花式紡紗機上位機軟件設計

張婉玉

（西安工程大學電子信息學院，西安710600）

1 引 言

花式紡紗機是一種生產噴毛帶子紗的圓筒機鉤機器，主要用于工藝產品和服裝的制造。花式紗線雖有近20 年的發展歷史，但國內企業在紡紗機方面仍處于不斷研究和改進的狀態[1]。文獻[2]中給出一種HFN32 型空心錠花式紡紗機，設備采用PLC 控制，操作簡單，但無法對紗線進行實時監控，并且新產品的研發也存在很大的局限性。文獻[3]的膨體紗機上位機軟件部分通過以太網接口與PLC 進行通訊，與PLC 中的寄存器地址進行關聯，實現對設備機械動作的控制。該操作界面設計友好，易于操作，且電控系統成本較低，編程及調試簡單，維護方便，但不能實現紗機數據實時監控以及數據即時存儲管理。

針對上述情況做出改進設計，提出一種基于嵌入式技術的紡紗機上位機系統，通過對紡紗機器工作狀態的監控實現快速高效的生產，在保證紡紗機生產質量穩定的前提下實現機器的監測以及數據的存儲和管理，順應當前科技水平對嵌入式系統提出的更高需求[4]。

2 花式紡紗機整體設計

紡紗機上位機系統是通過嵌入式Linux 實現紡紗機的監測、維護、管理的功能，通過軟硬件結合形成穩定的控制系統。硬件部分采用ARM 系列4412開發平臺；軟件部分在Linux 系統的基礎上搭建開發環境，然后使用QT/E 進行了用戶層圖形界面的開發[5]。與同類產品相比，更加穩定且可移植性好，具有較高的實用價值。

紡紗機系統為遞階結構[6]，系統結構如圖1 所示，主要包括上位機軟件系統、下位機主控制器FPGA 和各個驅動模塊。上位機主要負責紗線設置和人機交互控制任務，上位機通過設計紗線各段控制數據，并將控制數據發送給各個下位機子模塊；下位機根據現場信號進行實時控制各個單元完成紡紗動作，同時收集紡紗機運行過程中的各部件參數以及警報信息傳送給上位機；上位機將各參數通過界面顯示，當發現運行異常時發出警報。

圖1 紡紗機系統框圖

3 生產過程控制

3.1 生產流程

花式紗線的生產主要通過人機交互系統、實時控制系統、下位機運行操作。紗機運行時，通過實時控制系統檢測各紗機運行狀態并反饋到上位機操作系統，然后通過人機交互界面設置各紗機和各部件運行操作并發送到下位機操作系統，檢測到各部件正常后進行紡紗操作。紡紗機上位機軟件控制生產流程如圖2 所示。

圖2 上位機軟件控制生產流程

3.2 工藝參數設置

竹節紗是花式紗線的一種，其紡紗原理是瞬間改變細紗機的牽伸倍數或改變單位時間內的粗紗喂入量，從而達到產生竹節的目的。

在電腦紗線研發頁面輸入主機速度，前、中、后羅拉的速度以及空心錠的速度。在這個過程中必須至少有兩組數據，否則不能產生粗節和細節[7]。紡紗時，設置前、中羅拉進行牽伸，當中羅拉速度小于前羅拉速度才可以實現牽伸。

針對此步驟經常會出現的各種問題，例如斷頭，在紡紗過程中，應保持適當的張力，確保正常加捻卷繞及紡紗的順利進行。具有代表性的竹節紗過渡段工藝參數如表1 所示。

表1 過渡段竹節紗工藝參數

4 上位機軟件設計

4.1 功能模塊設計

為達到預期的紡織效果，滿足用戶需求，本系統具備的主要功能包括：智能查詢紗線的基本信息；根據已儲存的紗線信息進行新款的開發；實時接收由底層傳感器傳來的信號，控制機器工作及報警處理；監測與管理紗機正常運作。

圖3 紡紗機上位機軟件框架圖

圖中，用戶管理模塊是對用戶權限進行設定，限制用戶訪問空間；系統運行設定模塊用來檢測所有紗機運行狀態，選擇需要工作的紗機對各部件進行設定；運行監測，用于紗機運行時，對紗機各部件工作狀態監測并將各部件運行數據顯示在界面，當下位機紗機運行異常時發出預警；紗線研發，是根據客戶要求設置紗線各段控制數據，并將控制信息發送給下位機各控制部件，在已生產紗線基礎上進行新型紗線花型的設計和研發；紗線數據管理將各客戶及其紗線信息進行保存，且可在紗線研發狀態下進行數據讀取/更改并重新保存。

4.2 界面設計

如圖4 所示軟件系統主菜單，在該界面中可對用戶進行管理和設置，并完成紗線生產各部分設置。

圖4 主菜單界面

如圖5 所示為紗線研發界面，該界面中CAN 運行狀態顯示為綠燈時，系統才能給下位機發送數據；用戶可根據自己的需求，對紡紗機進行設置，由于本系統可以實現由一個CAN 同時控制多臺不同類型的紡紗機，因此首要選擇需要運行的紡紗機，只有選擇好了紡紗機，才能在系統運行設置中設置的該紡紗機各運轉部件的名稱。由于該控制系統可以保證開機和關機過程中所生產的產品與正常運行時的一樣，因此在運行時對主機速度也有一定的要求。

圖5 紗線研發界面

5 后臺數據庫

系統中將會存儲大量的文字信息和數字信息，數據庫設計也是系統設計的重點[8]。系統中所有的信息資源均有序地分類存儲在數據庫中，便于隨時調用。通過數據庫可以有效管理紗線數據，便于數據的寫入和讀取，而且可提高數據的讀寫效率。上位機軟件系統與數據庫之間的具體關系如圖6 所示。本系統采用MySQL 數據庫作為支持。

圖6 軟件系統和服務器關系圖

系統數據庫設計中包括用戶數據表“user”和紗線信息數據表“infor”。在Qt 中可便捷建立數據庫和數據表，首先需要在工程文件中加入sql 模塊，其次在主文件中創建數據庫，最后用代碼來實現創建名為“user”的用戶數據表。

“user”表用于記錄注冊用戶的資料，包含各字段。如表2 為“user”表的各字段名稱、長度、類型及功能。

表2 user 表字段屬性

表中“id”字段額外設置均為“auto_increment”,表示自增。字段類型有容量不同的“INT”整數型、“VARCHAR”字符型、“DATETIME”日期時間型等。至此，系統數據庫中用戶數據庫建立完成。

6 結束語

經實際測試表明，經此設計的花式紡紗機上位機軟件系統運行穩定，能夠實現紡紗機各項參數的設置、采集和傳輸，并實現實時監控。基于嵌入式技術以及物聯網技術實現的花式紡紗機上位機軟件系統在實時性和人性化監測上表現良好，具有廣泛的工業應用價值。