CN103510279A - 花样缝纫机的智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种花样缝纫机的智能控制系统，含软件、硬件和结构系统，包括电控箱，硬件含主轴控制子系统和控制针杆、勾线、挑线、送料及压脚机构子系统，主轴控制子系统设位置闭环控制运动控制模块和主轴系统故障处理及使能控制模块；针杆、勾线及挑线机构由交流伺服电机控制，送料机构由XY电机控制，挑线和压脚机构由步进电机控制；硬件系统核心由DSP+ARM双核系统构成，含底层控制平台和上层人机界面，底层控制平台用TMS320F2812+LC5512两块主处理芯片实时控制，交流伺服电机和步进电机多轴联动。本发明DSP+ARM双核系统系统运行效率高、七吋触摸屏采用真彩图形显示操作面板直观简洁，系统硬件框架通用性强。

Description

花样缝纫机的智能控制系统

技术领域

本发明涉及一种缝纫设备的控制系统，尤其是关于花样缝纫机的智能电子控制系统。

背景技术

花样缝纫机是最常见的特种缝纫机，应用极为普遍，如手袋、制鞋、箱包、皮具，尤其是服装企业都广为应用，甚至在家庭装饰业如窗帘、墙布及家具厂中也多有应用，电子花样缝纫机能在操作工人或设计人员根据预先绘制的花样并选择相应的花样之后将之高速、高效地实现复制，这是传统的手工缝制所无法比拟的。近年来国内外出现了许多种类的电子花样缝纫机产品，但是现有这些电子花样缝纫机的电控系统基本上是由单片机外加电机驱动控制板组成，其所实现的功能也较为简单，它的控制电路由两块单片机集成电路板组成，其中一块单片机集成电路板用于控制Z轴和X轴、Y轴的电机，还有一块单片机集成电路板为主控板，可以传输控制指令给电机驱动板，作为整个系统的“大脑”从总体上控制整个系统。这种控制系统虽然具有较为成熟的技术，但是它相对于现在的科技水平来说，存在功能简单、人机界面较难操作、处理速度慢和分辨率不够高等缺点，而且它的外部存储设备多为软盘，这种存储方式及存储容量已经远远不能满足当今社会的需求，且稳定性差，携带不方便。

花样缝纫机的执行机构繁杂，由于要缝制的花样千变万化，要实现这些众多的执行机构的联动以缝制奇妙的花样，单纯依靠机械传动设计已经不可能达到要求。

花样缝纫机的最新改进方案例如中国专利申请号201210115255.3,名称为“一种基于ARM的嵌入式电子花样机控制系统”的发明专利申请，公开了一种电子花样机控制系统，它的整个控制器结构分为两个部分：核心控制板和机电控制板。核心控制板主要负责花样的生产、显示、验证、存储、修改、发送和人机交互等任务，采用32位冯诺依曼结构的ARM9微处理器S3C2416芯片；机电控制板主要负责花样接收、数据暂存、电机控制和外部信号接收等任务，采用32位ARM7微处理器LPC2214芯片。该电子花样缝纫机控制系统，克服了以前的花样缝纫机控制电路用两块单片机集成电路板组成所存在的不足，改为采用两块ARM芯片分别作为主从控制芯片，与原有技术相比，该控制系统可算是处理能力有所提高、花样存储量也较大，但是ARM是一种通用微处理器电子芯片,需要较多的外设，运算速度也较慢，影响控制速度，而且其运算精度也很有限，满足不了社会发展对花样缝纫机的更精细更高速更灵活的要求。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，克服现有技术的花样缝纫机控制系统采用ARM微处理器外设多、运算速度较慢、运算精度较低的缺陷，提供一种采用数字化的微处理器，运算速度更快、运算精度更高、抗干扰能力更强、设计和绣出的花样更细腻优美、系统控制更人性化的花样缝纫机控制系统。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：一种花样缝纫机的智能控制系统，包括软件系统、硬件系统和结构系统，结构系统包括电控箱,硬件系统包括主轴控制子系统和控制针杆机构、勾线机构、挑线机构、送料机构及压脚机构的子系统，主轴控制子系统设有位置闭环控制的运动控制模块和主轴系统故障处理及使能控制模块；针杆机构、勾线机构和挑线机构通过交流伺服电机控制动作，送料机构通过两台步进电机构成的XY电机控制动作，挑线机构和压脚机构各由一台步进电机控制动作；硬件系统的核心由DSP+ARM双核系统构成，包括底层控制平台和上层人机界面，底层控制平台通过TMS320F2812+LC5512两块主处理芯片实现实时控制，包括交流伺服电机和步进电机的多轴联动控制，上层人机界面通过ARM处理器实现界面操作、数据编辑以及指令的下发，底层控制平台和上层人机界面之间通过RS232进行数据通讯。

DSP是一种数字信号处理器，芯片内包括有控制单元、运算单元、各种寄存器以及一定数量的存储单元，其程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据，具有快速的中断处理和硬件I/O支持，支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行，数字运算传输信噪比高，避免失真，大大提高了花样的设计和加工质量，并且易于实现信号的存储和人机交互编程，其实时运行速度可达每秒数以千万条的复杂指令程序，远远超过通用微处理器；ARM的优势在于它在应用程序控制方面，其具有多I/O口，能够扩展外设，可以很好的切换工作模式，DSP的优势在于处理数字信号的能力；所以上层人机界面使用ARM处理器实现界面操作以及数据编辑、指令的下发等，可发挥ARM的优势，底层控制平台使用DSP处理器，发挥其强大的数据处理能力、极高的运行速度，特别擅长电机伺服驱动的控制算法的优势，DSP和ARM两者优势互补，更显优异效果，使花样加工更加细腻优美精彩，可以说是达到花样设计只有想不到没有做不到的效果，并且大幅提高加工速度，最高缝制速度达到2800RPM。

优选方案，位置闭环控制的运动控制模块由定时中断服务程序调用，位置闭环控制的运动控制模块包括过程控制模块，通过过程控制模块设置控制参数，控制参数输出至主轴驱动模块；主轴系统故障处理及使能控制是由主轴控制模块反馈参数至过程控制模块，再由过程控制模块通过软件设置参数并通过主轴控制模块输出对主轴系统的运转实行控制，同时将主轴系统运转的信息反馈至主轴控制模块，实现实时检测诊断。

优选方案，电控箱中连接有主轴交流伺服电机驱动器、X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器及剪线电机驱动器，电控箱的左、右侧壁部位分别连接有DSP主控板和接口板，以及电源和风扇。

优选方案，智能控制系统的外部接口包括在电控箱的一侧连接有手控盒和机头转接板，通过机头转接板连接有急停开关、中压脚电机传感器、剪线电机传感器、X轴电机传感器、Y轴电机传感器、前抓线电机传感器及后抓线电机传感器；在电控箱的另一侧电连接有主轴电机、X轴电机、Y轴电机、剪线电机、中压脚电机、抓线电机、抬压脚气缸、线张力电磁铁及扫线电磁铁；在电控箱的下侧电连接有双踏板。

优选方案，智能控制系统设有开机复位程序，具体时序为，开机后，自动进行机头翻转检测，如果检测判断是，显示出错，如果检测判断否，进一步地分别进行主轴电机归零、中压脚电机归零、剪线电机归零、抓线电机归零、X轴电机归零、Y轴电机归零检测，全部检测正常则开机自检完成，如果有任意一项检测为不正常，则显示出错。

优选方案，手控盒设有7吋触摸屏，手控盒的一侧设有USB接口。触摸屏用于人机交互会话，可实时设计、调试花样和控制设备。设置通用的高速USB接口，可以快速的通过U盘等USB设备来进行花样的转换和互拷，并可通过U盘进行程序的升级，非常方便快捷。

优选方案，设有实现辅助动作兼容功能的执行机构，包括大压脚机构、松线机构，驱动方式为电磁铁、气缸或步进电机，多种驱动方式可以任意组合搭配应用。

本发明的有益效果是：

1、智能控制系统的核心由DSP+ARM双核系统构成，分别应用于底层控制平台和上层人机界面，采用双核处理技术可以有效的提高整个系统运行的效率及系统的稳定性能；

2、设置七吋触摸屏，真彩图形显示，操作面板直观简洁，操作简单易学，客户操作方便简洁，大大缩短了操作工的培训周期，简化了操作难度；

3、通用的高速USB接口，支持USB数据通讯，可以快速的通过U盘等USB设备来进行花样的转换和互拷，可通过U盘进行程序的升级，非常方便快捷；

4、系统硬件框架通用性更强，针对不同的衍生机型，可以做到保持硬件框架基本不变，大大减少了新品研发的重复性，很好的提升了产品的稳定性，既有利于产品开发的标准化、系列化、通用化；

5、最高缝制速度达到2800RPM，缝制高效，极大的提高了终端客户缝制效率，降低工作强度；

6、由于辅助动作种类繁多，专门设计了辅助动作兼容功能，不仅有中压脚、剪线、抓线机构，还设置有大压脚、松线机构，并涵盖了业界所有的驱动方式：电磁铁、气缸或步进电机，可以任意组合搭配使用。

附图说明

图1是本发明一种实施例的硬件系统基本框架示意图；

图2是实施例的主轴系统故障处理及使能控制框图；

图3是实施例系统外部接口示意图；

图4是实施例的电控箱基本布局规划图；

图5是开机复位时序框图。

图中，电控箱1；手控盒11；USB接口111；触摸屏112；机头转接板12；急停开关13；中压脚电机传感器141；剪线电机传感器142；X轴电机传感器143；Y轴电机传感器144；前抓线电机传感器145；后抓线电机传感器146；风扇15；电源16；电源插座17；主轴系统故障处理及使能控制模块2；过程控制模块21；主轴控制模块22；主轴系统23；交流伺服电机31；主轴交流伺服电机驱动器311；步进电机32；X轴电机321；X轴电机驱动器3211；Y轴电机322；Y轴电机驱动器3221；剪线电机323；中压脚电机324；抓线电机325；抬压脚气缸41；线张力电磁铁42；扫线电磁铁43；双踏板5；主控板6；接口板7。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方案对本发明作进一步描述。

实施例：如图1所示，一种花样缝纫机的智能控制系统，包括软件系统、硬件系统和结构系统。结构系统包括电控箱1,硬件系统包括主轴控制子系统和控制针杆机构、勾线机构、挑线机构、送料机构及压脚机构的子系统，主轴控制子系统设有位置闭环控制的运动控制模块和主轴系统故障处理及使能控制模块2；针杆机构、勾线机构和挑线机构通过交流伺服电机控制动作，送料机构通过两台步进电机构成的XY电机控制动作，挑线机构和压脚机构各由一台步进电机控制动作；硬件系统的核心由DSP+ARM双核系统构成，包括底层控制平台和上层人机界面，底层控制平台通过TMS320F2812+LC5512两块主处理芯片实现实时控制，包括交流伺服电机31和步进电机32的多轴联动控制，上层人机界面通过ARM处理器实现界面操作、数据编辑以及指令的下发，底层控制平台和上层人机界面之间通过RS232进行数据通讯。图1中的符号Usb指通串线；MiniUsb指接口；TF卡为快闪存储器卡。

位置闭环控制的运动控制模块由定时中断服务程序调用，位置闭环控制的运动控制模块包括过程控制模块21，通过过程控制模块21设置控制参数，控制参数输出至主轴驱动模块；主轴系统故障处理及使能控制是由主轴控制模块22反馈参数至过程控制模块21，再由过程控制模块21通过软件设置参数并通过主轴控制模块22输出对主轴系统23的运转实行控制，同时将主轴系统23运转的信息反馈至主轴控制模块22，实现实时检测诊断，如图2所示。

智能控制系统的外部接口包括在电控箱1的一侧连接有手控盒11和机头转接板12，通过机头转接板12连接有急停开关13、中压脚电机传感器141、剪线电机传感器142、X轴电机传感器143、Y轴电机传感器144、前抓线电机传感器145及后抓线电机传感器146；在电控箱1的另一侧电连接有主轴电机、X轴电机321、Y轴电机322、剪线电机323、中压脚电机324、抓线电机325、抬压脚气缸41、线张力电磁铁42及扫线电磁铁43；在电控箱1的下侧电连接有双踏板5，这里的主轴电机即上文所述的交流伺服电机31，电控箱的一侧设置有电源插座17，如图3所示。

DSP是一种数字信号处理器，芯片内包括有控制单元、运算单元、各种寄存器以及一定数量的存储单元，其程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据，具有快速的中断处理和硬件I/O支持，支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行，通过数字运算传输信噪比高，避免失真，大大提高了花样的设计和加工质量，并且易于实现信号的存储和人机交互编程，其实时运行速度可达每秒数以千万条的复杂指令程序，远远超过通用微处理器；ARM的优势在于它在应用程序控制方面，其具有多I/O口，能够扩展外设，可以很好的切换工作模式，DSP的优势在于处理数字信号的能力；所以上层人机界面使用ARM处理器实现界面操作以及数据编辑、指令的下发等，可发挥ARM的优势，底层控制平台使用DSP处理器，发挥其强大的数据处理能力和高的运行速度、擅长电机伺服驱动的控制算法的优势，两者优势互补，更显优异效果，使花样加工更加细腻优美精彩，并且大幅提高加工速度。

电控箱1中连接有主轴交流伺服电机驱动器311、X轴电机驱动器3211、Y轴电机驱动器3221及剪线电机驱动器，电控箱1的左、右侧壁部位分别连接有DSP主控板6和接口板7、风扇15及电源16。通过交流伺服电机31控制针杆机构、挑线机构、勾线机构进行刺料动作、挑线动作及勾线动作，通过两个步进电机控制送料机构的动作，通过辅助电机、电磁阀、电磁铁进行抬压脚、松线、剪线、拨线等辅助动作控制，从而完成整个花样的缝制动作控制。最高缝制速度达到2800RPM，缝制高效；缝框范围广泛：130X60、150X70、150X100、220X110、300X200等，缝迹长度0.1mm至12.7mm，最小分辨率0.05mm；可以在选择缝制图案时，独立的放大、缩小X轴或/和Y轴，比例为从1%到400%，分辨率0.1%。

主轴的交流伺服电机31为直驱方式，X轴电机321由齿轮传动，Y轴电机322由齿轮齿条传动，中压脚电机324由齿轮传动，抓线电机325和剪线电机323各通过连杆传动，如图4所示。

智能控制系统设有开机复位程序，具体时序为，开机后，自动进行机头翻转检测，如果检测判断是，显示出错，如果检测判断否，进一步地分别进行主轴电机归零、中压脚电机归零、剪线电机归零、抓线电机归零、X轴电机归零、Y轴电机归零检测，全部检测正常则开机自检完成，如果有任意一项检测为不正常，则显示出错。各电机检测动作顺序为：主轴→中压脚→剪线→抓线→X轴→Y轴。各电机找零遵循重复找零原则，即无论电机初始位置在零位的任一方向，其最终停止位都是从传感器无效区运动到有效去，然后停止。这样可以保证零位的一致性，如图5所示。

手控盒11设有7吋触摸屏112，手控盒的一侧设有USB接口111，触摸屏用于人机交互会话，可实时设计、调试花样和控制设备。设置通用的高速USB接口，可以快速的通过U盘等USB设备来进行花样的转换和互拷，并可通过U盘进行程序的升级，非常方便快捷。

本花样缝纫机具备的主要功能包括：

1.缝纫机通用动作参数的U参数设置；

2.通过数据输入画面花样选择按钮选择待缝制的花样以及删除花样；

3.主机输入模块通过选择功能列表中的功能可新建花样，修改花样，主机输入标准界面可读入和保存花样；

4.组合缝或单一缝；

5.中压脚高度调整；

6.缝制时，单步向前/向后移框；

7.单独控制压脚抬起/放下；

8.缝制计数器；

9.断线检测；

10.异常报警；

11.输入/输出测试；

12.步进电机测试；

13.主轴测试。

本智能控制系统设有实现辅助动作兼容功能的执行机构，包括大压脚机构和松线机构，驱动方式为电磁铁、气缸或步进电机，多种驱动方式可以任意组合搭配应用。

本发明花样缝纫机的智能控制系统，具有DSP+ARM双核系统有效提高系统运行效率及稳定性能、设置七吋触摸屏采用真彩图形显示操作面板直观简洁，设USB接口通过U盘进行花样转换互拷及程序升级，系统硬件框架通用性强的优点，本领域的技术人员如果对上述发明内容作简单的修改或替换，这样的改变不能认为是脱离本发明的范围，所有这样对所属领域的技术人员显而易见的修改将包括在本发明的权利要求的范围之内。

Claims (7)

1.一种花样缝纫机的智能控制系统，包括软件系统、硬件系统和结构系统，其特征是，结构系统包括电控箱,硬件系统包括主轴控制子系统和控制针杆机构、勾线机构、挑线机构、送料机构及压脚机构的子系统，主轴控制子系统设有位置闭环控制的运动控制模块和主轴系统故障处理及使能控制模块；针杆机构、勾线机构和挑线机构通过交流伺服电机控制动作，送料机构通过两台步进电机构成的XY电机控制动作，挑线机构和压脚机构各由一台步进电机控制动作；硬件系统的核心由DSP+ARM双核系统构成，包括底层控制平台和上层人机界面，底层控制平台通过TMS320F2812+LC5512两块主处理芯片实现实时控制，包括交流伺服电机和步进电机的多轴联动控制，上层人机界面通过ARM处理器实现界面操作、数据编辑以及指令的下发，底层控制平台和上层人机界面之间通过RS232进行数据通讯。

2.根据权利要1所述的花样缝纫机的智能控制系统，其特征是，位置闭环控制的运动控制模块由定时中断服务程序调用，位置闭环控制的运动控制模块包括过程控制模块，通过过程控制模块设置控制参数，控制参数输出至主轴驱动模块；主轴系统故障处理及使能控制是由主轴控制模块反馈参数至过程控制模块，再由过程控制模块通过软件设置参数并通过主轴控制模块输出对主轴系统的运转实行控制，同时将主轴系统运转的信息反馈至主轴控制模块，实现实时检测诊断。

3.根据权利要求1或2所述的花样缝纫机的智能控制系统，其特征是，电控箱中连接有主轴交流伺服电机驱动器、X轴电机驱动器、Y轴电机驱动器及剪线电机驱动器，电控箱的左、右侧壁部位分别连接有DSP主控板和接口板，以及电源和风扇。

4.根据权利要3所述的花样缝纫机的智能控制系统，其特征是，智能控制系统的外部接口包括在电控箱的一侧连接有手控盒和机头转接板，通过机头转接板连接有急停开关、中压脚电机传感器、剪线电机传感器、X轴电机传感器、Y轴电机传感器、前抓线电机传感器及后抓线电机传感器；在电控箱的另一侧电连接有主轴电机、X轴电机、Y轴电机、剪线电机、中压脚电机、抓线电机、抬压脚气缸、线张力电磁铁及扫线电磁铁；在电控箱的下侧电连接有双踏板。

5.根据权利要求4所述的花样缝纫机的智能控制系统，其特征是，智能控制系统设有开机复位程序，具体时序为，开机后，自动进行机头翻转检测，如果检测判断是，显示出错，如果检测判断否，进一步地分别进行主轴电机归零、中压脚电机归零、剪线电机归零、抓线电机归零、X轴电机归零、Y轴电机归零检测，全部检测正常则开机自检完成，如果有任意一项检测为不正常，则显示出错。

6.根据权利要求5所述的花样缝纫机的智能控制系统，其特征是，手控盒设有7吋触摸屏，手控盒的一侧设有USB接口。

7.根据权利要求1或2所述的花样缝纫机的智能控制系统，其特征是，设有实现辅助动作兼容功能的执行机构，包括大压脚机构、松线机构，驱动方式为电磁铁、气缸或步进电机，多种驱动方式可以任意组合搭配应用。

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