吕学红

（太原理工大学轻纺美院实验中心，山西 晋中030600）

我国是一个纺织大国，随着纺织行业结构的调整和创新能力的提高，对纺织机械的需求也越发旺盛。但由于我国的纺织技术相对落后，在国际市场上还面临着严峻的挑战。纺织行业的竞争将是一场技术竞争，合理的设计将在很大程度上提高系统的稳定性和运作性能，因此，研究一套自动化的嵌入式纺织机械控制系统迫在眉睫。全自动纺织机械控制系统能够有效提高纺织产业的生产效率、降低生产成本，而其机械控制部分又是核心，本文以横机为例，介绍机械控制系统中的关键技术。

1 机械控制系统的结构设计

进行纺织机械控制系统的设计，首先要了解设计需求、进行总体结构设计以及测试是否能实现要求的功能。横机纺织的核心是机头，机头呈马鞍状，上面安装了很多控制系统的零件，比如选针控制系统的电磁铁。另外，三角和度目电机的电磁铁也安装在机头上，分别位于马鞍的两个内侧壁，控制纺织中针的编制工作。选针器固定在机头的三角底板上，它利用磁场的物理特性控制沉降片绕轴转动，以此达到选针的目的。

在横机的工作过程中，控制系统需要知道机头的准确位置，所以仅仅有上述各零件的协调工作是不够的，还需要用于同步横机机头信息的控制系统信号，这样才能够及时有效的获得机头信息。当机头还没有开始编制，在零位置点开始启动时，控制系统将开始对编制数据进行计算，并发送系统命令，此时系统主要发送一些控制命令；当机头进入纺织区域时，系统主要发送动作信号。

电脑横机的类型很多，但是其控制系统大同小异，控制流程大体为：输入设备、打版系统、存储介质、控制系统和执行单元。其中打版系统的作用主要是生成花型文件，花型文件借助存储介质输入控制系统，控制系统通过解析花型文件，从而产生控制信号，最后将这些控制信号发送给执行单元来协调完成纺织工作。

2 嵌入式系统

嵌入式系统以整个硬件设计为基础来实现自身功能，而一些应用程序的管理以及硬件的分配需要软件的帮助，这样便于开发程序。

嵌入式操作系统经历了四个发展阶段，首先是嵌入式算法阶段，该阶段没有操作系统，主要是通过汇编语言来直接控制系统，因此整个系统相对较为单一，工作效率也相当低，用户对接较为困难。在嵌入式算法的基础上又发展了一种简单的操作系统，该系统主要以嵌入式CPU为核心，其特点是功能简单，成本较低，工作效率高，所用操作软件较为专业化，兼容性和扩展性较好，但是在处理用户界面时还不是特别容易。因此嵌入式操作系统阶段又发展成为一种嵌入式的通用操作系统，此阶段的嵌入式操作系统兼容性较好、工作效率较高、体积小、扩展性较好，而且用户界面友好。目前正在飞速发展的一个阶段是以Internet为基础，Internet的接入为嵌入式系统提供了强大的网络运作功能，这是嵌入式操作系统的需求，也是其飞速发展的一个标志。

开发嵌入式系统主要是选择操作系统，选择原则包括：（1）兼容性，操作系统是否具有兼容性在各异的平台或者各异的系统上显得尤为重要，良好的软件兼容性可以使系统在不同的平台上方便地运行，或者通过简单的微调就可以运行。（2）实时性，嵌入式操作系统的应用广泛，因此需要其对各种异常或者各种命令随时随地做出回应。（3）丰富的资源信息，这对提高系统开发的效率起着至关重要的作用。（4）定制能力，硬件系统各不相同，因此要求系统的定制能力也相当的高。（5）成本，这是任何一个开发商对产品都必须要考虑的问题。（6）中文支持度。基于上述的因素，在选择操作系统时要慎重，而Linux操作系统是最符合上诉原则的操作系统。Linux操作系统稳定性较高，性能较好，支持各种不同的任务，可以调试结构，资源丰富，成本较低，结构多变，应用广泛。

3 软件流程

软件的基本框架如图1所示。软件主要由四大模块组成，即主控模块、测试模块、设置参数的模块以及系统管理模块。

图1 软件框架图

软件的核心组成部分是主控模块，图2是在纺织过程中主控模块的主要流程，上位系统在纺织开始时进行参数初始化，并命令复位机进行复位动作，然后主控模块中的程序开始检测安全区的数据是否真实存在。安全区的作用是对当前纺织的图案信息进行存储，并且能够在纺织过程中随时更正。安全区的另一个好处是在停电或者仪器故障等原因导致纺织中断时，在仪器复位后能够从上次中断的地方继续纺织，无需从头开始。结束纺织时，系统自动将上次纺织数据进行清空处理，因此在下次纺织开始时系统中安全区是没有数据的。

图2 主控模块流程图

纺织机械控制中最主要的工作是图案数据分析，由于图案数据较为复杂，因此需要的受控零件也比较多。图案文件分为两部分，即读取图案文件和纺织数据文件，纺织数据文件大小各不相同，主要由图案的复杂程度所决定，而读取数据文件的大小是一定的。系统通过读取数据文件将纺织数据输送给相应的纺织数据存放位置。

设置参数的模块流程主要有开始、读取文件、设置界面、保存参数以及更新参数和退出。借助该模块，工作人员可以实时地修改或编辑各参数，并对参数进行保存以便下次纺织时使用。为了安全参数设置模块设置有密码，只有拥有该权限的工作人员才能够进入该模块对参数进行修改。在系统处于非工作状态时才能够设置参数，当参数设置完成并且将该模块退出之后才能够进行纺织工作。

测试模块的作用主要是向工作人员发送各个操作零件是否能够正常工作，便于工作人员能够及时对错误的系统进行更正。测试模块由手动检查和自动检查两部分组成，通常自动检查系统反馈回来的信息较为详细，手动检查的程序与自动检查的程序差不多，但是某一个需要检查的部件选择手动检查较为合适，这样反馈的信息较为简单，容易辨别。

管理模块的主要作用是提供磁盘的目录，磁盘文件与图案文件之间的输入与输出，磁盘文件的删除以及格式化等。

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