一种新型倍捻机智能网络监控技术的研究与开发

郦路涛 陈 良

(1.绍兴市科技局，浙江 绍兴312000；2.绍兴文理学院 机械与电气工程学院，浙江 绍兴312000)

一种新型倍捻机智能网络监控技术的研究与开发

郦路涛1陈 良2

(1.绍兴市科技局，浙江 绍兴312000；2.绍兴文理学院 机械与电气工程学院，浙江 绍兴312000)

通过对倍捻机系统底层添加新的计算机硬件架构为基础，将倍捻机中的每个锭子与单片机进行关联；监控系统基于ARM单片机的以太网接口设计：该系统由数据采集模块、以太网模和上下位机等组成.每个下位机实现对纺织生产设备的监测并显示，将数据通过串行通讯发送到上位机.上位机32位ARM 嵌入式CPU 为基础，技术上采用以太网协议芯片实现以太网通讯，目的是将设备工作状态传输至生产现场和企业总控室.

倍捻机；计算机系统；嵌入式系统；物联网

近年来，随着能源成本、劳动力成本和环保成本的不断提高，传统的纺织生产行业和纺织装备行业都面临着巨大的发展压力.加捻工艺是纺织过程的前期重要工艺，加捻是指利用机械方法使纱线不同截面发生相对回转，用以改善纱线品质.如对于短纤维纱线，加捻可使纱线纤维之间贴合得更加密切，改善纱线物理机械特性；对于长丝，加捻工艺能有效改善纱线织成布后的工艺，提高织物抗起毛起球、抗勾丝，高捻度纱线使纺织品具有特别的风格及更好的品质.加捻工艺的质量，会直接影响到纱线品质和面料性能，甚至影响到真个棉纺纱行业的发展.

目前，纱线加捻工艺主要通过倍捻机进行.较传统捻线机相比，倍捻机加捻后的纱线，不管是在纱线强度、质量、光泽等上都有较大幅度的提高，而且倍捻机一转两捻，加捻效率成倍提高；同时，倍捻机卷装容量大，接头少，非常适合纱线下一道工序的进行.因此，加捻已经成为纺织品加工过程中一个必不可少的工序，倍捻机也以其特有的优势在加捻设备中被广泛应用.

近年来，随着机电一体化等技术的成熟与应用，倍捻机正在往高产化、高质化、高效化、智能化、网络化的方向迅速发展.随着我国纺织工业的不断发展，倍捻机的监测技术也将朝着智能化、网络化、让整个车间或车间之间形成监测网络，并与管理系统联网的方向发展，更符合企业生产管理现代化、信息化的发展趋势.同时，通过现在数据的实时采集，可有效地对设备生产状态进行估计，有效评估设备的运行状况和产品质量，对可能出现的各类故障做出预报，提高设备的可靠性和稳定性.

1 主要相关技术

监控技术主要基于倍捻机纺织锭子导纱钩的工作状态，在导纱杆横移运动中，采用启动制动性能更好的伺服电机，配合绝对式位置编码器实时检测得到导纱杆位置，并通过PID控制算法制定执行伺服电机控制策略，保障成型纱筒卷绕质量和实现防叠、防凸等工艺.其结果如图1所示.

图1 导纱杆传动示意图

1.1基于ARM单片机的以太网接口设计

基于ARM单片机的以太网接口设计：该系统由数据采集模块、以太网模和上下位机等组成.每个下位机实现对纺织生产设备的监测并显示，将数据通过串行通讯发送到上位机.上位机32 位ARM嵌入式CPU为基础，采用以太网协议芯片实现以太网通讯，将设备工作状态传输至生产现场和企业总控室.具体检测的参数有：利用编码器实现电机转速的实时检测、基于干簧管开关和二极管的断纱位置检测、龙带张力检测等，如图2所示.

图2 基于ARM单片机的以太网接口设计

1.2计算机通信软件设计

倍捻机每个锭子使用一个单片机进行监控，网络接口方式为RS485接口，最多256个.串口服务器使用智能控制芯片，设定上位机服务器IP地址为:192.168.1.105，自动轮询每个下位机的单片机接口，并保存轮询结果和其它相关监控数据(芯片内存中)；上位机串口服务器使用WIFI与PC监控终端通过无线连接，PC监控终端使用HTTP协议与串口服务器连接、交互数据和控制，通过控制命令对应串口服务器的一个页面地址显示信息，具体如下(见表1、图3)：

PC监控终端的基本功能：

·连接服务器；

·获取当前锭子工作数据；

·获取其他数据：下位机时间、锭子总数、班次时间等；

·对下位机对时命令；

·设置班次时间命令；

·保存相关数据.

串口服务器与PC监控终端的数据交换原理：

·串口服务器设置若干固定名称的页面，每个页面格式固定，大小固定(每个页面保存固定格式的数据)；

·每个页面针对一个PC监控终端的命令；

·PC监控终端请求不同的页面，获取数据或向页面写入固定格式的数据；

表1 PC监控终端基本功能

PC监控终端的数据保存使用XML文档，摆脱数据库系统的复杂安装和配置，使得PC监控终端的应用程序尽可能简化.

SystemData.xml文档是具体的数据文档，用于读取和存储数据，便于程序移植和更改，具体解释如下：

Eid：锭子编号；

Eip：锭子所在的IP地址；

Erun：锭子正常运行时间；

Estop：锭子异常运行时间；

Etotal：锭子运行总时间，Etotal= Erun + Estop

Estatus：锭子当前运行状态

Etotal：机床锭子总数

Einterval：监控轮询间隔时间(毫秒)

Ecurrentip：机床IP地址设定

Edeptname：厂家名称

Wid：班次编号

Wname：班次名称

Wtime：本班次上机时间

2 多电机协同控制系统

倍捻机多电机协同控制系统的研制.采用多电机传动系统取代传统机械式倍捻机传动系统，并以ARM为核心，实现多电机之间的协调控制.控制系统以交流电机作为基准动力源，在交流电机传动锭子做高速运动的同时检测其转速，进而得到锭子的转速，转速检测装置为安装在交流电机同步带轮同轴上的增量式编码器.在获取锭子的转速后，可根据所设置的捻度值来获取卷绕筒的转速，从而控制步进电机转动；在导纱杆的控制上，通过绝对式编码器的定位信息，获取导纱嘴所处的实时位置，结合导纱长度、卷绕角、防叠、防凸参数可计算出导纱杆的横动速度，再由此控制成型伺服电机的转速：超喂伺服电机的控制相较于步进电机与成型伺服电机的控制较为简单，只需要根据纱线张力的大小从而增加或减少超喂罗拉的转速即可.本控制系统还安装实时信息储存功能，使倍捻机在意外掉电情况下也能很好的保存数据，增加了系统的可持续性.

图3 计算机通信设计

3 结果与讨论

新型倍捻机通过多电机的协调运动取代复杂的机械传动方式，简化结构，有利于倍捻机后期的维修及产品的更新；采用编码器的速度采集和位置定位功能，保证倍捻机的高精度和可靠性；嵌入式系统的监测与控制，提高生产和管理效率.

网络化倍捻机实时监测技术的应用将很大程度上满足纺织企业生产管理信息化、自动化的要求.监测与管理的结合，更符合企业生产管理现代化、信息化的发展趋势.技术的研发成功有利于提升倍捻机的产品性能，提高仿真丝差别织物的面料质量和劳动生产率，降低工人的劳动强度.同时，该项技术将用于其他倍捻机的改造，有利于提高我国倍捻机的制造水平，满足市场的需求，提高企业的竞争力，产生巨大的经济效益.

[1]袁松,张建义,袁嫣红,等.倍捻机人机交互智能化系统设计[J].现代纺织技术,2013,21(3):8-11.

[2]戴小平.zelib logic在RF321F倍捻机中的应用[J].可编程控制器与工厂自动化,2007(6):136-137.

[3]徐正平．从CCMT2016看机床智能制造[J]．世界制造技术与装备市场，2016(5)：72-76.

[4]吴蕾．基于传感网络的数控机床故障监控系统的设计[J]．机床与液压，2017(2):133-135.

[5]许震东,周琳.基于Linux平台的嵌入式动态网络监控系统的研究[J].电子世界,2017(3):195-196.

[6]吴双彤，刘兆华．监控组态软件网络功能模块的设计与开发[J]．网络安全技术与应用，2016(12)：64-65.

[7]方来华,吴爱国,何熠.组态软件核心技术研究[J].化工自动化及仪表,2004,31(1):33-35.

ResearchandDevelopmentofIntelligentNetworkMonitoringTechnologyforNewTwister

Li Lutao1Chen Liang2

(Science and Technology Bureau of Shaoxing, Shaoxing, Zhejiang 312000;2.School of Mechanical and Electrical Engineering, Shaoxing University, Shaoxing, Zhejiang 312000)

This method is based on adding a new computer hardware architecture to the bottom of the twisting machine system, and associating each spindle in the twister with the single chip microcomputer.Grounded on the Ethernet interface design of the ARM single chip computer, the system consists of a data acquisition module, Ethernet module and the upper and lower machine and other components.Each lower computer is to achieve the monitoring of textile production equipment and display the data through the serial communication sent to the host computer.The upper machine is based on PC 32 bit ARM-embedded CPU and employs the Ethernet protocol chip to achieve Ethernet communications, whose objective is to transmit the equipment working status to the production site and corporate control room.

twisting machine; computer system; embedded system; Internet of things

10.16169/j.issn.1008-293x.k.2017.08.019

TP311

A

1008-293X(2017)08-0105-04

2017-04-19

浙江省公益技术研究工业项目资助“新型倍捻机智能网络控制关键技术研究与开发”(2015C31170)

郦路涛(1984- )，男，浙江绍兴人，绍兴市科技局工程师，研究方向：互联网技术.

(责任编辑王海雷)