一种基于云平台的嵌入式剑杆织机专用控制系统
技术领域
本实用新型涉及织机工业控制技术领域，具体为一种基于云平台的嵌入式剑杆织机专用控制系统。
背景技术
现有的纺织机的控制系统一般是通过PLC为主控模块，以变频器、伺服驱动器、步进电机驱动器来驱动电机实现纺织工艺控制动作，但会造成控制系统成本较高，控制柜体积较大，不利于控制成本，也不利于实现专机控制。因此利用嵌入式集成技术，以嵌入式主控模块为核心，采用针对织机各个功能及工艺过程而专门设计的控制模块的控制系统逐步取代了PLC为核心的控制系统。因而纺织机行业出现了基于STM32的纺织机控制系统。
专利号为ZL20170659795.0的中国专利公开了一种嵌入式织机的控制系统，其控制系统只能通过更换多种不同功能的控制电路模块来控制不同型号的织机，接线操作繁琐，成本较高，缺乏通用性。
在程序下载方面现有的控制系统大多使用线缆才能进行下载，分三种下载方式：1.J-Flash下载(需要用到J-link)，2.MDK配置下载(需要用到J-link)3.ISP下载，在程序下载或调试时，需要工作人员对织机用数据线逐一进行下载调试，操作繁琐浪费时间。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种基于云平台的嵌入式剑杆织机专用控制系统。该控制系统具有通用性高，调试维护方便等特点。
本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种基于云平台的嵌入式剑杆织机专用控制系统，其特征在于该系统包括电源基板、外部交换机、云平台、客户端、主电机模块、人机界面、输入部分、输出部分、主控模块、刹车离合模块、选纬绞边模块、统一输出模块；
所述电源基板上设有主控模块接口、统一输出模块接口、多个选纬绞边模块接口、刹车离合模块输出端口、其它输出端口、无线模块、以太网口、485接口、232接口、输入接口、多个刹车离合模块接口、选纬绞边模块输出端口；
主控模块通过金手指与电源基板上的主控模块接口插拔式连接，多个选纬绞边模块接口及刹车离合模块接口分别通过金手指插拔连接相应的选纬绞边模块和刹车离合模块，多个选纬绞边模块接口及刹车离合模块接口的输出端分别连接相应的选纬绞边模块输出端口及刹车离合模块输出端口；
所述主控模块接口的输出端连接统一输出模块接口，所述统一输出模块通过金手指插拔连接在统一输出模块接口上，统一输出模块接口的输出端分别连接其它输出端口、多个选纬绞边模块接口及刹车离合模块接口；织机的输入部分通过输入接口连接主控模块的输入端，输入接口连接主控模块接口；选纬绞边模块输出端口、刹车离合模块输出端口及其它输出端口连接输出部分的相应的部件；无线模块、以太网口、485接口、232接口、输入接口分别与主控模块接口双向通信；485接口、232接口分别连接主电机模块的变频器、人机界面，无线模块、以太网口同时通过外部交换机与云平台连接，云平台与客户端双向通信；
所述主控模块内加载有织机生产线控制程序APP，并设置有用于存放更新的程序的预设区域及常见故障诊断库；所述云平台中加载有实时监控数据库和故障诊断数据库；织机厂家无线上传更新程序IAP至云平台，再通过无线模块将上传至云平台内的更新程序传送下载到主控模块的预设区域。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
(1)由于现有剑杆织机的结构大同小异，因此将织机的各个功能模块化，再将各个模块通过金手指接口与电源基板插拔式连接，设计形成新的架构。根据不同剑杆织机对于选色数量、刹车离合数量多少的需要可以方便快捷选用适合数量的选纬绞边模块及刹车离合模块，提高了控制系统对于剑杆织机的通用性，解决了接线繁琐的弊端，降低维护成本。
(2)传统织机控制系统都是通过线缆实现控制系统的程序下载和调试，而本申请控制系统在保留原有下载模式的前提下增加了无线模块。传统方式需要工作人员到工厂通过数据线连接织机，将程序下载到控制模块。而本实用新型的无线模块通过连接外部交换机将主控模块与云平台连接，织机生产厂家上传更新程序到云平台，然后通过云平台将更新程序传送下载到织机的主控模块的预设区域，实现远程无线下载，这样大大节省了人力成本和下载时间。
(3)增加了基于云平台的远程监控及故障诊断功能。在织机完成纺织工作时，同时将织机的各个传感器监测的工作参数发送到云平台的实时监控数据库上，通过与织机设备、客户端之间的交互，云平台的服务器可以对参数数据进行存储处理；由于本实用新型是在云平台上进行输出的存储处理，即使硬件发生故障或出现断电，云平台上的数据依然不会受到影响。用户可以通过任意地点的手机APP或电脑软件查看在云平台上的织机数据，并且可以通过客户端将对织机设备的工作参数进行修改，这样可以准确并实时的对织机的现场工作进行远程监控。远程故障诊断功能可以提供更便捷准确的故障诊断服务。在云平台上设置有故障诊断数据库，当织机出现故障时，首先将故障信息发送给云平台将故障信息保存到的故障诊断数据库中。再经过故障诊断数据库查询推理诊断，将可能的故障原因发送至人机界面供工作人员参考。若根据参考故障得到排除后，工作人员可以将故障信息和诊断结果通过人机界面更新到故障诊断数据库及常见故障诊断库。织机生产商可以根据故障诊断数据库中一台织机多次故障信息分析出织机故障率高的地方，进而进行改进升级。
附图说明
图1是本实用新型基于云平台的嵌入式剑杆织机专用控制系统一种实施例的整体结构框图。
图2是本实用新型基于云平台的嵌入式剑杆织机专用控制系统一种实施例的输入部分7组成图。
图3是本实用新型基于云平台的嵌入式剑杆织机专用控制系统一种实施例的输出部分8组成图。
图中：1、电源基板；101、主控模块接口；102、统一输出模块接口；103选纬绞边模块接口；104、刹车离合模块接口；105、选纬绞边模块输出端口；106、刹车离合模块输出端口；107、其它输出端口；108、无线模块；109、以太网口；1010、485接口；1011、232接口；1012、输入接口；2、外部交换机；3、云平台；301、实时监控数据库；302、故障诊断数据库；4、客户端；5、主电机模块；6、人机界面；7、输入部分；701、热继电器；702、张力传感器；703、断经传感器；704、断纬传感器；705、主离合传感器；706、慢离合传感器；707、纬离合传感器；708、编码器；8、输出部分；801、电磁制动器；802、电磁离合器；803、步进电机；804、伺服模块；805、慢电机模块；806、电子多臂；807、指示灯；9、主控模块；10、刹车离合模块；11、选纬绞边模块；12、统一输出模块。
具体实施方式
下面结合实施例及附图进一步解释本实用新型，但并不以此作为本申请权利要求保护范围的限定。
本实用新型基于云平台的嵌入式剑杆织机专用控制系统，是针对于各种剑杆织机而设计的专用系统，设计可以灵活地用于各种型号的剑杆织机，专用控制系统将控制织机完成送经、卷取、选纬、绞边等工作。
本实用新型基于云平台的嵌入式剑杆织机专用控制系统(简称系统，参见图1)包括电源基板1、外部交换机2、云平台3、客户端4、主电机模块5、人机界面6、输入部分7、输出部分8、主控模块9、刹车离合模块10、选纬绞边模块11、统一输出模块12；
所述电源基板1上设有主控模块接口101、统一输出模块接口102、多个选纬绞边模块接口103、刹车离合模块输出端口106、其它输出端口107、无线模块108、以太网口109、485接口1010、232接口1011、输入接口1012、多个刹车离合模块接口104、选纬绞边模块输出端口105；
所述电源基板用于为各个功能模块提供相应的电源以及各个模块连接的基板，主控模块9通过金手指与电源基板上的主控模块接口101插拔式连接，多个选纬绞边模块接口104及刹车离合模块接口103分别通过金手指插拔连接相应的选纬绞边模块11和刹车离合模块10，多个选纬绞边模块接口104及刹车离合模块接口103的输出端分别连接相应的选纬绞边模块输出端口105及刹车离合模块输出端口106；本实用新型专利设计了多个选纬绞边模块接口和刹车离合模块接口，根据不同剑杆织机对于多种选色、刹车离合数量多少的需要，可以方便快捷选用适合的选纬绞边模块11和刹车离合模块10及其相应数量；
所述主控模块接口101的输出端连接统一输出模块接口102，所述统一输出模块12通过金手指插拔连接在统一输出模块接口102上，统一输出模块接口102的输出端分别连接其它输出端口107、多个选纬绞边模块接口104及刹车离合模块接口103；织机的输入部分7通过输入接口1012连接主控模块的输入端，输入接口1012连接主控模块接口101；选纬绞边模块输出端口105、刹车离合模块输出端口106及其它输出端口107连接输出部分8的相应的部件；无线模块108、以太网口109、485接口1010、232接口1011、输入接口1012分别与主控模块接口101双向通信；485接口1010、232接口1011分别连接主电机模块5的变频器、人机界面6，无线模块108、以太网口109同时通过外部交换机2与云平台3连接，云平台3与客户端4双向通信；
所述主控模块内加载有织机生产线控制程序APP，并设置有用于存放更新的程序的预设区域及常见故障诊断库；所述云平台中加载有实时监控数据库301和故障诊断数据库302。织机厂家无线上传更新程序IAP至云平台，再通过无线模块将上传至云平台内的更新程序传送下载到主控模块的预设区域，这里的织机生产线控制程序APP为现有程序，IAP为APP的更新程序，无线模块108不仅可以实现数据的实时传输，还可以通过以太网口或无线模块以APP+IAP的形式实现本地或者远程织机程序的更新。
所述主控模块9的输入端插接在主控模块接口101上，织机的输入部分7通过输入接口1012将输入信号输入到主控模块的输入端；主控模块包括32系列芯片和扩展内存，其中32芯片作为控制芯片，扩展内存用于存储织布花色。主控模块发出控制信号通过统一输出模块接口102传输至统一输出模块12，再经统一输出模块12处理通过统一输出模块接口102发送给其它输出端口107，其它输出端口包含的各个输出端口分别与伺服模块804、慢电机模块805、电子多臂806、指示灯807连接。其中伺服模块是通过伺服驱动器驱动伺服电机实现卷取送经功能；慢电机模块是通过交流接触器控制慢电机正反转。在织布过程中，电子多臂用于将经纱分离，和纬纱交织成布。所述指示灯用于显示电源状态、织机生产线运行状态、故障检测状态、报警功能。选纬绞边模块输出端口105连接步进电机803，刹车离合模块输出端口106连接电磁制动器801和电磁离合器802。
所述输入接口1012的各种接口分别与输入部分7中的热继电器701、张力传感器702、断经传感器703、断纬传感器704、主离合传感器705、慢离合传感器706、纬离合传感器707、编码器708连接，将采集的信号通过输入接口1012和主控模块接口101传送给主控模块9。
所述485接口1010与主电机模块5中的变频器连接，变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。
所述232接口1011与人机界面6连接，用于系统和用户之间进行交互和信息交换。在调试模式时，把编码器检测转动角度信息、张力传感器检测经纱的张力信息、断经传感器检测剑杆织机是否出现断经情况信息、断纬传感器检测剑杆织机是否出现断纬情况信息、主离合传感器检测主离合器的状态信息、慢离合传感器检测慢离合器的状态信息和纬离合传感器检测纬离合器的状态信息通过输入部分输入到主控模块后，主控模块再将上述参数信息通过232接口1011传递到人机界面上，工人在人机界面上对各个被控对象的工作参数进行设置，实现对剑杆织机进行手动微调。人机界面上发送联动指令，指令信息通过232接口经主控模块接口101传送到主控模块9，主控模块再把信息经统一输出模块接口102传送到统一输出模块12将信息通过其它输出端口107发送给伺服模块804，使送经伺服电机和卷取伺服电机进行联动调试，使经丝在张力不变的情况下进行传动。在调试模式时，只对剑杆织机进行点动调试，织机织布的工艺需要多个步骤，点动调试就是让织机一步一步的执行各个步骤，调试的时候更方便。
主控模块9插在电源基板上主控模块接口101上，输出信号通过统一输出模块102输出，刹车离合模块的控制信号从主控模块9发出到统一输出模块102，然后由统一输出模块向刹车离合模块10发送控制信号，所述刹车离合模块10由主控模块9给出控制信号，经过统一输出模块接口到达统一输出模块12，再将控制信号经刹车离合模块接口104最终到达刹车离合模块10。当织机开车时，主控模块9向刹车离合模块10发出主离合高压吸合信号，主离合吸合，主控板给出高压吸合信号60ms后,向刹车离合模块输出主离合低压信号，刹车离合模块保持主离合吸合状态，此时由主电机通过主离合带动主轴转动，织机开始运转。
当织机停车时，主控模块向刹车离合模块发出主离合刹车高压信号，刹车片吸合刹车，主控模块9给出刹车高压信号60ms后，向刹车离合模块10输出主离合刹车低压信号，使刹车片保持刹车状态。当织机需要慢速启动的时候，主控模块9向刹车离合模块发出慢离合吸合高压信号，慢离合吸合，主控板给出吸合高压信号60ms后，向刹车离合模块输出慢离合吸合低压信号，使慢电机保持低速运转状态。
所述选纬绞边模块11先通过选纬绞边模块接口103与电源基板1连接，再将输出信号通过选纬绞边输出端口105与数个选纬绞边步进电机相连，其中两个步进电机用于绞边，其他的步进电机根据选纬选色需要，可以添加多块选纬板来实现一到十色的选纬。当主控模块9发出选纬绞边信号，信号依次经过主控模块接口101和统一输出模块接口102后，通过统一输出模块12将信号经选纬绞边接口103发送给选纬绞边模块11，选纬绞边模块11工作，产生脉冲信号，然后经选纬绞边接口103和选纬绞边输出端口105将该脉冲信号传输给选纬绞边步进电机，控制选纬绞边步进电机进行选纬或绞边工作。
本实用新型设置无线模块108，无线模块108通过外部交换机2与云平台3连接，通过云平台将更新程序直接下载到织机的主控模块中，这样大大节省了人力成本和下载时间。避免了传统方式中例如厂家需要升级织机程序，需要工作人员到工厂通过线缆连接织机再将程序下载到主控模块的繁琐过程。本实用新型是通过无线模块进行无线下载，厂家上传更新程序到云平台，然后通过云平台将更新程序传送下载到织机的主控模块的预设区域。用户可以在主控芯片的User Flash内预设区域存放更新的程序。在织机设备出售后，可以很方便的使用无线模块或以太网来完成程序的升级，从而避免了把机器拆开使用下载器烧写程序。另外本实用新型还设置了以太网口109，可以通过网线连接因特网，以防止无线模块108不稳定的情况出现。
本实用新型所述云平台3中设置有实时监控数据库301和故障诊断数据库302，其中云平台的服务器与客户端和主控模块通过无线模块或以太网连接彼此的IP数据端，利用Socket协议进行双向交互；在云平台上的数据库是SQL Server数据库，SQL Server是一种开放源代码的关系型数据库管理系统，使用最常用的数据库管理语言--结构化查询语言进行数据库管理。
本申请的远程监控过程是：在织机进行纺织工作时，主控模块通过无线模块或以太网口将织机的工作参数发送到云平台的实时监控数据库301上，通过无线模块或以太网口与织机设备、客户端之间的交互，云平台的服务器可以对织机设备的工作参数进行存储；由于本实用新型是在云平台上进行的存储处理，即使硬件发生故障或出现断电，云平台上的数据依然不会受到影响。用户可以通过任意地点的手机APP或电脑软件(客户端4)查看在云平台上的织机工作参数，并且可以将织机各个被控对象的工作参数进行设置(这里的参数跟人机界面上设置的参数相同)，这样可以准确并实时的对织机的现场工作进行远程监控。
本申请的故障诊断过程分为多层次诊断，包括两个方面，
一方面，当织机发生故障时，首先是通过输入部分采集故障信息，输入部分将故障信息输入给主控模块9，主控模块内加载有常见故障诊断库，主控模块根据输入的故障信息与常见故障诊断库中参数信息进行对比，初步诊断出故障结果，并发送给人机界面，工作人员参考诊断结果解决故障，如果解决故障，则删除故障信息；如果未能成功解决故障问题，启用云平台对故障信息进行精确诊断，通过云平台为织机用户提供更便捷准确的故障诊断服务；
另一方面，在云平台上设置有故障诊断数据库302，该故障诊断数据库中收集了各种故障案例参数及相应的解决方法，主控模块通过网络将故障信息发送给云平台，云平台将故障信息保存到故障诊断数据库中，并将保存的故障信息与故障诊断数据库中已有的故障案例参数对比诊断，给出多种解决方案，然后将可能的故障原因经主控模块发送至人机界面供工作人员参考；若根据可能的故障原因得到排除后，操作人员可以将故障信息和对应的解决方案通过人机界面更新到主控模块内的常见故障诊断库，并将解决方案上传至云平台，建立该故障信息与解决方案的一一对应关系，更新故障诊断数据库；织机生产商可以根据故障诊断数据库中保存的某台织机多次故障信息分析出该织机故障率高的地方，进而进行改进升级。
故障信息发生的位置指的是织机发生问题的地方，比如说织布过程中出现断纬故障，主控模块或云平台可以提示可能是储纬器故障、接纬故障和送纬故障等造成故障的位置信息，织机在正常工作到故障这个过程中，织机的一些工作参数会发生变化，当这些参数超过预警值的时候，主控模块会发出报警信号，现场警报灯闪烁，远程监控会向客户端发出报警信息。
本实施例中所述主控模块的主控芯片为stm32f407芯片，stm32f1芯片也可以用但速度没有stm32f4芯片速度快。
本系统在硬件架构方面做出了实用创新。由于剑杆织机的结构大多都是大同小异的，因此本系统在硬件架构设计时，在电源基板上设置了多组选纬绞边模块接口104及刹车离合模块接口103。当剑杆织机型号发生变化时，织机的选纬数量和离合数量发生改变，此时就可以根据要求插入相应数量的选纬绞边模块和刹车离合模块。例如，某类剑杆织机只需要一路刹车一路离合便可完成必要的功能，因此只需要接入一个刹车离合模块便可以满足织机在刹车离合功能上的硬件需要。这样的结构设计不再需要一种织机匹配一套系统，大大提高了系统的适用性。而为了解决以往接线繁琐的问题，采用了金手指插拔CPI接口的连接方式，解决了接线繁琐的问题，维护调试也更加简单便捷。
本申请上述的刹车离合模块、主控模块、选纬绞边模块等都是现有技术。
本实用新型未述及之处适用于现有技术。
