1、 引言

目前大部分紡織機械的控制系統都是采用觸點式和步進式的分離器件式的控制裝置、單片機或單板機控制裝置、上業PC機控制裝置，還有PLC控制裝置等，這此傳統的控制系統存在以下缺點。

采用傳統的繼電器和分立的電子線路來作為紡織機械的控制裝置，系統結構復雜、功耗大、叫一靠性差、運行維護小方便、控制柜體積大，同時控制精度低、上作可靠性差、能耗大、使用成本高（電熱元件消耗太大），而且各種控制特性和保護特性配合小合理、系統的綜合技術經濟性小高。隨著使用時間的推移，溫度、潮濕、電氣元件老化、灰塵、雜質、機械摩擦等等囚素的影響，造成有的系統部件性能下降甚至失控。

采用單片機控制，邏輯控制繁瑣，增加了維修調試的環節，線路板驅動部件老化程度較高，如果出現問題將更換整塊電板路，維修成本高。山于單片機功能單一、速度較慢、網絡功能小健個，它經常采用中口通信來交換數據和信息，而中口通信在使用中存在抗十擾能力差、傳輸距離短和傳輸速率低等缺點。即使采用高速單片機來實現網絡傳輸，山于需要額外的ROM/RAM空間，這對于一此內存十分有限、且只能上作在單片方式的單片機來說會受到限制，并且其內裝的TCP/工P協議棧簡單，沒有內置多任務操作系統，對大量網絡廣播包數據、病毒攻擊響應有困難，非常容易導致卞機網絡掉線。

PLC控制系統也存在固有的缺陷，山于PLC是一種通用的控制器，應用到紡織機械控制系統作為現地控制裝置有其局限性，需做許多硬件和軟件上的改進上作，配置額外的設備和電路。同時PLC本身存在嚴重的缺點，卞要是PLC的軟、硬件體系結構是封閉而小是開放的，絕大多數的PLC是專用總線、專用通信網絡及協議，編程雖多為梯形圖，但各公！司的組態、尋址、硬件結構小一致，使各種PLC勺_小兼容。同時PLC十PC機控制系統監控程序的實時性、開放性和可靠性無法得到保障，其通信速度慢和PLC專用聯網模塊的設訓也是一個很大的問題。

2 、嵌入式系統的優點

嵌入式技術經歷了30多年的發展，特別是近幾年無淪在MCU、軟件系統、開發上具與方法和勺_聯網的結合，以及在應用上都取得了重大的發展。目前，嵌入式技術正處在一個飛速發展和激烈競爭的階段。從技術和市場角度，嵌入式系統硬件特別是嵌入式CPU處理能力提升較快，山8位、16位升級到32位與64位，掌上電腦、PDA、電腦手機、電腦汽車等新產品層出小窮，產業規模日益壯大。在中國大陸地區，雖然關鍵硬件卞要依靠進口，技術基礎相對較弱，但在經過近年的迅速發展，無淪是硬件、軟件還是應用，都已取得質的突破。

嵌入式系統是指以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可以剪裁，適用于應用系統對功能、叫一靠性、成、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統是將計算機技術、通信技術、半導體技術、微電子技術、語音圖像等數據傳輸技術、傳感器等先進技術與具體應用對象相結合的產物，它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、小斷創新的知識集成系統。

在嵌入式系統中，操作系統和應用軟件常被集成于計算機硬件系統之中，使系統的應用軟件與硬件一體化。嵌入式系統卞要包括嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統、以及應用軟件系統四部分囚。根據應用方式的小同，叫一將嵌入式系統分為知識產權核（intellectual property， IP）級、芯片級和模塊級等3種小同的體系結構形式，它們均采用“量體裁衣”的方式，把所需的功能或模塊嵌入到各種應用系統中，實現對應用對象的控制、監視和管理等功能圈。

具體來說，嵌入式技術卞要有以下優點： （1）山于是嵌入到對象系統中，完個滿足對象系統的環境要求，如物理環境（小型）、電氣/氣氛環境（叫一靠）、成本（價廉）等要求。同時它還具有與“專用性”的相關特點：軟、硬件的裁剪性，滿足對象要求的最小軟、硬件配置等。

（2）軟件代碼要求高質量、高可靠性：盡管半導體技術的發展使處理器速度小斷提高、片上存儲器容量小斷增加，但在大多數應用中，存儲空間仍然是寶貴的，還存在實時性的要求。嵌入式系統中用C語言和匯編語言編寫的代碼和編譯上具的質量高，減小了程序一進制代碼氏度、提高了執行速度。

（3）嵌入式系統以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應各種應用的、對功能、叫一靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統是將先進的計算機技術、半導體技術、電子技術和各個行業的具體應用相結合后的產物，這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、小斷創新的知識集成系統。

（4）嵌入式系統軟件采用實時多任務操作系統開發平臺（RTOS）：通用計算機具有完善的操作系統和應用程序接口，是計算機基本組成小叫一分離的一部分，應用程序的開發以及完成后的軟件都在。S平臺上面運行，但一般小是實時的。嵌入式系統則小同，應用程序在RTOS環境下直接在芯片上運行，保證程序執行的實時性、叫一靠性，并減少開發時間，保障軟件質量。

（5）嵌入式系統具有強大的網絡和通信功能：它除含工EEE1394-2 （USB火線）外，還包含有傳統的RS232和工EEE488接口，以及以太網接口和相應的TCP/工P協議，非常適合于低層控制和與上層通信。

在嵌入式系統的基礎上，利用先進的計算機技術、網絡通信技術和自動化檢測技術，對紡織機械控制系統進行準確、叫一靠的群控、群測，從而將整個系統的運行狀況在網絡的基礎上建立實時和歷史數據庫提供統計分析，實現及時、準確和可靠的信息采集、管理和傳輸。在嵌入式系統的基礎上，實現功能綜合化、網絡勺_聯化、開放化和標準化是新一代紡織機械控制系統的特征。

3 、嵌入式技術在紡織機械控制系統中的應用

以圓網印花機控制系統為例。圓網印花}L是一個多部分協調運動的電氣傳動系統，要求各個印花圓網之間以及圓網與送布皮帶之間保持嚴格的同步運動。印花傳誦帶經卞電}L拖動，以穩定的速度運行，各個印花篩網分別山步進電機拖動跟蹤送步帶，達到同步轉速，再經過快速調整，使各個篩網的零與第一級篩網的零位標志會合，此時織物進入印花機，進入生產過程，如圖1所示。在穩態運行過程中，要求各個篩網小僅能夠自動調整皮帶速度變化和自身十擾等誤差，而且能夠根據前級誤差確定自身的最佳會合點。

山于圓網印花機被控設備較多，而且它們之間存在大量通信，囚此圓網印花機控制系統多采用分布式控制系統方案。在各從機中，0號下位機用于測量導布皮帶速度，1號一n號下位機分別完成對各級圓網位置和速度的控制，上位機卞要完成對下位機的監控、協調和管理。基于嵌入式技術的分布式圓網印花機控制系統如圖2所示，其中的下位機用嵌入式CPU實現，采用ARM9處理器和實時嵌入式操作系統，協調并控制其他幾個模塊的正常上作，系統的導帶單元配備編碼器，印花單元配備光電檢測開關，同時一個嵌入式驅動節點叫-以管理1-}-4個單元的驅動，一個嵌入式操作節點管理1-}-4個圓網的操作。

上、下位機之間采用PROF工BUS現場總線技術進行通信，PROF工BUS現場總線技術采用了公開化、標準化的開放式解決方案，實現真正的個分布式控制，將控制功能傳輸到現場印花設備，使控制系統更加趨于分布化、扁平化、網絡化、集成化和智能化。它采用一對一的工//0連接方式，對于圓網印花控制系統這種大規模系統來說，減少了山于接線點造成的小叫一靠囚素。同時系統具有現場級設備的在線l改障診斷、報警、記錄功能，叫一完成現場控制設備的遠程參數設定、修改等上作，也增強了系統的可維護性。

同時，基于嵌入式技術的圓網印花機控制系統利用以太網協議，具有工nternet接入功能，實現遠程監視、遠程診斷，提供強大的在線網絡技術支持。通過它可以遠程實時觀察系統的狀態，并且能夠象現場人員一樣對設備進行相應的交勺_式操作，監控各部件當前的狀態、進行診斷維護等。圓網印花機控制系統監控子系統包括以下功能：

（1）系統設置功能：設置嵌入式控制子系統的通訊接口參數，設置報警狀態，當系統或者測量值越線時報警，

（2）數據采集功能：對輸出的頻率、電壓、電流、脈沖及數字編碼等信號的傳感器進行常規巡測，定時巡測以及人上測量等，同時通過設置各種數據庫實現對上程文檔、巡查信息、原始測量、轉換成功、監控指標和數學模型等進行管理，

（3）傳感器設置功能：分別對各類傳感器進行編程、設置，

（4）系統自檢功能：在數據采集過程中，先進行系統自檢，當系統硬件設備、軟件初始化或者通信線路發生l改障時，在計算機上能顯示相關信息，便于及時維修，

（5）異常診斷及報警功能：系統通過檢測值處理、時空分析，結合巡查新鮮和運行情況，對測量異常進行分級報警，以方便防洪決策，

（6）人機界面：叫一按日常要求提供簡要的報告，包括機器和設備布置情況報告，網絡拓撲結構報告，測量和控制程序報告，數據報告，報警報告和系統運行維護情況報告等。

除上述功能外，監測子系統還提供自動監測數據和人上觀測數據的處理，提供監測數據庫與工nternet數據庫接口，提供數據備份。圓網印花機控制系統監控子系統的結構框圖如圖3所示。

為滿足用瀏覽器進行遠程操作、控制與監測，上層系統還具有HTTP服務器功能，為實現應用程序的遠程更新和文件管理，系統應具有FTP服務器功能，為實現設備運行狀態Web數據庫記錄自動填報，系統應具有HTTP客戶功能，為實現設備運行狀態監測數據文件的自動發送，系統應具有FTP客戶功能，為實現用Email報警和發送設備運行狀態信息，系統還應具有SMTP客戶功能。圖4是網絡遠程通訊模塊的運行原理框圖。

通過嵌入式控制系統，還叫一以在在監控中心計算機上運行監控組態軟件，也可以通過以太網協議運行于遠程控制中心。組態軟件接受來自紡織機械現場控制單元的數據，并進行處理、分析和顯示，向現場控制單元發送各種控制命令。

4 、結語

嵌入式技術與系統具有廣闊的應用前景，其研究和廣泛應用將對紡織行業帶來深刻的蘋命。結合當前紡織機械控制系統的狀況，需要大力開展以下上作：

（1）大力開展嵌入式技術方面研究，卞要包括嵌入式操作系統、嵌入式數據庫和嵌入式系統體系結構方面的研究，在完善和提升硬/軟件研究開發平臺和體系結構的基礎上，引導這此技術與紡織機械控制系統相結合。

（2）積極面向國外學習先進技術，引進國內外的先進技術，共同開展相關研究，促進嵌入式技術在紡織行業中的應用。

（3）巨大的市場需求給我們提供了學習研發的資金和技術力量，需要大力扶植紡織行業中的高新企業，開展針對紡織行業中的應用嵌入式產品開發，引導大中型紡織企業積極采用嵌入式技術改造傳統產品，實現傳統產品的智能化，參與國際競爭。