一種電腦羅拉車控制系統(tǒng)

熊鵬飛　雷艇

摘 要 傳統(tǒng)的羅拉車依靠人工控制，對(duì)工人的技術(shù)要求較高，對(duì)于復(fù)雜的加工，操作難度大，加工效率低，無(wú)法滿足需求，為了提高效率、增加產(chǎn)量同時(shí)保障加工質(zhì)量，結(jié)合自動(dòng)化控制和數(shù)控技術(shù)的電腦羅拉車應(yīng)勢(shì)而生。本文從羅拉車組成、工作原理、功能需求、硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)等方面介紹一種通用羅拉車控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞 羅拉車 控制系統(tǒng) 上位機(jī) 下位機(jī)

中圖分類號(hào)：TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

羅拉車是一種工業(yè)縫紉機(jī)，主要由縫紉機(jī)座、縫紉機(jī)頭、驅(qū)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成?？p紉機(jī)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(jī)座上有縫紉工作臺(tái)，縫紉工作臺(tái)中在與上滾輪相對(duì)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(jī)座下方設(shè)置有控制踏板、驅(qū)動(dòng)控制器以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

傳統(tǒng)的半自動(dòng)羅拉車在加工過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)倒縫，自動(dòng)剪線，自動(dòng)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(chǎng)需求量的增長(zhǎng)以及人工勞動(dòng)成本的逐漸升高，這種半自動(dòng)的羅拉車已經(jīng)無(wú)法滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，結(jié)合數(shù)控技術(shù)研發(fā)的自動(dòng)控制的電腦羅拉車應(yīng)勢(shì)而生，目前國(guó)外已有較先進(jìn)的電腦羅拉車系統(tǒng)，但價(jià)格普遍偏高，為了滿足國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)需求，自主研制一種高效、智能的羅拉車控制系統(tǒng)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(tái)上，上滾輪放下，踩下腳踏板，機(jī)器開(kāi)始工作。在縫紉過(guò)程中，機(jī)針除了上、下運(yùn)動(dòng)外，還需要同步擺動(dòng)，當(dāng)針從上往下運(yùn)動(dòng)時(shí)，在上針位區(qū)間，擺針與滾輪同步反向運(yùn)動(dòng)，各自完成一半針距，這樣通過(guò)滾輪和針擺的反向運(yùn)動(dòng)，完成一個(gè)完整針距。在下針位區(qū)間，擺針與滾輪同向運(yùn)動(dòng)，回到起點(diǎn)。

1.2功能需求

通過(guò)對(duì)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(yùn)動(dòng)、針擺動(dòng)、上下送料滾輪運(yùn)動(dòng)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)羅拉車運(yùn)行狀態(tài)，電腦羅拉車還有實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)器狀態(tài)的功能;（4）為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互及編寫數(shù)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(shù)據(jù)傳輸功能的控制面板。

2硬件設(shè)計(jì)

基于以上羅拉車的功能分析，本系統(tǒng)使用裝載WINCE系統(tǒng)的液晶觸摸屏作為上位機(jī)，智能運(yùn)動(dòng)控制卡為下位機(jī)，搭配一個(gè)交流伺服電機(jī)，三個(gè)步進(jìn)電機(jī)，三個(gè)電磁鐵以及各類傳感器、LED燈、開(kāi)關(guān)若干，滿足功能需求，硬件設(shè)計(jì)方案

如圖1所示。

2.1液晶屏操作

為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互及編寫數(shù)控代碼功能，使用裝載了WINCE系統(tǒng)的液晶觸摸屏作為控制面板，將用Visual Studio開(kāi)發(fā)的上位機(jī)軟件安裝到該系統(tǒng)上，在面板上雙擊運(yùn)行上位機(jī)軟件，可以實(shí)現(xiàn)顯示功能、參數(shù)編輯及下載功能以及控制功能。

2.2智能運(yùn)動(dòng)控制卡

運(yùn)動(dòng)控制卡是現(xiàn)代多軸控制系統(tǒng)中用于同時(shí)控制多個(gè)電機(jī)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(jì)數(shù)，數(shù)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(xù)的、高頻率的脈沖信號(hào)或電平信號(hào)，從IO輸入口則可以獲取傳感器數(shù)據(jù)。

2.3四軸控制

羅拉車工作一共有四個(gè)運(yùn)動(dòng)，即縫紉針的上下運(yùn)動(dòng)、縫紉針的往復(fù)擺動(dòng)、上、下送料滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，傳統(tǒng)的單軸電腦羅拉車為了實(shí)現(xiàn)這四個(gè)功能，需要復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，為了簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)同時(shí)便于自動(dòng)化控制，該系統(tǒng)采用四個(gè)電機(jī)獨(dú)立控制四個(gè)運(yùn)動(dòng)的方案。

2.4開(kāi)關(guān)及傳感器

該系統(tǒng)使用三個(gè)電磁鐵實(shí)現(xiàn)撥線、剪線和抬壓腳的功能，因此控制卡有相應(yīng)的IO接口輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)以控制電磁鐵的通斷，如圖1所示。

該系統(tǒng)從運(yùn)動(dòng)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(shù)據(jù)，從而了解羅拉車狀態(tài)。

3軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)由上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)組成，因此軟件設(shè)計(jì)也包括這兩個(gè)方面。

3.1上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件的功能主要是顯示功能、參數(shù)設(shè)置功能、對(duì)話功能以及控制功能等。

本系統(tǒng)選用已搭載了WINCE系統(tǒng)的液晶觸摸屏，使用Visual Studio軟件開(kāi)發(fā)智能設(shè)備應(yīng)用程序，在WINCE系統(tǒng)上運(yùn)行該智能設(shè)備應(yīng)用程序可以顯示我們?cè)O(shè)計(jì)好的界面，運(yùn)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(jiǎn)單便利。

在應(yīng)用程序運(yùn)行的時(shí)候，點(diǎn)擊圖2（a）所示的羅拉參數(shù)或者控制器參數(shù)按鈕，選擇需要查看或者修改的參數(shù)類型，圖2（c）所示為選擇羅拉車參數(shù)的界面，圖2（d）所示為控制器參數(shù)和測(cè)試界面，進(jìn)入?yún)?shù)顯示界面就能夠查看或修改參數(shù)。

人機(jī)對(duì)話功能更加方便操作人員修改參數(shù)、編輯及下載程序以及控制加工。上位機(jī)程序運(yùn)行時(shí)，將用戶對(duì)觸摸屏的操作以消息的形式傳遞到程序內(nèi)部，在程序內(nèi)部對(duì)消息做出響應(yīng)并處理，這就是對(duì)話實(shí)現(xiàn)。

圖2（a）所示“模式選擇”按鈕，用于控制羅拉車運(yùn)行模式，程序啟動(dòng)后默認(rèn)是手動(dòng)模式，點(diǎn)擊按鈕，模式切換為自動(dòng)模式，如圖2（b）所示;圖2（a）所示“復(fù)位”、“啟動(dòng)”、“停止”按鈕用于直接控制羅拉車回零、啟動(dòng)和停止。

3.2下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)包括智能運(yùn)動(dòng)控制卡和驅(qū)動(dòng)器，使用IAR編譯軟件編寫C語(yǔ)言代碼并下載到智能運(yùn)動(dòng)控制卡中，上電后，程序自動(dòng)運(yùn)行并與上位機(jī)連接。下位機(jī)的功能是接收來(lái)自上位機(jī)的數(shù)據(jù)包括控制信號(hào)和參數(shù)、監(jiān)測(cè)羅拉車狀態(tài)并且將故障信息反饋給上位機(jī)、以及控制加工等，程序框圖如圖3所示。

下位機(jī)一旦與上位機(jī)連接成功便可進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，操作者在上位機(jī)上編輯或修改加工或系統(tǒng)參數(shù)，發(fā)送給下位機(jī)，用于加工。下位機(jī)接收到來(lái)自上位機(jī)的控制信號(hào)時(shí)會(huì)做出反應(yīng)，如輸出某種的脈沖信號(hào)或電平信號(hào)等。

下位機(jī)實(shí)時(shí)獲取傳感器的的信號(hào)以獲取羅拉車的狀態(tài)信息，當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)便停止加工，并將錯(cuò)誤報(bào)告反饋給上位機(jī)顯示。

下位機(jī)接收數(shù)據(jù)后發(fā)出脈沖或電平控制電機(jī)、電磁鐵、LED燈等作出反應(yīng)進(jìn)行加工和提示。

4結(jié)束語(yǔ)

本文首先從羅拉車原理出發(fā)分析了羅拉車控制系統(tǒng)功能需求。

然后根據(jù)羅拉車的功能需求設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案。

最后根據(jù)功能需求及硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，完成整套控制系統(tǒng)。

本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于采用了四軸控制技術(shù)，便于自動(dòng)化控制和數(shù)控加工，大大降低了機(jī)械本身的設(shè)計(jì)難度，簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)、減小了羅拉車體積，同時(shí)提高了系統(tǒng)的靈活性，擴(kuò)大了適用范圍。

參考文獻(xiàn)

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