CN106012275A - 一种嵌入式压电贾卡控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种嵌入式压电贾卡控制系统及控制方法，该控制系统主要由工控机、压电贾卡控制器、接近开关、压电贾卡中继器、压电贾卡驱动器和压电陶瓷贾卡导纱针组成。压电贾卡控制器基于Linux系统下设计主站软件的方式来实现。压电贾卡中继器采用ARM+FPGA的架构。整个系统采用工业以太网EtherCAT总线进行数据的传输。本发明将嵌入式技术和工业以太网总线技术很好地融入经编机压电贾卡控制系统之中，实现了更加精准的同步控制，数据传输速度更快，数据包容量更大，实时响应效果更好，系统抗干扰能力更强，布线更为灵活，以及功能的扩展性和升级等方面做到了很大的提升，提高了经编机控制系统的高速化和智能化水平。

Description

一种嵌入式压电贾卡控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种嵌入式压电贾卡控制系统及控制方法，属于纺织机械领域。

背景技术

贾卡经编机从最初的机械式到电子式，现在已经发展为压电陶瓷式。新一代的压电陶瓷贾卡提花系统(Piezo贾卡系统)，使得经编贾卡技术更趋于完善，其产品更加精致和完美。压电贾卡系统可以非常精确地控制每根导纱针的垫纱运动，而且花纹变换快速方便。现在压电陶瓷贾卡技术不但大量地应用在普通贾卡经编机上，而且在多梳经编机和双针床经编机上也同样广泛使用。压电陶瓷贾卡控制系统的开发，将使得贾卡提花原理得到进一步发展。

就目前而言，经编机贾卡控制系统普遍采用传统的单片机和PLC作为处理器，其存在很多方面的不足。传统的单片机抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，开发周期长；PLC虽然在性能方面有很大的提升，但其扩展性不强，处理速度有限，价格也十分的高昂。嵌入式系统的引入，使整个系统在有限的成本下，提高了系统的处理速度，缩短了系统的开发周期，使系统具有实时性和稳定性更好，速度更快，抗干扰能力更强，功耗更低和扩展性更高等特点。因此，开发一套基于嵌入式和工业以太网的控制系统，对经编机的应用和发展具有重要的意义和价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种嵌入式压电贾卡控制系统及采用该系统的控制方法。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种嵌入式压电贾卡控制系统，其特征在于，包括：

工控机，一方面用于读取贾卡工艺数据文件，另一方面用于把贾卡工艺数据文件中的花型工艺数据通过以太网络传递给压电贾卡控制器；

压电贾卡控制器，基于搭载有Linux系统的ARM核心处理器实现，压电贾卡控制器作为通讯主站采用工业以太网EtherCAT总线多个从站进行数据包的传递，接收并处理从各个从站中返回的数据帧，根据数据帧时刻判断各从站的运行状况，在检测到异常时，将相应的报警状态置位

接近开关，用于确定经编机主轴的位置信息，并将该位置信息传递给压电贾卡控制器；

作为从站的压电贾卡中继器，采用ARM加FPGA的架构；

压电贾卡驱动器，用于接收对应的压电贾卡中继器传送的控制数据，并把数据通过脉冲信号的方式来控制压电贾卡；

压电贾卡，接收压电贾卡驱动器传来的脉冲信号，通过控制贾卡导纱针的偏移完成在布面上的提花动作。

优选地，所述工控机包括有两个数据通讯接口：一个数据通讯接口为USB数据通讯接口，用于读取贾卡工艺数据文件；另一个数据通讯接口为MII以太网接口，用于把花型工艺数据通过以太网络传递给压电贾卡控制器。

优选地，所述压电贾卡控制器具有MII网络通讯接口。

优选地，通过人机界面查询所述压电贾卡控制器的报警情况，并进行相应的故障排除工作。

本发明的另一个技术方案是提供了一种基于上述的嵌入式压电贾卡控制系统的压电贾卡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、打开工控机内压电贾卡控制驱动软件，读入贾卡工艺数据文件，并将贾卡工艺数据文件中的花型工艺数据通过以太网络下载到压电贾卡控制器；

第二步、启动经编机的机械部分后，由接近开关获取经编机主轴的位置信息，并将该位置信息发给压电贾卡控制器；

第三步、压电贾卡控制器根据接近开关发送的经编机主轴位置信息，将从工控机中下载的花型工艺数据按照工艺顺序逐行读出，并通过工业以太网EtherCAT总线以报文的形式发送给压电贾卡中继器；

第四步、当压电贾卡中继器接收到压电贾卡控制器发送的以太网数据包时，对数据包进行解析和交互并转发给下一个压电贾卡中继器，整个交互和转发的过程只需要几纳秒，当数据帧完成与所有压电贾卡中继器的交互后，报文将从最后一个压电贾卡中继器原路返回到压电贾卡控制器进行处理。同时，压电贾卡中继器将数据发送给压电贾卡驱动器；

第五步、压电贾卡驱动器根据从压电贾卡中继器获得的控制数据驱动压电贾卡动作，完成一道提花工序；

第六步、重复第三步到第五步，直至完成整个工艺。

本发明提供的系统在压电贾卡控制器和压电贾卡中继器之间采用EtherCAT工业以太网进行通讯，压电贾卡控制器通过处理从压电贾卡中继器返回的数据来监测压电贾卡中继器是否出现异常，如果出现异常，将暂停当前工作状态，并把错误信息反馈给工控机的操作界面。

本发明提供的系统的停止步骤为，工控机向压电贾卡控制器发出停止信号，压电贾卡控制器接收到该信号后停止相应的操作。

本发明提供的系统不仅大大地提高了系统的数据传输速度，而且系统的稳定性好，抗干扰能力强，在控制成本的同时大大提高了生产效率。此外相较于以往的经编机压电贾卡控制系统，本系统中，压电贾卡控制器使用标准的以太网接口，可以方便地选用任何传输介质，本系统采用100BASE-TX规范的5类UTP线缆，使系统布线更为灵活。

本发明具有如下有益效果：

本发明的通过将嵌入式技术和工业以太网总线技术很好地融入压电陶瓷贾卡控制系统之中，使控制系统做到了以下方面的提升：

(1)本发明基于工业以太网EtherCAT总线进行数据的通讯，相较于以往的控制系统中采用多种总线架构来完各个模块数据间的通讯，本系统采用单一的以太网总线来完成从工控机到压电贾卡控制器，从压电贾卡控制器到压电贾卡中继器之间的数据传递，使数据在传输的过程中无需多次进行通信协议的转换。系统在数据传输控制中采用分布时钟同步算法，通过分布时钟的精确调整，对压电贾卡完成精确同步控制(控制误差远远小于1μs)；

(2)本发明中，搭载了Linux嵌入式系统，该系统可以根据用户的需求进行灵活的软硬件裁剪，使整个系统软硬件紧密集成，提高了系统的可靠性并降低了使用者成本。嵌入式系统的的引入，使以后系统功能的升级和扩展更为方便简单；

(3)本发明采用以太网现场总线进行通讯，工业以太网是当前工业控制现场总线技术的一个重要发展方向，其可以接入标准以太网网端，为实现数据网络传输，生产远程控制、故障实时监测等功能提供了基础。使用通用以太网元器件性价比更高；

(4)本发明中，压电贾卡控制器和压电贾卡中继器采用高性能的32位ARM核心处理器，使用工业以太网主从站方案来进行数据的传输，压电贾卡控制器作为系统的主站，压电贾卡中继器作为系统的从站。压电贾卡控制器最多可以同时与64个压电贾卡中继器进行数据通信，压电贾卡中继器最少可控制16个压电贾卡驱动器。因此，相较于以往的系统，本系统可以同时控制更多的压电贾卡导纱针来完成提花动作，同时具备了更快的运行速度和更加稳定的控制能力；

(5)本发明通过软硬件电路的设计，使系统抗干扰能力更强，能够适应经编机和经编机车间较差的工作环境；

(6)本发明具有传输速度更快，数据包容量更大，实时响应效果更好，稳定性和可靠性更高等特点。

附图说明

图1为本发明中压电贾卡控制系统总体结构图；

图2为本发明中压电贾卡控制系统方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

参照图1，本发明提供的一种嵌入式压电贾卡控制系统由工控机、压电贾卡控制器、压电贾卡中继器、压电贾卡驱动器，以及压电陶瓷贾卡导纱针组成。所述工控机上装有两个数据通讯接口，第一个数据通讯接口为USB数据通讯接口，用于来读取贾卡工艺数据文件；第二个数据通讯接口为MII以太网接口，用于把花型工艺数据通过以太网络传递给压电贾卡控制器。接近开关用于确定经编机主轴的位置信息，并将该位置信息传递给压电贾卡控制器。压电贾卡控制器根据接近开关发送的经编机主轴位置信息，将从工控机中下载的工艺文件数据按照工艺顺序逐行读出，并通过工业以太网EtherCAT总线以报文的形式发送给压电贾卡中继器。当压电贾卡中继器接收到压电贾卡控制器发送的以太网数据包时，对数据包进行解析和交互并转发给下一个压电贾卡中继器，当数据帧完成与所有压电贾卡中继器的交互后，报文将从最后一个压电贾卡中继器原路返回到压电贾卡控制器进行处理。同时，压电贾卡中继器将数据发送给压电贾卡驱动器。压电贾卡驱动器根据从压电贾卡中继器获得的控制数据驱动压电贾卡动作，完成一道提花工序。

参照图1，本系统采用单一的以太网总线来完成从工控机到压电贾卡控制器，从压电贾卡控制器到压电贾卡中继器之间数据的传递，使数据在传输过程中无需多次进行通信协议的转换。系统在数据传输控制中采用分布时钟同步算法，通过分布时钟的精确调整，对压电贾卡完成精确同步控制。

压电贾卡控制器和压电贾卡中继器采用高性能的32位ARM核心处理器，使用工业以太网主从站方案来进行数据的传输，压电贾卡控制器作为系统的主站，压电贾卡中继器作为系统的从站。压电贾卡控制器最多可以同时与64个压电贾卡中继器进行数据通信，压电贾卡中继器最少可控制16个压电贾卡驱动器。因此，相较于以往的系统，本系统可以同时控制更多的压电贾卡导纱针来完成提花动作，同时具备了更快的运行速度和更加稳定的控制能力。

参照图2，本发明中压电贾卡控制系统的控制方法如下：

a、打开工控机内压电贾卡控制驱动软件，通过USB数据通讯接口读入工艺文件数据，并将工艺文件数据通过以太网络下载到压电贾卡控制器。

b、启动经编机的机械部分后，由接近开关获取经编机主轴的位置信息，并将该位置信息发给压电贾卡控制器；

c、压电贾卡控制器根据接近开关发送的经编机主轴位置信息，将从工控机中下载的工艺文件数据按照工艺顺序逐行读出，并通过工业以太网EtherCAT总线以报文的形式发送给压电贾卡中继器；

d、当压电贾卡中继器接收到压电贾卡控制器发送的以太网数据包时，对数据包进行解析和交互并转发给下一个压电贾卡中继器，整个交互和转发的过程只需要几纳秒，当数据帧完成与所有压电贾卡中继器的交互后，报文将从最后一个压电贾卡中继器原路返回到压电贾卡控制器进行处理。同时，压电贾卡中继器将数据发送给压电贾卡驱动器。

e、压电贾卡驱动器根据从压电贾卡中继器获得的控制数据驱动压电贾卡动作，完成一道提花工序。

f、重复步骤c到e，直至完成整个工艺。

本系统在压电贾卡控制器和压电贾卡中继器之间采用EtherCAT工业以太网进行通讯，压电贾卡控制器通过处理从压电贾卡中继器返回的数据来监测压电贾卡中继器是否出现异常，如果出现异常，将暂停当前工作状态，并把错误信息反馈给工控机的操作界面。

本系统的停止步骤为，工控机向压电贾卡控制器发出停止信号，压电贾卡控制器接收到该信号后停止相应的操作。

Claims (5)

1.一种嵌入式压电贾卡控制系统，其特征在于，包括：

工控机，一方面用于读取贾卡工艺数据文件，另一方面用于把贾卡工艺数据文件中的花型工艺数据通过以太网络传递给压电贾卡控制器；

压电贾卡控制器，基于搭载有Linux系统的ARM核心处理器实现，压电贾卡控制器作为通讯主站采用工业以太网EtherCAT总线多个从站进行数据包的传递，接收并处理从各个从站中返回的数据帧，根据数据帧时刻判断各从站的运行状况，在检测到异常时，将相应的报警状态置位

接近开关，用于确定经编机主轴的位置信息，并将该位置信息传递给压电贾卡控制器；

作为从站的压电贾卡中继器，采用ARM加FPGA的架构；

压电贾卡驱动器，用于接收对应的压电贾卡中继器传送的控制数据，并把数据通过脉冲信号的方式来控制压电贾卡；

压电贾卡，接收压电贾卡驱动器传来的脉冲信号，通过控制贾卡导纱针的偏移完成在布面上的提花动作。

2.如权利要求1所述的一种嵌入式压电贾卡控制系统，其特征在于，所述工控机包括有两个数据通讯接口：一个数据通讯接口为USB数据通讯接口，用于读取贾卡工艺数据文件；另一个数据通讯接口为MII以太网接口，用于把花型工艺数据通过以太网络传递给压电贾卡控制器。

3.如权利要求2所述的一种嵌入式压电贾卡控制系统，其特征在于，所述压电贾卡控制器具有MII网络通讯接口。

4.如权利要求1所述的一种嵌入式压电贾卡控制系统，其特征在于，通过人机界面查询所述压电贾卡控制器的报警情况，并进行相应的故障排除工作。

5.一种基于如权利要求1所述的嵌入式压电贾卡控制系统的压电贾卡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、打开工控机内压电贾卡控制驱动软件，读入贾卡工艺数据文件，并将贾卡工艺数据文件中的花型工艺数据通过以太网络下载到压电贾卡控制器；

第二步、启动经编机的机械部分后，由接近开关获取经编机主轴的位置信息，并将该位置信息发给压电贾卡控制器；

第三步、压电贾卡控制器根据接近开关发送的经编机主轴位置信息，将从工控机中下载的花型工艺数据按照工艺顺序逐行读出，并通过工业以太网EtherCAT总线以报文的形式发送给压电贾卡中继器；

第四步、当压电贾卡中继器接收到压电贾卡控制器发送的以太网数据包时，对数据包进行解析和交互并转发给下一个压电贾卡中继器，整个交互和转发的过程只需要几纳秒，当数据帧完成与所有压电贾卡中继器的交互后，报文将从最后一个压电贾卡中继器原路返回到压电贾卡控制器进行处理。同时，压电贾卡中继器将数据发送给压电贾卡驱动器；

第五步、压电贾卡驱动器根据从压电贾卡中继器获得的控制数据驱动压电贾卡动作，完成一道提花工序；

第六步、重复第三步到第五步，直至完成整个工艺。