紡織機械控制系統中嵌入式技術的運用論文
摘要:結合個人在紡織機械控制系統上的研究經驗與相關參考文獻，分析了傳統的紡織機械控制系統存在的缺點，探討嵌入式系統的優勢，闡述在紡織機械控制系統中嵌入式技術的具體應用，以期促進嵌入式系統與紡織行業的有機融合。
關鍵詞:紡織;機械控制系統;嵌入式
1傳統紡織機械控制系統存在的缺點
觸電式和步進式分離器件式控制裝置、微控制器控制裝置、PLC控制裝置是傳統紡織機械最常使用的控制系統，但這些系統在實際應用過程中存在明顯缺點，即:以繼電器和分立電子線路為控制裝置的紡織機，系統機構不僅十分複雜，且在執行過程中可靠性較低，功能消耗較大，控制櫃本身的體積過大，其本身還存在著控制精確度較差、使用成本較高、各個控制特點與保護特性之間的配合不夠合理等問題。尤其是隨著使用時間的增加，系統部件本身的效能極易受到溫度、潮溼、雜質、灰塵以及機械摩擦等諸多外界因素的影響，其本身的效能會大大降低，甚至發生失控問題。以微控制器作為控制裝置加以控制的紡織機，因為其本身的邏輯控制程式十分煩瑣，也就出現了一些不必要的維修與除錯工作環節，加劇了線路板驅動部件的老化程度，一旦線路板驅動部件出現問題，則必須要整塊進行更換，維修成本也十分高昂。使用PLC作為紡織機械控制系統的控制裝置，具有較大的侷限性，必須要對軟體、硬體進行改進，為其配備額外的裝置與電路。同時由於PLC軟、硬體的體系結構往往是相對封閉的，因此PLC使用的匯流排、通訊網路、協議往往都是專用的，但是由於各個公司的組態與硬體結構都不盡相同，所以PLC本身各不相容。
2嵌入式技術及系統的優點
嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，對軟體、硬體均進行剪裁，適用在應用系統中，對功能、成本、功耗、可靠性等都有著較為苛刻要求的一種專用計算機系統，集計算機技術、半導體技術、通訊技術等資料傳輸技術、感測技術於一體，是一個技術密集型、資金密集型的創新知識整合系統。嵌入式系統主要由微處理器、外圍硬體裝置、作業系統、應用系統四部分組合而成。根據不同的應用方式，還可以將嵌入式系統分為以下三種體系結構形式，即:智慧財產權核級、晶片級、模組級，將其在各個應用系統中嵌入，從而實現對應用的有效控制、監視及管理。嵌入式技術主要具備以下幾個優點:能夠在對方系統中嵌入，最大限度滿足對方系統在實際環境中的所有需求，如，物理環境需求、電氣環境需求、成本需求等。嵌入式技術滿足了軟體程式碼的高質量、可靠性要求，利用C語言、組合語言進行程式碼編寫，能夠最大限度減小二進位制的程式碼長度，進一步提高應用程度的執行速度。計算機作業系統與應用介面是計算機最為基本的組成部分，但是無論是開發程式，還是完善程式都必須要在OS平臺上執行，無法滿足實時性要求。而嵌入式系統則大不相同，嵌入式系統能夠直接在ＲTOS環境下的晶片上執行，確保了應用的實時性與可靠性，在降低開發平臺時間的基礎上，最大限度確保了軟體質量。嵌入式系統除了具備USB火線，還具備ＲS232介面、IEEE488介面、太網介面以及TCP/IP協議，在低層控制與上層通訊中都能得到很好的應用。在紡織機械控制系統中應用嵌入式系統，不僅能利用先進的計算機技術與網路通訊技術提高紡織機械控制系統的準確性與可靠性，還能準確群控紡織機械控制系統，建立實時資料庫加以分析，這將成為紡織機械未來控制系統的發展趨勢。
3嵌入式技術在紡織機械控制系統中的應用
為了詳細剖析嵌入式技術在紡織機械控制系統中的應用，筆者利用圓網印花機的控制系統為例進行分析。圓網印花機是一個多部分協調運動的電氣傳動系統，因此圓網印花機中的印花圓網、送布皮帶都必須同步運動。當印花傳送帶經過主機拖動後，要確保其能夠以相對穩定的速度持續執行，各個印花篩網則由步進電機拖動對送步帶進行跟蹤，達到同步轉速後再經過快速調整，使各個篩網零位能夠與第一級篩網零件標誌相互會合，此時織物則進入印花機中。需要注意的是，在穩態執行中，各個篩網不僅要能對皮帶速度進行自我調整，還要能解決干擾誤差，根據前級誤差重新計算最佳的會合點。同時，由於圓網印花機存在較多的被控裝置，裝置與裝置之間需要大量的通訊，所以多采用分散式控制系統，其中0號下位機主要用於導布帶速度的測量，1號～n號下位機主要用於對各級圓網位置及速度的控制，上位機則主要用於監控、協調以及管理下位機。在分散式圓網印花機的控制系統中應用嵌入式技術，可以透過嵌入式CPU實現下位機執行，透過AＲM9處理器及嵌入式作業系統還能實現對其他幾個模組的協調控制。要將編碼器安裝在系統導帶單元上，光電檢測開關安裝在印花單元上。通常情況下，管理並驅動1～4個單元只需要一個嵌入式驅動節點，管理1～4個圓點操作也僅僅需要一個嵌入式操作節點即可。上下位機的通訊利用PＲOFIBUS現場匯流排技術，採用公開化、標準化的'開放式解決方法，真正實現全分散式控制，控制功能輸送到現場印刷裝置中，使整個控制系統更加區域智慧化、整合化。一對一的I/O連線方式減少了因接線點給圓網印花控制系統造成的不可靠因素。因為具備線上故障的診斷功能、報警功能與記錄功能，所以可以對現場控制裝置完成遠端引數的設定與修改，進一步提高了控制系統本身的可維護性。在圓網印花機控制系統中應用嵌入式技術主要是乙太網協議為主，因此也具備Internet的接入功能，且透過強大的線上網路技術支援能夠實現遠端監視、遠端診斷功能，可以對系統實施實時關注，還能像現場工作人員一樣互動式操作裝置。具體來說，監控子系統主要具備以下特點:第一，具備設定系統的功能。透過對嵌入式控制子系統的設定，對其通訊介面的引數進行相應的報警數值設定，使其具備報警功能，一旦測量值超過了預定底線則發出報警訊號。第二，具有采集資料的功能。在常規巡測中可以得到輸出頻率與電壓等訊號，透過資料庫的設定，實現對巡查資訊、原始測量等工作的管理。第三，具有設定感測器的功能。可以程式設計與設定各類感測器。第四，具有自檢系統的功能。在資料的採集過程中可以事先對系統進行自檢，如軟、硬體裝置或通訊線路出現故障，那麼計算機則可以顯示出具體的情況，及時開展維修。第五，具有異常診斷功能。可以對控制系統的執行情況加以診斷並分級報警。除此以外，檢測子系統本身還具備處理自動檢測資料及人工觀測資料的功能，能夠透過檢測資料庫與Internet資料庫的接頭提供備份資料。
4結語
將嵌入式技術與系統應用於紡織機械控制系統中，能夠使傳統的紡織機械控制系統向著系統化、智慧化方向不斷髮展，從而形成一套高效率的紡織機械控制系統，更好地滿足我國紡織產業結構調整需求，為我國紡織事業的發展起到良好的推動作用。因此，嵌入式技術與系統具有十分廣闊的應用前景，必須要大力扶持我國紡織高新科技企業，加強對嵌入式產品的研發力度，積極引導紡織企業使用嵌入式技術對傳統的紡織機械加以改造，從而獲得最優效果。
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