[实用新型]基于STM32与FPGA的分布式圆机控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及针织行业圆机控制的技术领域，具体是一种基于STM32与FPGA的分布式圆机控制系统。

背景技术

圆机是一种纬编针织机械，是针织行业的主要机械设备之一，具有产量高、工艺流程短、原料适用性广等特点，主要用于生产T恤、内衣、羊毛衣等服装和产业用布。近几年，国内外的生产厂商根据客户的需求都在努力开发新机种，在创新设计，材料选择，加工工艺，制造装配，自动控制等诸多方面都有提高，这使针织圆机的生产制造有了较快速的发展，出现了具有高机号、细针距、多路数、多功能等特点的双面提花圆机，在罗口编织、单双面提花、嵌花等编织功能上可以完成横机的工作，但工作效率比横机高上数倍。圆机控制技术伴随着圆机的发展而发展，因此，高档针织圆机控制系统具有广阔的发展空间和市场潜力。

目前，高档针织圆机技术基本被意大利、德国、日本等国家垄断，据统计，我国每年从以上国家进口针织圆机（包括圆机控制系统）数量占亚洲国家之最，而且引进价格极其昂贵。随着机械制造、机电一体化和电子选针等技术在国产针织圆机装备上的广泛应用，我国的针织装备技术水平与国外的差距已经逐渐缩短。国产针织圆机，无论是单、双面圆机，还是电脑提花圆机，在设备的多功能和质量稳定性上有了显著地提高。但在高机号、细针距、多路数、高精度、多功能的高档针织圆机的制造和控制技术上与国外仍存在着一定的差距，尤其是在智能控制、电子选针、多路数执行器驱动等技术上，需进一步深入研究。同时，圆机控制系统都采用集中式的控制方式，系统可扩展性较差，稳定性不够等问题。

经过多年的发展，国内市场旧圆机数量庞大，这些旧机器因控制系统的老化或落后而闲置在那里，造成极大的资源浪费。此外，国内一些企业为了减少资金投入，廉价从国外购置大量二手圆机，这些机器机械性能良好，但是控制系统大部分都已经无法正常工作。

因此，研究和开发高档针织圆机控制系统，实现高机号、多路数、细针距双面圆机的自动化控制，对提高我国针织装备技术水平，进一步缩短与国际先进水平的差距，打破国际技术垄断具有重要意义，同时，可实现旧机器的改造利用，提高资源的利用率，具有非常重要的现实意义。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于STM32与FPGA的分布式圆机控制系统。

本实用新型采用层次结构框架，使用分布式控制方式,从上向下，依次分为管理层、协调层、执行层，且管理层与协调层通过并行总线连接，协调层与执行层通过CAN总线连接。

管理层包括STM32嵌入式处理器、静态数据存储器(SRAM)、USB设备接口驱动芯片、串行通信芯片、LCD显示屏、触摸屏。LCD显示屏和触摸屏通过串行通信芯片连接到STM32嵌入式处理器的串行口上；静态数据存储器连接到STM32嵌入式处理器的FSMC总线上；USB设备接口驱动芯片连接到STM32嵌入式处理器的SPI接口上，STM32嵌入式处理器的并行总线接口与协调层的可编程逻辑器件的并行总线接口相连接；

所述的静态数据存储器存储用于存储编织花型数据;

协调层包括可编程逻辑器件、霍尔传感器、光电编码器、伺服电机驱动器、状态监控器。霍尔传感器、光电编码器、伺服电机控器、状态监控器都通过光耦隔离后，再连接到可编程逻辑器件的IO口上。霍尔传感器、光电编码器、状态监控器将检测到的信息传送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件将信息整合后传送给伺服电机控器，用于控制圆机的转动；同时，可编程逻辑器件EP2C8T144上集成了CPU IP软核、CAN总线接口、并行总线接口电路。协调层中可编程逻辑器件的CAN总线接口与执行层中可编程逻辑器件的CAN总线接口相连接；

所述的霍尔传感器用于检测圆机转动的圈数；

光电编码器用于检测圆机上提花针走过的针数；

伺服电机控器用于控制圆机的转动；

状态监控器用于检测断纱、漏针、气压的监控；

执行层包括可编程逻辑器件、光耦、大功率管、步进电机驱动芯片、压电陶瓷片、气阀、步进电机。8个或16个压电陶瓷片用大功率管进行功率驱动，经过光耦隔离后连接到可编程逻辑器件上，构成选针模块；气阀也用大功率管进行功率驱动，经光耦隔离后连接到可编程逻辑器件上，构成气阀模块；步进电机通过步进电机驱动芯片驱动，经光耦隔离后连接到可编程逻辑器件上，构成步进电机模块。同时，可编程逻辑器件上集成了CPU IP软核、CAN总线硬件电路，构成一个执行单元。