高速剑杆织机自动控制系统设计

王英辉

（郑州纺机工程技术有限公司，河南 郑州 450001）

近年来，随着信息时代的不断发展，高速剑杆织机自动控制系统得到了良好的发展和应用，在提高纺织企业市场核心竞争力和生产力方面发挥了重要作用，不仅可以实现故障问题的自动检测和处理，还可以根据光电编码器相关参数实现角度的科学调节，同时，其还具有强大的存储功能，可以对织机上的海量数据进行记录和保存，还实现了车间联网的标准化、规范化管理。因此，如何科学设计高速剑杆织机自动控制系统是软件开发人员必须思考和解决的问题。

1 控制系统总体组成及特点

该系统硬件框图如图1所示，该系统主要由微处理器、存储器、接口电路3个核心部门组成。其中，微处理器内部含有16位微机，型号为P51XA-S3，具有中断PCA功能[1]。目前，市场上的织机主要采用机械码控制开关信号的方式，实现对角度的精准定位，一旦角度发生变化，就需要用户实时调整机械位置，这种操作非常复杂且繁琐，用户体验不佳，而通过采用光电编码器的方式可以极大地提高定位角度操作的效率和效果。在使用光电编码器的过程中，用户只需要将角度设定在操作面板上，然后利用微机的计数功能实现对角度的调整和控制。除了光电编码器[2]，高速微机也能达到同样的效果，因此，这两种设置的应用在提高织机车速方面发挥着重要作用，可使其的车速高达600 r/s。存储器内部含有Flash芯片，该芯片具有高达2 M的存储容量。通过利用Flash芯片，可以对位于JTAG接口处的程序代码进行自由下载和访问[3]，下载方式主要有两种：一种是利用PSD下载程序进行，另一种是利用下载电缆进行。接口电路内部主要使用了光耦电路，光耦电路在具体的使用中，需要将5 V电源安装在CPU端，而在接口电路端重点使用的电源电压达24 V，这无疑需要提高电路的抗干扰能力，确保数据信号采集的可靠性和数据信号传输的安全性。接口电路主要有两种类型，分别是看门狗电路和RS485接口电路。其中，看门狗电路主要安装在微处理器上，用于实现对各种硬件的连接，电路内部主要使用的芯片类型是IMP706看门狗芯片，具有自动复位CPU功能，可避免出现程序异常或者电源漏电等问题[4]。在设计的过程中，需要重点对系统的主控电路进行科学设计。主控电路内部使用RS5C372A芯片，该芯片在使用过程中需要相关设计人员对电量进行实时控制，确保主控电池电量充足，采用时钟计时的方式完成对相应电量的实时控制。RS485接口电路主要附加在微处理器上，可以采用上位机简况织机运行状态的方式对本地接口进行实时监控和管理，从而最大限度地提高车间联网管理的效率和效果[5]。此外，在对人机界面进行设计时，软件开发人员需要重点采用RS232方式，确保通信的顺畅，从而确保人机界面设计的规范性和标准性。对于16位微机而言，内部还有通信口两个，定时器3个，串口1个，利用16位微机可以确保面板通信与各个串口进行有效连接，从而促进织机联网的健康、可持续发展。

图1 高速剑杆织机自动控制系统硬件框图

2 控制系统程序设计

2.1 软件总体框架

在对系统软件总体方案进行设计的过程中，主要利用了模块化思想实现对软件代码程序的编写，系统软件主程序流程图如图2所示。从图2中可以看出，高速剑杆织机的运动方式有5种，分别是开口运动方式、引纬运动方式、送经运动方式、打纬运动方式和卷取运动方式[6]。在对这5种运动方式的运动时间进行控制的过程中，软件开发人员需要利用高速剑杆织机主轴的旋转角度进行智能化控制[7]，而高速剑杆织机主轴旋转角度需要利用光电编码器进行实时检测和分析。

图2 主程序流程

为了实现高速剑杆织机运动控制功能，需要软件开发人员严格按照以下设计思路进行：（1）当高速剑杆织机处于停止运行状态时，需要对输入信号进行反复检测和分析，并生成与之对应的运动信号，以确保高速剑杆织机运行的可靠性、稳定性和安全性[8]。输入信号主要有4种类型，分别为点动信号、寻纬信号、车启动信号和车盘信号。同时，由于输入信号的处理过程比较短暂，需要利用相应的软件对标志位进行记录和保存，直到高速剑杆织机运动状态结束为止。然后，采用软件清除的方式对残留的输入信号进行清除。当高速剑杆织机处于正常织布状态时，需要对其故障信号进行全面记录、检测和处理，故障信号主要有开车运动异常信号、引纬异常信号等。

2.2 中断处理

当高速剑杆织机进入开车状态或者点动状态，织机主轴在旋转的过程中会带动光电编码器一起旋转。光电编码器在旋转的过程中会自动形成大量的脉冲，并将这些脉冲发送给微处理器，由微处理器根据接收到的脉冲，对织机的运行状态进行中断处理。在这个过程中，需要采用PCA中断处理的方式对光电编码器产生的A相脉冲进行处理，从而实现对高速脉冲信号的记录、保存和计数。在对A相脉冲进行中断处理的过程中，需要严格按照以下中断处理流程进行处理：A相脉冲进入中断处理入口，中断处理入口关闭，当角度计数达到315时，打开中断处理入口，A相脉冲退出中断处理。通常情况下，光电编码器旋转一周后，A相脉冲中断处理一次，并采用旋转角度的方式，完成相应的计数和校正。

2.3 循环检测模块

当高速剑杆织机处于停车状态时，需要利用循环检测模块对其进行处理。在本模块中，软件开发人员首先需要对织机的各种运动状态进行清零处理，确保织机的标志位呈复位状态。其次，将所有中断处理入口打开，确保启动画面能够正常显示。最后，利用输入信号，对点动信号出现的异常问题进行检测和处理，确保所有点动信号都能够正常输出。同时，还要将织机角度旋转到200°左右，并将该角度制定为引纬角度。当织机旋转角度达到270°时，需要采用添加指示标志的方式，为接下来的引纬操作做好充足的准备。如果没有检测出点动信号，需要软件开发人员重新对其他开关信号进行一一检测，并根据织机的实际运动状态，对织机的开车状态进行实时记录和保存，保证高速剑杆织机一直处于稳定、可靠、安全的开车状态，进而保证织布的效率和效果。此外，要利用循环检测模块对开车织布状态进行反复检测，检测流程与织机停车状态检测流程类似。在这个过程中，软件开发人员需要利用面板显示器将织机整个开车运动状态和画面生动、形象、直观地展现出来，并对开车状态进行输出处理，以达到复位开车标志位的目的。标志位设置值为1时，说明织机的开车状态正常，可以对织布进行循环操作，提高织布效率；如果标志位设置值不是1，说明织机的开车状态出现异常，需要利用循环检测模块对其故障信号进行检测，并在最短时间内解决织机的开车异常问题，确保织机能够正常、稳定、可靠、安全地运行。只有这样，才能为相关企业创造更大的社会效益和经济效益，为促进纺织行业的迅猛发展打下坚实的基础。

2.4 双机通信模块

双机通信模块在具体的设计中，需要软件开发人员从几个方面入手：根据主控板相关通信标准和要求，利用主控板将数据信息发送到面板，面板根据接收到的数据信息，对寄存器内部的数据进行相关操作，如果接收到的数据信息主要用于读面板数据，需要对寄存器内部的数据进行记录和保存；如果接收到的数据信息主要用于写面板数据，需要对寄存器内部的数据进行修改和删除，并对相应的通信程序进行调用，以保证双机之间能够正常、有序地进行通信。同时，为了保证双机通信模块设计的科学性和合理性，软件开发人员还要在综合考虑主控板与面板之间数据信息传输情况的基础上重视对面板参数的设置，实现数据信息的安全、稳定传输。

3 结语

在自动控制技术广泛应用的背景下，高速剑杆织机自动控制系统在设计和应用方面取得了很大的突破和创新成果。该系统不仅功能强大、通用性强、具有良好的用户体验，而且在纺织领域中得到了广泛的应用，因此，深受广大用户的青睐。为了方便后期系统的维护和升级，需要软件开发人员再接再厉，开发更多功能，从而促进高速剑杆织机自动控制系统健康、可持续发展，提高其应用价值。