电脑自动调线大圆机选针控制系统的研究大学毕业论文.docx
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电脑自动调线大圆机选针控制系统的研究大学毕业论文
分类号学校代码
UDC学号
硕士学位论文
电脑自动调线大圆机选针
控制系统的研究
作者姓名:
指导教师:
学科门类:
专业:
研究方向:
完成日期:
wuhanuniversityofScienceandEngineering
M.S.Dissertation
ResearchontheneedleselectioncontrolsystemofComputerizedAutostriperCircularKnittingMachine
By
HUSong-mao
Directedby
ProfessorWUxiao-guang
May2007
独创性声明
本人郑重声明:
所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名:
签字日期:
年月日
论文题目:
电脑自动调线大圆机选针控制系统的研究
专业:
机械设计及理论
硕士生:
胡松茂
指导教师:
吴晓光教授
摘要
我国电脑自动调线大圆机迄今为止尚属空白,国外以电脑提花大圆机为基础改造为电脑自动调线大圆机,其本质是以电子选针器通过调线手指改变色彩纱线的顺序并有规则的排列间距的彩色织物,因此,电脑提花大圆机与电脑自动调线大圆机编织的织物成为时下流行的针织面料。
电脑自动调线大圆机控制系统的开发一方面要了解针织行业自身的特点,精通针织工艺。
另一方面要运用一些控制理论,如数字控制、电子驱动等有关知识,而且要把两方面紧密地结合起来才能开发出较为成功的控制系统。
因此,根据针织工艺的编织过程以及相关的控制理论,开发电脑自动调线大圆机控制系统是本论文研究的主要任务。
本论文首先对针织原理,传统的“二功位”选针、“三功位”选针,多级式电子选针原理、自动调线装置及其工作原理做了详细介绍。
其中关于电子选针数据的准备,根据现有的文件资料,在理解的基础上提出了自己的算法,并完成了算法的计算机实现。
硬件控制部分主要根据电子提花大圆机改造而成的,采用以PC104为主机,89C51单片机为从机的主从两级控制。
应用485串行通信总线实现控制,并将FLASH存储器成功地应用于硬件控制器中。
界面操作系统软件主要通过EVC工具开发,操作方便。
关键词:
电子选针;自动调线;控制系统;针织工艺;面向对象
研究类型:
应用研究
Subject:
ResearchontheneedleselectioncontrolsystemofComputerizedAutoStriperCircularKnittingMachine
Specialty:
Machinedesignandtheories
Name:
HuSongmao
Instruction:
professorwuxiaoguang
ABSTRACT
Computerizedautostripercircularknittingmachineisstillblankinourcountry.IntheoverseaComputerizedautostripercircularknittingmachineischangedonthebaseofcomputerjacquardcirclemachine.itsessenceisadjustingtheorderofyarnbyselector,andformscoloredstripedfabricoftherulearrangement,therefore,thefabricknittedbycomputerjacquardcirclemachineandComputerizedautostripercircularknittingmachinebecomesafashionedtextilefabrics.
Thedevelopmentofcomputerizedstripercircularknittingmachineneedstoknowaboutthemechanismoftheknittingprocessandtobefamiliarwithstate-of-the-artofknittingindustry.Moreover,it’salsonecessarytobeabletoputthecontroltheoryintopracticebytheuseofnumericcontrol,electronicdriving,etc.Successfulcontrolsystemcouldonlybeimplementedbygoodintegrationofthesetwoaspects.Eventually,themainworkofthispaperistodevelopakindofcomputerizedautostripercircularknittingmachinebytheknittingprocessandrelatedcontroltechniques.
Theknittingmethod,twoworkpositionandthreeworkpositionelectronicjacquardmethods,Multi-levelpiezoelectricneedleselectionmechanism,theautomaticstriperdevicewereintroducedindetailinthispaper.Onthebaseofcurrentknowndatum,thispaperintroduceddatapreparationsystemandtherealizationofthisdatapreparationmethodincomputer.Controlhardwaresystemisreformedonthebaseofelectronicjacquardcircularknittingmachine.Itadoptsprincipalandsubordinatestructure,PC104astheprincipalmachineand89C51systemasthesubmachine.TransmitdatabusadoptsstandardRS-485serialbusandthemajordatamemoryadoptsflashmemory.SoftwareinterfacesystemisdevelopedbyEVCtools,itisveryconvenienttousebuttons.
Keywords:
Electronselector;Autostripedyarn;Controlsystem;Knittingprocess;Object-Orientedtechnology
Thesis:
Appliedresearch
目录
1 绪论……………………………………………………………………………1
1.1课题背景、来源、意义及任务…………………………………………………1
1.1.1 课题背景………………………………………………………………1
1.1.2 课题来源…………………………………………………………………2
1.1.3 课题目的及意义…………………………………………………………2
1.1.4 课题任务…………………………………………………………………2
1.2 国内外发展现状……………………………………………………………2
1.3 本课题的研究意义………………………………………………………4
2 选针和自动调线原理介绍……………………………………………………6
2.1 电子选针基本原理………………………………………………………6
2.1.1 大圆机三种编织位置的选针原理………………………………………6
2.1.2 “二功位”选针原理………………………………………………………7
2.1.3 “三功位”选针原理……………………………………………………8
2.1.4 多级电子选针器的组成结构与选针原理……………………………8
2.2 自动调线原理………………………………………………………………9
2.2.1 自动调线装置的组成…………………………………………………9
2.2.2 自动调线装置的工作原理……………………………………………10
2.2.3 自动调线过程……………………………………………………………12
3 电子选针的数据准备…………………………………………………15
3.1 花纹数据的准备……………………………………………………………15
3.2 编织数据的准备……………………………………………………………16
3.3 选针数据的准备……………………………………………………………17
4 电子选针控制系统的设计……………………………………………………20
4.1 硬件系统的总体结构设计…………………………………………………20
4.1.1 系统总体控制流程结构图………………………………………………21
4.1.2 系统各部分功能介绍……………………………………………………22
4.2 系统控制软件的总体功能设计……………………………………………23
4.2.1 主机控制框图及说明……………………………………………………23
4.2.2 从机控制框图及说明……………………………………………………25
4.3 数据存储的设计……………………………………………………………26
4.3.1 K9F1608存储器的介绍…………………………………………………26
4.3.2 K9F1608存储器的硬件连接……………………………………………27
4.3.3 K9F1608存储器的程序设计管理………………………………………29
4.4 串口通信控制程序设计……………………………………………………34
4.4.1 主机串口通讯程序设计…………………………………………………34
4.4.2 从机串口通讯程序设计…………………………………………………35
5 基于面向对象的系统界面操作软件的设计统的设计………………………38
5.1 面向对象技术………………………………………………………………38
5.2 面向对象的建模…………………………………………………………39
5.3 系统界面开发环境介绍……………………………………………………40
5.4 用户界面……………………………………………………………………41
6 控制系统软件的测试与维护…………………………………………………44
6.1 软件的测试………………………………………………………………44
6.1.1 软件测试的基本方法……………………………………………………44
6.1.2 测试的实施过程…………………………………………………………45
6.2 软件的维护………………………………………………………………46
6.2.1 软件的维护要求…………………………………………………………46
6.2.2 代码分析…………………………………………………………………47
7 总结……………………………………………………………………………48
致谢………………………………………………………………………………49
参考文献………………………………………………………………………50
1绪论
1.1课题背景、来源、意义及任务
1.1.1课题背景
随着国民经济的飞速发展,人们的生活水平正在逐步提高,从食品,到交通,从通讯,到衣着,处处体现着人们不断增长的物质需求和文化需要。
随着WTO的加入,市场对新颖的针织产品的需求量越来越大[1]。
针织工业的生产和产品发展已趋于规模化、时尚化、功能化、个性化、品牌化和快速化[2][3],针织企业和产业集群规模越来越大,产品品牌的发展也越来越得到了重视和发展,所有这些都对针织、编织生产所需的针织机械提出了新的越来越高的要求。
由于我国针织机械产品还不能完全适应我国针织工业发展的需要,历年来针织机械进口量居高不下,在整个纺织机械进口中,占有较大比重。
因此,必须加快我国针织机械的发展,特别是加快我国电脑针织机械产品的发展。
据统计:
发达国家针织面料占服装行业用料的50%以上,而我国尚不足20%;国内现有50000台针织机械中符合生产中、高档面料的设备较少,每年仍需进口针织面料40亿米;我国针织大圆机的市场需求约5000台,国产针织机械的市场占有不足20%。
针织机械的落后不仅影响了纺织行业产品结构的调整,制约了纺织面料质量的提高,也限制了纺织品在国市场的竞争能力。
我国针织工业的技术装备经多年来技术改造,虽有不少进步,但总体针织设备与国外先进水平相比,还比较落后,存在很大的差距。
主要差距和存在问题是:
总体技术水平低,产品自主开发和创新能力薄弱,研制开发资金投入不足。
目前国内的纺织机械制造企业没有一家国家级技术开发中心,技术开发成本占销售额的比例不到1%。
新产品的技术来源主要是技术引进、合作生产或样机仿造,创新很少,与国外同类机型在性能价格比上处于弱势。
如机电一体化程度高的电脑针织提花大圆面积机等产品,国内虽然进行了技术合作,但由于技术开发能力和研发资金不足,产品照国外图纸生产,没有创新,主要关键零部件仍需进口,如花型硬件系统、花型软件系统、提花选针器等目前仍以进口产品为主;企业技改力度不够,制造技术落后。
传统的加工技术,难以保证产品质量,如国内现有的电脑针织设备的选针器仍采用电磁铁技术,其内在质量不稳定,产品制造精度差。
这些因素严重影响了选针器的可靠性、稳定性和一致性;国内基础工业薄弱,基础配套件跟不上,影响到电脑针织提花大圆机的产品质量和机电一体化水平的提高。
近几年来我国在计算机控制技术和电子提花技术已在各类针织机械产品中普遍应用,如电脑提花大圆机、横机、袜机和经编用整经机上都有采用,随着用户对多色横条纹布[6](自动间横条纹色彩布料)需求的大量增加,对原有的电脑针织提花大圆机基础上改造成的自动调线机需求也越来越迫切。
1.1.2课题来源
本课题来源于广东省佛山市禅城区产学研专项资金项目《“野马”牌针织大圆机的电子选针控制系统的技术改造》,由武汉科技学院与广东省佛山市汇隆针织厂共同合作进行。
1.1.3课题目的及意义
针织大圆机作为目前市场上使用最多的针织机械之一,其发展已经完全走入了正轨,取得的突出成绩主要表现是外观设计、电子技术的应用、产品的实用性上均得到了用户企业的首肯。
控制系统作为整个针织大圆机的核心部分,它的突破改进才是整个机器发展的关键。
目前国内发展虽然与国外先进技术有较大差距,但这也是国内针织大圆机发展的总体方向。
本项目作为一个技术改造项目,如果整个系统的改造能够成功,将会弥补国内纺织企业在高档电脑针织大圆机方面改造成为针织大圆机的电脑自动调线针织大圆机发展的不足,缩小与国外的差距。
从而扩大国内市场,提高我国针织大圆机在境外的市场竞争力。
1.1.4课题任务
(1)电脑自动调线大圆机电子选针控制系统的设计。
该部分内容主要包括电子选针控制数据算法和电子选针控制系统硬件部分的设计。
(2)系统操作控制界面的设计。
该界面系统主要包括两部分:
一是机器参数的修改,二是文件系统的串行通信界面的设计。
1.2国内外发展现状
现代针织技术是由早期的手工编织演变而来。
针织机械最早起始于1589年,英国威廉·李
从手工编织得到启示而发明第一台手摇针织机。
随着工业化水平的不断加强,针织机的机械结构也发生着显著的变化。
针织作为纺织行业中的重点行业发展经历了许多年的发展,取得了较大的成绩。
如今我国针织工业的发展带动和促进了我国针织机械工业的发展。
目前,所有针织机械大类产品包括圆纬机、经编机、横机、袜机及钩编机五大系列产品[36],在我国均有生产,并形成了一定规模。
这些针织机械的发展参差不齐,其中大圆机发展较快,其他如横机、袜机相对较慢。
针织大圆机作为圆形纬编针织机系列中的一个重要机种,它的技术革新主要体现在机器的功能多样、质量稳定、规格较全、用途较广、变换灵活、效率提高、操作简便等方面。
在国内针织大圆机的发展比国外要晚,但随着近些年的大力发展,也取得了比较显著的成绩。
例如,国产大圆机的基本产品已比较齐全,有单面、双面大圆机、罗纹机和人造毛皮机等系列。
大圆机之所以能取得目前的成绩并得到广泛的使用,除了机器本身机构的改进外,最关键的就是大圆机控制系统技术的提高。
随着电子技术、计算机技术和网络技术的飞速发展,已经有越来越多的针织机制造厂商采用电子与计算机控制装置和技术,从而大大提高了针织物的结构与花型变换能力、坯布质量、机器的生产效率与自动化程度。
值得一提的是,福建泉州等地形成了大圆机制造的产业集群"泉州地区年产大圆机超过10000台,出口1000台以上,其常规品种与国际先进水平差距不大,性价比十分优越。
同时也成功开发了电脑提花,移圈罗纹,电脑调线等先进机型。
目前,国产筒径34寸、机号22-28针的大圆机已广泛用于生产。
尽管如此,但与国外先进水平差距还是明显的。
比如产品品种、规模及功能方面,以及机电一体化水平方面的差距。
在国外,针织大圆机技术发展非常快速,其先进技术与发展动向综述如下:
(1)路数:
每英寸针筒直径的路数一般在1.5—2.4,目前“二功位”电子选针的单面提花大圆机的每英寸针筒直径路数最高可达3.2(迈耶西),即762mm筒径有96路,这一参数的提高意味着生产效率的提高。
(2)简径:
常用的针筒直径为762和864mm,近年来更大筒径,如965、1067mm的机器也有一定的比例,可以生产更宽门幅和更大卷装的坯布。
(3)电子选针:
虽然电子选针器的形式没有什么变化,仍旧分单级式和多级式两类,有压电和电磁两种,但是在电子和机械方面不断地进行改进,以适应更高的机号和更快的转速,并且已从仅对针筒针进行选择发展到同时对针筒针和针盘针进行选择,三功位(成圈、集圈、不编织)选针技术被普遍采用,从而扩展了可以编织的花型与结构。
(4)电子选沉降片:
多年来电子选沉降片技术一直用于生产一面凹凸(浮雕)提花毛圈织物,近年来这项技术有了发展。
最先是迈耶西公司推出了提花两面毛圈圆纬机,它采用了双沉降片技术:
后沉降片可被电子选片器独立选择(与单针选针原理相似),能在织物前面(工艺反面)形成凹凸(浮雕)提花毛圈,毛圈高度可以设置和单独控制;而前沉降片不被选择,在织物后面(工艺正面)可以根据需要形成满地毛圈或者没有毛圈,产生均匀一致的外观。
这类织物可制作睡衣、床罩、保暖夹克衫、休闲服、时装、产业用纺织品等。
电脑自动调线大圆机是近年推出的一种新型大圆机,它是在针织大圆机的基础上改造而成的。
主要是为了满足市场上对于多颜色调线针织产品的需求,电子调线装置已经从最初的四色发展到六色,若要进一步增加色纱数,就需要增加调线装置中的导纱指数量,但是这将受到机器上的安装空间和导纱指变换所需时间等方面的限制。
为此,迈耶西公司推出了在一路上是五色调线,通过两路的组合可以产生十色调线效果的针织技术。
随着弹性纱线越来越广泛的应用,各公司也在不断改进调线技术与装置。
德乐公司研制的调线装置能应用于弹性纱线,对其进行可靠地夹持和剪切,同时也适用于其他类型的纱线。
迈耶西公司的十色调线技术还能使弹性纱线作为添纱编织。
目前,国内针织大圆机采用的控制技术主要是工控机和单片机的主从两级电子控制系统。
该系统由武汉科技学院在国内首创并成功地研制出“电脑针织提花大机控制系统”,填补了国内空白,其关键技术电子选针器采用压电陶瓷控制选针。
国际上,当前使用最多的是德国德乐公司和日本WAC开发的系统。
虽然国内成功的开发了圆机的控制系统,但是有许多关键的零部件依然需要进口,并且价格相当的昂贵,例如日本WAC-APS5系列“二功位”、“三功位”选针器等。
因此,电脑针织提花大圆机的发展和市场提供了极大的空间。
近几年,随着人类社会发展的进步,人们对新型针织布的需求也越来越多,其中呈条纹状的布是需求量较大之一。
为了满足这一需求,电脑自动调线大圆机应运而生。
它也是属于大圆机的一种,能够织出多种颜色的条纹状的布,并且条纹的宽度可以任意的变化,很好的满足了人们对这种布的需求。
电脑自动调线大圆机与以往使用的大圆机(如提花大圆机)最大的不同是,它多了一个关键的零件,调线手指。
调线手指有3色,4色,5色和6色,它主要的作用是根据实际需要,调节不同的手指而使不同颜色的纱线进行编织。
除此之外,它使用的选针器也只有一个,而提花大圆机使用的选针器有48,72等许多个。
因此,电脑自动调线大圆机控制系统也采用的是主从两级控制,它与针织提花大圆机最大的不同是只需对单个选针器实行控制。
1.3本课题的研究意义
为了适应人们生活与工作环境的改善和穿着舒适性的要求,越来越多的面料采用针织机来编织,因此针织机械的需求量也变得越来越大。
作为目前市场上使用最多的针织机械之一的针织大圆机,其需求量也大增。
据位于瑞士苏黎世的国际纺织机械制造商联盟(ITMF)的年度纺织机械统计,针织大圆机的全球交货量总计9400台,减少了7%。
其中约69%运往亚洲,只有17%运往欧洲(包括土耳其)。
在约7100台单面针织机(减少4%)中运往亚洲的(中国、印度和韩国)占71%,欧洲的占16%在接近2350台双面针织机(减少15%)中,61%销往亚洲(减少15%),9%销往欧洲(土耳其、意大利)。
从上面的统计可以看出,针织大圆机在国内需求量很大的。
随着生活水平的提高和对个性化的追求,人们对图案和质量的需求日益增长,因此,基于针织大圆机改造而成的新型电脑自动调线大圆机的需求量也稳步增长。
本课题对电脑自动调线大圆机电子调线系统进行了初步设计,为电子调线技术的开发做一些基础性的设计工作。
电子调线[34]系统包括花型准备系统和电子控制系统两部分。
可调用已经储存的若干种花纹数据,可以用手工方法输入自定义花纹数据,可修改花纹数据。
设计的控制系统可以将存贮在存储里的花纹数据(选针数据),根据针筒同步信号的频率发送选针信号,选针信号经驱动电路放大后驱动选针元件,控制选针。
2选针和自动调线原理介绍
针织是指利用织针将纱线编织成线圈并相互串套而形成针织物(面料、坯布)的一种方法。
它的基本工艺是成圈,基本单元是线圈。
根据编织方法的不同,针织可分为纬编和经编两大类。
电脑自动调线大圆机属于纬编针织机。
纬编是把纱线由纬向顺序喂入大圆机的工作织针(参加编织的织针)上,然后通过成圈机构将纱线顺序地弯曲成圈,并相互串套而形成的一种工艺。
2.1电子选针基本原理
2.
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