效降低了研发成本与风险。缺点主要是，机械结构太复杂，导致故障率高。

    主动控制式：采用多个伺服电机替代了原先的变频器，及传动机构。使得机器的机械结构上大大简化。由于控制器可以精确控制编织头的位置，给编织工艺设计带来很大的方便。

    它的优点是，机械结构简单，编织工艺控制方便。缺点是成本较高，控制系统结构较复杂。

总体方案

    经过论证，在主动控制式的控制平台上，是可以实现被动控制的。所以，研发初期阶段以通用平台为主，兼顾主动与被动控制两种方案。产品化时，针对被动控制进行简化，以降低生产成本。

    项目总体方案分为三个层次：

    一：纺织CAD层

    为方便用户使用，本项目贯彻所见即所得的设计理念。即用户在电脑上画出什么样的手套，最终就会在机器上织出什么样的手套。纺织CAD层提供了直观、方便的界面，供专心用户去实现他的手套设计；

    而CAD层的背后，则是将用户的手套设计图样，翻译成工艺控制编码，控制机器实现手套编织。

    二：工艺控制层

    手套编织包含两个方面的工作：编织工艺与机械动作控制。编织工艺指手套编织时，每个机械零件的动作顺序。机械动作控制，指某个机械零件动作的实现过程。在与客户交流的过程中，我们发现了这样的现象：精通编织工艺的工程师，往往对机械设计不熟悉；而对机械设计熟悉的工程师，又往往对编织工艺一窍不通。在我们的开发团队中，也是如此。

    基于这个原因，我们将所面对的这个混乱工程一分为二：工艺控制层由工艺软件设计工程师负责，根据手套编织过程，确定一套编指令集。每个手套的编织，都可以通过调用这套编织指令集实现（CAD层就是将设计图样，翻译成指令程序）。每个指令，又是一个或几个动作的组合。

    工艺控制层的工作就是，将工艺控制命令，转换成动作控制命令。

    三：动作控制层

    动作控制层就负责精确控制各个可动零部件。提供单独的控制命令，控制单一的可动部件，而部件动作的组合，则由工艺层来完成。

    这样，动作控制层设计基本上可以不考虑手套工艺问题，而手套工艺控制，也基本上不用关心下层是如何实现的。

项目层次图

项目实现

    纺织CAD层：以PC及Windows为平台，Visual C++为编程工具。实现普通手套、平指、元宝手套等版式，及手套上各种花型图案的设计。以文件为形式，U盘为载体实现CAD层与工艺层的数据交换。

    工艺控制层：以ARM及Linux为平台，QT为开发工具，640*480大屏幕为用户显示界面。采用S3C2410为处理器、200M主频、32M SDRAM、64M NAND FLASH、VGA显示，完全而流畅的完成各种控制任务。工艺层与动作层之间采用专用的数据总线，实现数据交换。

    动作控制层：以DSP为平台，实现对各种机械的控制任务。采用TI C5402 DSP处理器，并用EPM3512 CPLD做IO端口扩展。实现四路伺服位置控制环（编码器反馈）、50路大功率数字输出、16路数字输入。

总结

    目前，国内手套机高端市场，仍然由意大利、日本、韩国等产品占据，国内产品基本上是空白。令人欣慰的是，国内有不少厂家正在努力的开发，有的已经推出了较稳定的产品，相信不久的将来，这种状况会改变。