花式纺纱机上位机软件设计

张婉玉

（西安工程大学电子信息学院，西安710600）

1 引 言

花式纺纱机是一种生产喷毛带子纱的圆筒机钩机器，主要用于工艺产品和服装的制造。花式纱线虽有近20 年的发展历史，但国内企业在纺纱机方面仍处于不断研究和改进的状态[1]。文献[2]中给出一种HFN32 型空心锭花式纺纱机，设备采用PLC 控制，操作简单，但无法对纱线进行实时监控，并且新产品的研发也存在很大的局限性。文献[3]的膨体纱机上位机软件部分通过以太网接口与PLC 进行通讯，与PLC 中的寄存器地址进行关联，实现对设备机械动作的控制。该操作界面设计友好，易于操作，且电控系统成本较低，编程及调试简单，维护方便，但不能实现纱机数据实时监控以及数据即时存储管理。

针对上述情况做出改进设计，提出一种基于嵌入式技术的纺纱机上位机系统，通过对纺纱机器工作状态的监控实现快速高效的生产，在保证纺纱机生产质量稳定的前提下实现机器的监测以及数据的存储和管理，顺应当前科技水平对嵌入式系统提出的更高需求[4]。

2 花式纺纱机整体设计

纺纱机上位机系统是通过嵌入式Linux 实现纺纱机的监测、维护、管理的功能，通过软硬件结合形成稳定的控制系统。硬件部分采用ARM 系列4412开发平台；软件部分在Linux 系统的基础上搭建开发环境，然后使用QT/E 进行了用户层图形界面的开发[5]。与同类产品相比，更加稳定且可移植性好，具有较高的实用价值。

纺纱机系统为递阶结构[6]，系统结构如图1 所示，主要包括上位机软件系统、下位机主控制器FPGA 和各个驱动模块。上位机主要负责纱线设置和人机交互控制任务，上位机通过设计纱线各段控制数据，并将控制数据发送给各个下位机子模块；下位机根据现场信号进行实时控制各个单元完成纺纱动作，同时收集纺纱机运行过程中的各部件参数以及警报信息传送给上位机；上位机将各参数通过界面显示，当发现运行异常时发出警报。

图1 纺纱机系统框图

3 生产过程控制

3.1 生产流程

花式纱线的生产主要通过人机交互系统、实时控制系统、下位机运行操作。纱机运行时，通过实时控制系统检测各纱机运行状态并反馈到上位机操作系统，然后通过人机交互界面设置各纱机和各部件运行操作并发送到下位机操作系统，检测到各部件正常后进行纺纱操作。纺纱机上位机软件控制生产流程如图2 所示。

图2 上位机软件控制生产流程

3.2 工艺参数设置

竹节纱是花式纱线的一种，其纺纱原理是瞬间改变细纱机的牵伸倍数或改变单位时间内的粗纱喂入量，从而达到产生竹节的目的。

在电脑纱线研发页面输入主机速度，前、中、后罗拉的速度以及空心锭的速度。在这个过程中必须至少有两组数据，否则不能产生粗节和细节[7]。纺纱时，设置前、中罗拉进行牵伸，当中罗拉速度小于前罗拉速度才可以实现牵伸。

针对此步骤经常会出现的各种问题，例如断头，在纺纱过程中，应保持适当的张力，确保正常加捻卷绕及纺纱的顺利进行。具有代表性的竹节纱过渡段工艺参数如表1 所示。

表1 过渡段竹节纱工艺参数

4 上位机软件设计

4.1 功能模块设计

为达到预期的纺织效果，满足用户需求，本系统具备的主要功能包括：智能查询纱线的基本信息；根据已储存的纱线信息进行新款的开发；实时接收由底层传感器传来的信号，控制机器工作及报警处理；监测与管理纱机正常运作。

图3 纺纱机上位机软件框架图

图中，用户管理模块是对用户权限进行设定，限制用户访问空间；系统运行设定模块用来检测所有纱机运行状态，选择需要工作的纱机对各部件进行设定；运行监测，用于纱机运行时，对纱机各部件工作状态监测并将各部件运行数据显示在界面，当下位机纱机运行异常时发出预警；纱线研发，是根据客户要求设置纱线各段控制数据，并将控制信息发送给下位机各控制部件，在已生产纱线基础上进行新型纱线花型的设计和研发；纱线数据管理将各客户及其纱线信息进行保存，且可在纱线研发状态下进行数据读取/更改并重新保存。

4.2 界面设计

如图4 所示软件系统主菜单，在该界面中可对用户进行管理和设置，并完成纱线生产各部分设置。

图4 主菜单界面

如图5 所示为纱线研发界面，该界面中CAN 运行状态显示为绿灯时，系统才能给下位机发送数据；用户可根据自己的需求，对纺纱机进行设置，由于本系统可以实现由一个CAN 同时控制多台不同类型的纺纱机，因此首要选择需要运行的纺纱机，只有选择好了纺纱机，才能在系统运行设置中设置的该纺纱机各运转部件的名称。由于该控制系统可以保证开机和关机过程中所生产的产品与正常运行时的一样，因此在运行时对主机速度也有一定的要求。

图5 纱线研发界面

5 后台数据库

系统中将会存储大量的文字信息和数字信息，数据库设计也是系统设计的重点[8]。系统中所有的信息资源均有序地分类存储在数据库中，便于随时调用。通过数据库可以有效管理纱线数据，便于数据的写入和读取，而且可提高数据的读写效率。上位机软件系统与数据库之间的具体关系如图6 所示。本系统采用MySQL 数据库作为支持。

图6 软件系统和服务器关系图

系统数据库设计中包括用户数据表“user”和纱线信息数据表“infor”。在Qt 中可便捷建立数据库和数据表，首先需要在工程文件中加入sql 模块，其次在主文件中创建数据库，最后用代码来实现创建名为“user”的用户数据表。

“user”表用于记录注册用户的资料，包含各字段。如表2 为“user”表的各字段名称、长度、类型及功能。

表2 user 表字段属性

表中“id”字段额外设置均为“auto_increment”,表示自增。字段类型有容量不同的“INT”整数型、“VARCHAR”字符型、“DATETIME”日期时间型等。至此，系统数据库中用户数据库建立完成。

6 结束语

经实际测试表明，经此设计的花式纺纱机上位机软件系统运行稳定，能够实现纺纱机各项参数的设置、采集和传输，并实现实时监控。基于嵌入式技术以及物联网技术实现的花式纺纱机上位机软件系统在实时性和人性化监测上表现良好，具有广泛的工业应用价值。