一種電腦羅拉車控制系統

熊鵬飛　雷艇

摘 要 傳統的羅拉車依靠人工控制，對工人的技術要求較高，對于復雜的加工，操作難度大，加工效率低，無法滿足需求，為了提高效率、增加產量同時保障加工質量，結合自動化控制和數控技術的電腦羅拉車應勢而生。本文從羅拉車組成、工作原理、功能需求、硬件設計及軟件設計等方面介紹一種通用羅拉車控制系統。

關鍵詞 羅拉車 控制系統 上位機 下位機

中圖分類號：TP273文獻標識碼：A

0引言

羅拉車是一種工業縫紉機，主要由縫紉機座、縫紉機頭、驅動控制器和驅動電機組成。縫紉機頭有縫紉針桿和上滾輪，縫紉針安裝在縫紉針桿的下端，縫紉機座上有縫紉工作臺，縫紉工作臺中在與上滾輪相對的位置安裝有下滾輪和剪線裝置，上下滾輪也稱為上下送料滾輪，縫紉機座下方設置有控制踏板、驅動控制器以及驅動電機。

傳統的半自動羅拉車在加工過程中能夠實現自動倒縫，自動剪線，自動壓腳提升等功能，且車縫順暢、線跡美觀，但是加工仍舊依賴于人工控制，隨著市場需求量的增長以及人工勞動成本的逐漸升高，這種半自動的羅拉車已經無法滿足工業生產的要求，結合數控技術研發的自動控制的電腦羅拉車應勢而生，目前國外已有較先進的電腦羅拉車系統，但價格普遍偏高，為了滿足國內的市場需求，自主研制一種高效、智能的羅拉車控制系統十分具有意義。

1功能分析

1.1羅拉車工作原理

把料放在縫紉工作臺上，上滾輪放下，踩下腳踏板，機器開始工作。在縫紉過程中，機針除了上、下運動外，還需要同步擺動，當針從上往下運動時，在上針位區間，擺針與滾輪同步反向運動，各自完成一半針距，這樣通過滾輪和針擺的反向運動，完成一個完整針距。在下針位區間，擺針與滾輪同向運動，回到起點。

1.2功能需求

通過對羅拉車縫紉原理的分析，可知電腦羅拉車需要完成的功能有：（1）基本功能有針桿和勾線裝置的運動、針擺動、上下送料滾輪運動等;（2）除了以上完成縫紉的基本功能外，羅拉車還有撥線、剪線和抬壓腳等輔助功能;（3）為了實時監測羅拉車運行狀態，電腦羅拉車還有實時檢測機器狀態的功能;（4）為了實現人機交互及編寫數控代碼功能，羅拉車還需搭配具有顯示功能、編輯功能以及數據傳輸功能的控制面板。

2硬件設計

基于以上羅拉車的功能分析，本系統使用裝載WINCE系統的液晶觸摸屏作為上位機，智能運動控制卡為下位機，搭配一個交流伺服電機，三個步進電機，三個電磁鐵以及各類傳感器、LED燈、開關若干，滿足功能需求，硬件設計方案

如圖1所示。

2.1液晶屏操作

為了實現人機交互及編寫數控代碼功能，使用裝載了WINCE系統的液晶觸摸屏作為控制面板，將用Visual Studio開發的上位機軟件安裝到該系統上，在面板上雙擊運行上位機軟件，可以實現顯示功能、參數編輯及下載功能以及控制功能。

2.2智能運動控制卡

運動控制卡是現代多軸控制系統中用于同時控制多個電機必不可少的裝置，其核心是微處理器和可編程器件，有脈沖輸出，脈沖計數，數字量輸入、輸出，模擬量輸入、輸出等功能，微處理器及可編程器件可以控制IO口輸出連續的、高頻率的脈沖信號或電平信號，從IO輸入口則可以獲取傳感器數據。

2.3四軸控制

羅拉車工作一共有四個運動，即縫紉針的上下運動、縫紉針的往復擺動、上、下送料滾輪的轉動，傳統的單軸電腦羅拉車為了實現這四個功能，需要復雜的機械傳動機構，為了簡化機械結構同時便于自動化控制，該系統采用四個電機獨立控制四個運動的方案。

2.4開關及傳感器

該系統使用三個電磁鐵實現撥線、剪線和抬壓腳的功能，因此控制卡有相應的IO接口輸出開關信號以控制電磁鐵的通斷，如圖1所示。

該系統從運動控制卡的模擬量輸入口獲得速度傳感器、光電傳感器、光柵傳感器等傳感器的數據，從而了解羅拉車狀態。

3軟件設計

控制系統由上位機系統和下位機系統組成，因此軟件設計也包括這兩個方面。

3.1上位機軟件設計

上位機軟件的功能主要是顯示功能、參數設置功能、對話功能以及控制功能等。

本系統選用已搭載了WINCE系統的液晶觸摸屏，使用Visual Studio軟件開發智能設備應用程序，在WINCE系統上運行該智能設備應用程序可以顯示我們設計好的界面，運行后的初始界面如圖2 （a）所示，可以看到在該界面能夠給操作者十分直觀地感受，操作更加簡單便利。

在應用程序運行的時候，點擊圖2（a）所示的羅拉參數或者控制器參數按鈕，選擇需要查看或者修改的參數類型，圖2（c）所示為選擇羅拉車參數的界面，圖2（d）所示為控制器參數和測試界面，進入參數顯示界面就能夠查看或修改參數。

人機對話功能更加方便操作人員修改參數、編輯及下載程序以及控制加工。上位機程序運行時，將用戶對觸摸屏的操作以消息的形式傳遞到程序內部，在程序內部對消息做出響應并處理，這就是對話實現。

圖2（a）所示“模式選擇”按鈕，用于控制羅拉車運行模式，程序啟動后默認是手動模式，點擊按鈕，模式切換為自動模式，如圖2（b）所示;圖2（a）所示“復位”、“啟動”、“停止”按鈕用于直接控制羅拉車回零、啟動和停止。

3.2下位機軟件設計

下位機包括智能運動控制卡和驅動器，使用IAR編譯軟件編寫C語言代碼并下載到智能運動控制卡中，上電后，程序自動運行并與上位機連接。下位機的功能是接收來自上位機的數據包括控制信號和參數、監測羅拉車狀態并且將故障信息反饋給上位機、以及控制加工等，程序框圖如圖3所示。

下位機一旦與上位機連接成功便可進行數據交流，操作者在上位機上編輯或修改加工或系統參數，發送給下位機，用于加工。下位機接收到來自上位機的控制信號時會做出反應，如輸出某種的脈沖信號或電平信號等。

下位機實時獲取傳感器的的信號以獲取羅拉車的狀態信息，當檢測到故障時便停止加工，并將錯誤報告反饋給上位機顯示。

下位機接收數據后發出脈沖或電平控制電機、電磁鐵、LED燈等作出反應進行加工和提示。

4結束語

本文首先從羅拉車原理出發分析了羅拉車控制系統功能需求。

然后根據羅拉車的功能需求設計控制系統的硬件設計方案。

最后根據功能需求及硬件設計進行軟件設計，完成整套控制系統。

本系統的優點在于采用了四軸控制技術，便于自動化控制和數控加工，大大降低了機械本身的設計難度，簡化了機械結構、減小了羅拉車體積，同時提高了系統的靈活性，擴大了適用范圍。

參考文獻

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