基于CAN总线的嵌入式细纱机控制系统开发

摘要

嵌入式系统技术是当今最热门的技术之一。使用嵌入式系统技术改造传统的生产机械设备在国外已经得到了越来越广泛的应用，但在国内的纺织机械行业中目前使用嵌入式系统的产品还很少。本文介绍的基于CAN总线的嵌入式细纱机控制系统，就是将嵌入式系统技术应用到环锭纺细纱机上的一项研究。
　　本文从分析国内外纺织机械控制系统的现状和存在的问题入手，结合当今国内外工程机械行业的发展趋势，基于嵌入式系统专用性强、软硬件可裁剪、软件固化的优点，以及CAN总线实时性强、可靠性高、抗干扰能力强的特点，提出了基于CAN总线的嵌入式细纱机控制系统的设计方案。
　　该细纱机控制系统方案，以嵌入式控制器为主控单元，前、中、后罗拉以及钢领板使用4套支持CAN总线的伺服系统分别独立传动，锭子使用支持CAN总线的变频器变频驱动三相异步电机单独传动，嵌入式控制器与伺服系统、变频器之间采用CAN总线通讯控制方式，实现了电子牵伸、管纱电子成形以及锭子的无极调速。在触摸屏上可实现通讯参数设置、纺纱工艺参数的在线设计与监控显示、设备操作等功能。
　　在本文中，首先对基于CAN总线的嵌入式细纱机控制系统控制原理进行了说明，对硬件平台进行了设计。根据嵌入式控制器的实际需求，以EM9170嵌入式核心板为基础，选择性设计外围应用接口。其次结合该细纱机机械结构和传动方案，建立了控制系统的数学模型。再次是控制系统软件设计，包括嵌入式系统开发环境的建立和应用纺纱软件的编写。最后对整个控制系统软硬件进行了上机调试和试纺实验。本文的研究是嵌入式技术、CAN总线技术在纺织机械行业中应用的一次探索，目前该细纱机控制系统已完成初步调试工作，虽可以纺制不同号数的细纱，若应用于实际工业生产中控制系统稳定性还不够高、功能不够全面，还有待于进一步完善和提高。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 纺机行业背景

1．2 细纱机任务、工艺与主要机械机构

1．3 国内外环锭细纱机的发展现状

1．3．1 环锭细纱机机械机构的技术进步

1．3．2 环锭细纱机控制系统的技术进步

1．4 嵌入式技术

1．4．1 嵌入式系统技术的发展

1．4．2 嵌入式技术在制造也中的应用

1．5 CAN总线技术

1．6 课题研究内容及意义

1．7 本章小结

第二章 控制系统硬件平台的实现

2．1 控制系统设计要求

2．2 控制系统原理及总体构架

2．3 嵌入式控制器硬件搭建

2．3．1 嵌入式控制器核心板

2．3．2 嵌入式控制器扩展板设计

2．4 伺服系统

2．4．1 伺服系统选型

2．4．2 驱动器I／O接口

2．4．3 伺服系统性能调节

2．4．4 伺服系统CAN通讯

2．5 变频器

2．5．1 变频器选型

2．5．2 PG-CAN反馈卡

2．6 其它硬件选型

2．7 本章小结

第三章 控制系统数学模型建立

3．1 加捻机构数学模型的建立

3．1．1 锭子机械传动机构

3．1．2 锭子转速传动计算

3．1．3 锭子加捻捻度计算

3．2 牵伸机构各电机转速数学模型的建立

3．2．1 前罗拉转速传动计算

3．2．2 中、后罗拉转速传动计算

3．3 卷绕成形机构数学模型的建立

3．3．1 钢领板升降速度的数学模型

3．3．2 管身成形时钢领板升降动程、级升量的数学模型

3．3．3 管底成形时钢领板升降动程、级升量的数学模型

3．4 本章小结

第四章 控制系统软件设计

4．1 嵌入式系统开发环境的建立

4．1．1 BOOTLOADER的功能、烧写和运行

4．1．2 OAL层

4．1．3 嵌入式Windows CE操作系统的制定

4．1．4 驱动程序的加载

4．2 纺纱软件设计

4．2．1 人机界面设计

4．2．2 通讯设计

4．2．3 电子卷绕成形的编程实现

4．2．4 计算纺纱长度

4．2．5 锭速的闭环控制

4．3 本章小结

第五章 控制系统程序调试与纺纱试验

5．1 控制系统调试

5．2 纺纱试验

5．2．1 工艺参数

5．2．2 成纱质量

5．3 本章小结

第六章 课题总结与展望

6．1 课题总结

6．2 展望

参考文献

发表论文情况和参加科研情况说明

致谢