一種嵌入式壓電賈卡控制系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種嵌入式壓電賈卡控制系統(tǒng)及控制方法，該控制系統(tǒng)主要由工控機、壓電賈卡控制器、接近開關(guān)、壓電賈卡中繼器、壓電賈卡驅(qū)動器和壓電陶瓷賈卡導(dǎo)紗針組成。壓電賈卡控制器基于Linux系統(tǒng)下設(shè)計主站軟件的方式來實現(xiàn)。壓電賈卡中繼器采用ARM+FPGA的架構(gòu)。整個系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。本發(fā)明將嵌入式技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)總線技術(shù)很好地融入經(jīng)編機壓電賈卡控制系統(tǒng)之中，實現(xiàn)了更加精準(zhǔn)的同步控制，數(shù)據(jù)傳輸速度更快，數(shù)據(jù)包容量更大，實時響應(yīng)效果更好，系統(tǒng)抗干擾能力更強，布線更為靈活，以及功能的擴展性和升級等方面做到了很大的提升，提高了經(jīng)編機控制系統(tǒng)的高速化和智能化水平。
【專利說明】
一種嵌入式壓電賈卡控制系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種嵌入式壓電賈卡控制系統(tǒng)及控制方法，屬于紡織機械領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]賈卡經(jīng)編機從最初的機械式到電子式，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展為壓電陶瓷式。新一代的壓電陶瓷賈卡提花系統(tǒng)(Piezo賈卡系統(tǒng))，使得經(jīng)編賈卡技術(shù)更趨于完善，其產(chǎn)品更加精致和完美。壓電賈卡系統(tǒng)可以非常精確地控制每根導(dǎo)紗針的墊紗運動，而且花紋變換快速方便。 現(xiàn)在壓電陶瓷賈卡技術(shù)不但大量地應(yīng)用在普通賈卡經(jīng)編機上，而且在多梳經(jīng)編機和雙針床經(jīng)編機上也同樣廣泛使用。壓電陶瓷賈卡控制系統(tǒng)的開發(fā)，將使得賈卡提花原理得到進(jìn)一步發(fā)展。
[0003]就目前而言，經(jīng)編機賈卡控制系統(tǒng)普遍采用傳統(tǒng)的單片機和PLC作為處理器，其存在很多方面的不足。傳統(tǒng)的單片機抗干擾能力差，故障率高，不易擴展，開發(fā)周期長;PLC雖然在性能方面有很大的提升，但其擴展性不強，處理速度有限，價格也十分的高昂。嵌入式系統(tǒng)的引入，使整個系統(tǒng)在有限的成本下，提高了系統(tǒng)的處理速度，縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，使系統(tǒng)具有實時性和穩(wěn)定性更好，速度更快，抗干擾能力更強，功耗更低和擴展性更高等特點。因此，開發(fā)一套基于嵌入式和工業(yè)以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)，對經(jīng)編機的應(yīng)用和發(fā)展具有重要的意義和價值。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種嵌入式壓電賈卡控制系統(tǒng)及采用該系統(tǒng)的控制方法。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個技術(shù)方案是提供了一種嵌入式壓電賈卡控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:
[0006]工控機，一方面用于讀取賈卡工藝數(shù)據(jù)文件，另一方面用于把賈卡工藝數(shù)據(jù)文件中的花型工藝數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)絡(luò)傳遞給壓電賈卡控制器；
[0007]壓電賈卡控制器，基于搭載有Linux系統(tǒng)的ARM核心處理器實現(xiàn)，壓電賈卡控制器作為通訊主站采用工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT總線多個從站進(jìn)行數(shù)據(jù)包的傳遞，接收并處理從各個從站中返回的數(shù)據(jù)幀，根據(jù)數(shù)據(jù)幀時刻判斷各從站的運行狀況，在檢測到異常時，將相應(yīng)的報警狀態(tài)置位
[0008]接近開關(guān)，用于確定經(jīng)編機主軸的位置信息，并將該位置信息傳遞給壓電賈卡控制器；[0009 ]作為從站的壓電賈卡中繼器，采用ARM加FPGA的架構(gòu)；
[0010]壓電賈卡驅(qū)動器，用于接收對應(yīng)的壓電賈卡中繼器傳送的控制數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)通過脈沖信號的方式來控制壓電賈卡；
[0011]壓電賈卡，接收壓電賈卡驅(qū)動器傳來的脈沖信號，通過控制賈卡導(dǎo)紗針的偏移完成在布面上的提花動作。
[0012]優(yōu)選地，所述工控機包括有兩個數(shù)據(jù)通訊接口: 一個數(shù)據(jù)通訊接口為USB數(shù)據(jù)通訊接口，用于讀取賈卡工藝數(shù)據(jù)文件；另一個數(shù)據(jù)通訊接口為Mil以太網(wǎng)接口，用于把花型工藝數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)絡(luò)傳遞給壓電賈卡控制器。
[0013]優(yōu)選地，所述壓電賈卡控制器具有MII網(wǎng)絡(luò)通訊接口。
[0014]優(yōu)選地，通過人機界面查詢所述壓電賈卡控制器的報警情況，并進(jìn)行相應(yīng)的故障排除工作。
[0015]本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是提供了一種基于上述的嵌入式壓電賈卡控制系統(tǒng)的壓電賈卡控制方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0016]第一步、打開工控機內(nèi)壓電賈卡控制驅(qū)動軟件，讀入賈卡工藝數(shù)據(jù)文件，并將賈卡工藝數(shù)據(jù)文件中的花型工藝數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)絡(luò)下載到壓電賈卡控制器；
[0017]第二步、啟動經(jīng)編機的機械部分后，由接近開關(guān)獲取經(jīng)編機主軸的位置信息，并將該位置信息發(fā)給壓電賈卡控制器；
[0018]第三步、壓電賈卡控制器根據(jù)接近開關(guān)發(fā)送的經(jīng)編機主軸位置信息，將從工控機中下載的花型工藝數(shù)據(jù)按照工藝順序逐行讀出，并通過工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT總線以報文的形式發(fā)送給壓電賈卡中繼器；
[0019]第四步、當(dāng)壓電賈卡中繼器接收到壓電賈卡控制器發(fā)送的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包時，對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析和交互并轉(zhuǎn)發(fā)給下一個壓電賈卡中繼器，整個交互和轉(zhuǎn)發(fā)的過程只需要幾納秒，當(dāng)數(shù)據(jù)幀完成與所有壓電賈卡中繼器的交互后，報文將從最后一個壓電賈卡中繼器原路返回到壓電賈卡控制器進(jìn)行處理。同時，壓電賈卡中繼器將數(shù)據(jù)發(fā)送給壓電賈卡驅(qū)動器；
[0020]第五步、壓電賈卡驅(qū)動器根據(jù)從壓電賈卡中繼器獲得的控制數(shù)據(jù)驅(qū)動壓電賈卡動作，完成一道提花工序；
[0021]第六步、重復(fù)第三步到第五步，直至完成整個工藝。[〇〇22]本發(fā)明提供的系統(tǒng)在壓電賈卡控制器和壓電賈卡中繼器之間采用EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，壓電賈卡控制器通過處理從壓電賈卡中繼器返回的數(shù)據(jù)來監(jiān)測壓電賈卡中繼器是否出現(xiàn)異常，如果出現(xiàn)異常，將暫停當(dāng)前工作狀態(tài)，并把錯誤信息反饋給工控機的操作界面。
[0023]本發(fā)明提供的系統(tǒng)的停止步驟為，工控機向壓電賈卡控制器發(fā)出停止信號，壓電賈卡控制器接收到該信號后停止相應(yīng)的操作。
[0024]本發(fā)明提供的系統(tǒng)不僅大大地提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度，而且系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，在控制成本的同時大大提高了生產(chǎn)效率。此外相較于以往的經(jīng)編機壓電賈卡控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)中，壓電賈卡控制器使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口，可以方便地選用任何傳輸介質(zhì)，本系統(tǒng)采用100BASE-TX規(guī)范的5類UTP線纜，使系統(tǒng)布線更為靈活。[〇〇25]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0026]本發(fā)明的通過將嵌入式技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)總線技術(shù)很好地融入壓電陶瓷賈卡控制系統(tǒng)之中，使控制系統(tǒng)做到了以下方面的提升:[〇〇27](1)本發(fā)明基于工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的通訊，相較于以往的控制系統(tǒng)中采用多種總線架構(gòu)來完各個模塊數(shù)據(jù)間的通訊，本系統(tǒng)采用單一的以太網(wǎng)總線來完成從工控機到壓電賈卡控制器，從壓電賈卡控制器到壓電賈卡中繼器之間的數(shù)據(jù)傳遞，使數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中無需多次進(jìn)行通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸控制中采用分布時鐘同步算法，通過分布時鐘的精確調(diào)整，對壓電賈卡完成精確同步控制(控制誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于lys)；
[0028](2)本發(fā)明中，搭載了Linux嵌入式系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行靈活的軟硬件裁剪，使整個系統(tǒng)軟硬件緊密集成，提高了系統(tǒng)的可靠性并降低了使用者成本。嵌入式系統(tǒng)的的引入，使以后系統(tǒng)功能的升級和擴展更為方便簡單；
[0029](3)本發(fā)明采用以太網(wǎng)現(xiàn)場總線進(jìn)行通訊，工業(yè)以太網(wǎng)是當(dāng)前工業(yè)控制現(xiàn)場總線技術(shù)的一個重要發(fā)展方向，其可以接入標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)網(wǎng)端，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸，生產(chǎn)遠(yuǎn)程控制、故障實時監(jiān)測等功能提供了基礎(chǔ)。使用通用以太網(wǎng)元器件性價比更高；
[0030](4)本發(fā)明中，壓電賈卡控制器和壓電賈卡中繼器采用高性能的32位ARM核心處理器，使用工業(yè)以太網(wǎng)主從站方案來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，壓電賈卡控制器作為系統(tǒng)的主站，壓電賈卡中繼器作為系統(tǒng)的從站。壓電賈卡控制器最多可以同時與64個壓電賈卡中繼器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，壓電賈卡中繼器最少可控制16個壓電賈卡驅(qū)動器。因此，相較于以往的系統(tǒng)，本系統(tǒng)可以同時控制更多的壓電賈卡導(dǎo)紗針來完成提花動作，同時具備了更快的運行速度和更加穩(wěn)定的控制能力；
[0031](5)本發(fā)明通過軟硬件電路的設(shè)計，使系統(tǒng)抗干擾能力更強，能夠適應(yīng)經(jīng)編機和經(jīng)編機車間較差的工作環(huán)境；
[0032](6)本發(fā)明具有傳輸速度更快，數(shù)據(jù)包容量更大，實時響應(yīng)效果更好，穩(wěn)定性和可靠性更高等特點?！靖綀D說明】
[0033]圖1為本發(fā)明中壓電賈卡控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖2為本發(fā)明中壓電賈卡控制系統(tǒng)方法流程示意圖?！揪唧w實施方式】
[0035]下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0036]參照圖1，本發(fā)明提供的一種嵌入式壓電賈卡控制系統(tǒng)由工控機、壓電賈卡控制器、壓電賈卡中繼器、壓電賈卡驅(qū)動器，以及壓電陶瓷賈卡導(dǎo)紗針組成。所述工控機上裝有兩個數(shù)據(jù)通訊接口，第一個數(shù)據(jù)通訊接口為USB數(shù)據(jù)通訊接口，用于來讀取賈卡工藝數(shù)據(jù)文件;第二個數(shù)據(jù)通訊接口為MII以太網(wǎng)接口，用于把花型工藝數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)絡(luò)傳遞給壓電賈卡控制器。接近開關(guān)用于確定經(jīng)編機主軸的位置信息，并將該位置信息傳遞給壓電賈卡控制器。壓電賈卡控制器根據(jù)接近開關(guān)發(fā)送的經(jīng)編機主軸位置信息，將從工控機中下載的工藝文件數(shù)據(jù)按照工藝順序逐行讀出，并通過工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT總線以報文的形式發(fā)送給壓電賈卡中繼器。當(dāng)壓電賈卡中繼器接收到壓電賈卡控制器發(fā)送的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包時，對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析和交互并轉(zhuǎn)發(fā)給下一個壓電賈卡中繼器，當(dāng)數(shù)據(jù)幀完成與所有壓電賈卡中繼器的交互后，報文將從最后一個壓電賈卡中繼器原路返回到壓電賈卡控制器進(jìn)行處理。 同時，壓電賈卡中繼器將數(shù)據(jù)發(fā)送給壓電賈卡驅(qū)動器。壓電賈卡驅(qū)動器根據(jù)從壓電賈卡中繼器獲得的控制數(shù)據(jù)驅(qū)動壓電賈卡動作，完成一道提花工序。
[0037]參照圖1，本系統(tǒng)采用單一的以太網(wǎng)總線來完成從工控機到壓電賈卡控制器，從壓電賈卡控制器到壓電賈卡中繼器之間數(shù)據(jù)的傳遞，使數(shù)據(jù)在傳輸過程中無需多次進(jìn)行通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸控制中采用分布時鐘同步算法，通過分布時鐘的精確調(diào)整，對壓電賈卡完成精確同步控制。[〇〇38] 壓電賈卡控制器和壓電賈卡中繼器采用高性能的32位ARM核心處理器，使用工業(yè)以太網(wǎng)主從站方案來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，壓電賈卡控制器作為系統(tǒng)的主站，壓電賈卡中繼器作為系統(tǒng)的從站。壓電賈卡控制器最多可以同時與64個壓電賈卡中繼器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，壓電賈卡中繼器最少可控制16個壓電賈卡驅(qū)動器。因此，相較于以往的系統(tǒng)，本系統(tǒng)可以同時控制更多的壓電賈卡導(dǎo)紗針來完成提花動作，同時具備了更快的運行速度和更加穩(wěn)定的控制能力。
[0039]參照圖2,本發(fā)明中壓電賈卡控制系統(tǒng)的控制方法如下:
[0040]a、打開工控機內(nèi)壓電賈卡控制驅(qū)動軟件，通過USB數(shù)據(jù)通訊接口讀入工藝文件數(shù)據(jù)，并將工藝文件數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)絡(luò)下載到壓電賈卡控制器。
[0041]b、啟動經(jīng)編機的機械部分后，由接近開關(guān)獲取經(jīng)編機主軸的位置信息，并將該位置信息發(fā)給壓電賈卡控制器；[〇〇42] c、壓電賈卡控制器根據(jù)接近開關(guān)發(fā)送的經(jīng)編機主軸位置信息，將從工控機中下載的工藝文件數(shù)據(jù)按照工藝順序逐行讀出，并通過工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT總線以報文的形式發(fā)送給壓電賈卡中繼器；
[0043]d、當(dāng)壓電賈卡中繼器接收到壓電賈卡控制器發(fā)送的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包時，對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析和交互并轉(zhuǎn)發(fā)給下一個壓電賈卡中繼器，整個交互和轉(zhuǎn)發(fā)的過程只需要幾納秒，當(dāng)數(shù)據(jù)幀完成與所有壓電賈卡中繼器的交互后，報文將從最后一個壓電賈卡中繼器原路返回到壓電賈卡控制器進(jìn)行處理。同時，壓電賈卡中繼器將數(shù)據(jù)發(fā)送給壓電賈卡驅(qū)動器。
[0044]e、壓電賈卡驅(qū)動器根據(jù)從壓電賈卡中繼器獲得的控制數(shù)據(jù)驅(qū)動壓電賈卡動作，完成一道提花工序。
[0045]f、重復(fù)步驟c到e，直至完成整個工藝。
[0046]本系統(tǒng)在壓電賈卡控制器和壓電賈卡中繼器之間采用EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，壓電賈卡控制器通過處理從壓電賈卡中繼器返回的數(shù)據(jù)來監(jiān)測壓電賈卡中繼器是否出現(xiàn)異常，如果出現(xiàn)異常，將暫停當(dāng)前工作狀態(tài)，并把錯誤信息反饋給工控機的操作界面。
[0047]本系統(tǒng)的停止步驟為，工控機向壓電賈卡控制器發(fā)出停止信號，壓電賈卡控制器接收到該信號后停止相應(yīng)的操作。
【主權(quán)項】
1.一種嵌入式壓電賈卡控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:工控機，一方面用于讀取賈卡工藝數(shù)據(jù)文件，另一方面用于把賈卡工藝數(shù)據(jù)文件中的 花型工藝數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)絡(luò)傳遞給壓電賈卡控制器；壓電賈卡控制器，基于搭載有Linux系統(tǒng)的ARM核心處理器實現(xiàn)，壓電賈卡控制器作為 通訊主站采用工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT總線多個從站進(jìn)行數(shù)據(jù)包的傳遞，接收并處理從各個從 站中返回的數(shù)據(jù)幀，根據(jù)數(shù)據(jù)幀時刻判斷各從站的運行狀況，在檢測到異常時，將相應(yīng)的報 警狀態(tài)置位接近開關(guān)，用于確定經(jīng)編機主軸的位置信息，并將該位置信息傳遞給壓電賈卡控制器；作為從站的壓電賈卡中繼器，采用ARM加FPGA的架構(gòu)；壓電賈卡驅(qū)動器，用于接收對應(yīng)的壓電賈卡中繼器傳送的控制數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)通過脈 沖信號的方式來控制壓電賈卡；壓電賈卡，接收壓電賈卡驅(qū)動器傳來的脈沖信號，通過控制賈卡導(dǎo)紗針的偏移完成在 布面上的提花動作。2.如權(quán)利要求1所述的一種嵌入式壓電賈卡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述工控機包括有 兩個數(shù)據(jù)通訊接口:一個數(shù)據(jù)通訊接口為USB數(shù)據(jù)通訊接口，用于讀取賈卡工藝數(shù)據(jù)文件； 另一個數(shù)據(jù)通訊接口為MII以太網(wǎng)接口，用于把花型工藝數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)絡(luò)傳遞給壓電賈 卡控制器。3.如權(quán)利要求2所述的一種嵌入式壓電賈卡控制系統(tǒng)，其特征在于，所述壓電賈卡控制 器具有MII網(wǎng)絡(luò)通訊接口。4.如權(quán)利要求1所述的一種嵌入式壓電賈卡控制系統(tǒng)，其特征在于，通過人機界面查詢 所述壓電賈卡控制器的報警情況，并進(jìn)行相應(yīng)的故障排除工作。5.—種基于如權(quán)利要求1所述的嵌入式壓電賈卡控制系統(tǒng)的壓電賈卡控制方法，其特 征在于，包括以下步驟:第一步、打開工控機內(nèi)壓電賈卡控制驅(qū)動軟件，讀入賈卡工藝數(shù)據(jù)文件，并將賈卡工藝 數(shù)據(jù)文件中的花型工藝數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)絡(luò)下載到壓電賈卡控制器；第二步、啟動經(jīng)編機的機械部分后，由接近開關(guān)獲取經(jīng)編機主軸的位置信息，并將該位 置信息發(fā)給壓電賈卡控制器；第三步、壓電賈卡控制器根據(jù)接近開關(guān)發(fā)送的經(jīng)編機主軸位置信息，將從工控機中下 載的花型工藝數(shù)據(jù)按照工藝順序逐行讀出，并通過工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT總線以報文的形式 發(fā)送給壓電賈卡中繼器；第四步、當(dāng)壓電賈卡中繼器接收到壓電賈卡控制器發(fā)送的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包時，對數(shù)據(jù)包 進(jìn)行解析和交互并轉(zhuǎn)發(fā)給下一個壓電賈卡中繼器，整個交互和轉(zhuǎn)發(fā)的過程只需要幾納秒， 當(dāng)數(shù)據(jù)幀完成與所有壓電賈卡中繼器的交互后，報文將從最后一個壓電賈卡中繼器原路返 回到壓電賈卡控制器進(jìn)行處理。同時，壓電賈卡中繼器將數(shù)據(jù)發(fā)送給壓電賈卡驅(qū)動器；第五步、壓電賈卡驅(qū)動器根據(jù)從壓電賈卡中繼器獲得的控制數(shù)據(jù)驅(qū)動壓電賈卡動作， 完成一道提花工序；第六步、重復(fù)第三步到第五步，直至完成整個工藝。
【文檔編號】D04B27/32GK106012275SQ201610312603
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】李策, 郗欣甫, 孟婥, 孫以澤
【申請人】東華大學(xué)