基于嵌入式电脑横机控制系统
基于嵌入式电脑横机控制系统
徐志望 张 江 绍兴文理学院元培学院
课题来源：浙江省教育厅
课题名称：基于嵌入式电脑横机控制系统
项目标号：Y201225852
【文章摘要】
本文分析了电脑横机的结构与功能，提出了基于嵌入式的电脑横机控制系统，采用了S3C2410 为主处理芯片，通过FPGA 扩展端口，系统读取织物花型数据，控制横机各个动作子系统来完成编制动作，该电脑横机控制系统与传统电脑横机系统相比较，工作效率高，可移植性强。
【关键词】
电脑横机；嵌入式；S3C2410
【Abstract】
Based on the analysis of construction an function of the control
system of the computerized flat knitting machine, the paper proposes a design
of an embedded system based on Linxu for the flat knitting machine.The knitting
control program completes the whole process from the input of knitting file to
the output of floriated pattern.Compared with the traditional control systems
,the developed system is characterized by proper design,high efficiency and
easy transplantation.
【Key words】
c o m p u t e r i z e d f l a t k n i t t i n g
machine;embedded;S3C2410
0 引言
电脑横机是当前羊毛衫生产行业的主要机种，它集机械、针织工艺、计算机技术、电机控制等多学种学科于一体。它通过传动系统、送纱系统、摇床系统、编制系统、密度调节系统、牵拉系统之间的相互联动进行衣物的编制，系统对实时性要求高，控制信号多，对于前段的控制所需要的信息量很大。
现在国内横机的控制系统功能较弱、精度低，无法满足日益发展的纺织行业，
高档的横机主要依赖进口。本文设计的电脑横机，采用ARM 微处理器S3C2410
为核心控制芯片，通过FPGA 来扩展控制接口，一定程度上提高了现有的横机水平。
1 横机控制系统结构
横机工作所需要的信号多、动作复杂，系统通过控制电机的转动来进行衣物的编制，这里需要控制的电机有18 套步进电机、8 套直流卷布电机和2
套交流伺服电机，分别用来控制摇床、牵拉、压针密度等一些列动作，由于S3C2410 的IO 口数
量无法满足控制对象，故系统在S3C2410 外扩展了一个FPGA 芯片，并通过以太网与电脑相连，其整个系统的结构如图1 所示
2 系统主要硬件设计
横机控制系统主要是通过步进电机、电磁铁、交流伺服电机等执行由系统主芯片传递过来的信号来完成编织的各个特定动作。系统的整个硬件电路包括了横机的各个执行子系统，以及电源电路、复位电路、存储器接口电路、USB 接口电路等电路结构。本文主要介绍横机的五个个主要的执行子系统及部分硬件电路
2.1 导纱和三角控制子系统
横机编制衣物时，导纱机构会根据系统的要求自动进入或退出，纱线将以均匀、适当的张力进入编制区，同时在导纱点设置断纱自停、粗节自停等装置。将不同位置的各种三角进行不同的组合，可以让选针片处于不同的状态，从而编制出一些漂亮、复杂的图案。系统中的导纱器和成圈系统是由双向稳定的电磁铁开关控制，通过控制电磁铁线圈的通电与否以及通电时间的长短，可以完成系统的导纱及三角变换。
2.2 选针控制子系统
选针在横机工作中占有重要的地位， 横机编制的速度及生产效率很大程度上取决于电子选针的速度与准确度。在本系统中，通过选针器来进行选针，本系统使用单项保持的选针器，其公共端接地，电源端连接驱动板到相应的出口，其刀片在选针器掉电后单向磁保持在左侧，若持续给予一定的高压冲击，可以将刀片打到右侧。
2.3 压针密度控制子系统
每个织物所需要的密度是不一样的，
系统通过密度三角来对织物进行密度调节，系统的密度三角由步进电机控制，而步进电机的旋转量由系统根据织物的要求控制，通过调节步进电机的相应的步数，就可以控制织物的密度
2.4 移床控制子系统
织物在编制时，需要通过改变针床的位置来得到针织的准确位置，针板移动的精度对织物的影响很大，如果其位置的精度得不到保障，织针将会被打掉，可以通过反馈调节来不断将针床的位置信号反馈给系统，从而调节步进电机的转动量来控制针板的位置。
2.5 卷布控制子系统
在传统横机的编制过程中，根据花样的图示来计算卷布的速度，从而控制卷轴的转动，如此将会导致其卷动过快或过慢，影响织物的密度。本文罗拉器通过步进电机的控制来调整罗拉量，同时为保证精度，可以通过PID 算法进行控制的反馈， 将编织物在被编制时的张力与设定张力进行对比，不断缩小其误差范围。
2.6 横机电源模块
系统需要五种不同电压的供电，分别为直流±24V，5V，12V 及110V，为保证系统工作的稳定，需要系统具有足够的抗干扰性。根据要求，系统采用了MC33063
作为电源芯片
3 编制系统控制软件设计
在横机工作中，衣物的编制控制是整个横机工作的主体，用户输入花型数据，
芯片根据其要求，结合各个传感器信号， 发出一系列指令给控制单元，从而完成编制所需要的一系列动作，完成编制，程序流程图如下图2
所示
其系统主要包括以下几个部分：
（1）编织物花型文件输入，系统读入数据
（2）进行设备的初始化操作，设置各个控制系统的参数，同时采集各个传感器信号，如启动、复位、异常报警等
（3）处理采集到的各个信号，反馈回主系统
（4）控制各个子系统的工作
4 实验验证
将此系统应用于电脑横机上，能够稳定、高效、高速的完成所有织物的编制，机头运行的速度也达到了预定的要求，约为1.2 米/ 秒。
5 结束语
此系统将传统的电脑横机和嵌入式技术进行结合，采用FPGA 扩展端口，提高了系统工作的效率与精度，同时系统预留了一定的扩展端口，可以随时进行系统扩展、升级。通过对硬件、软件的不断改进，此款横机系统将能适应国内的所有织物编制要求。
【参考文献】
[1] 胡红. 新型横机结构与纺织[M]. 中国纺织工业出版社，2006.
[2] 王树田. 纺织机械行业的回顾与思考[J]. 纺织机械，2010,(3):2- 8.
[3] 宋广礼.2010 中国国际纺织机械展览会暨ITMA 亚洲沾染会针织机械述评( 三)
电脑横机[J]. 针织工业，2010，（8）：10-14.
[4] 李日东, 朱文俊. 电脑横机制版工艺与设计系统的现状与趋势[J]. 纺织导报，2009,(5):65-67
