自动吊挂流水线控制系统的研究

  自动吊挂流水线系统是将服装、家用纺织品等行业与计算机科学,信息技术,电力电子科学,控制理论等相融合的智能化设备,是提升服装生产效率和企业生产管理水平的有效工具。控制系统是整个系统的核心,是将运动控制与生产管理智能融合的关键。控制系统的优良直接决定了自动吊挂流水线的好坏。国外自动吊挂流水线的控制系统发展较为成熟,稳定性强、智能化程度高。国内该产品的研究尚处于初级阶段。中国是世界上最大的纺织品服装生产国,加强对服装吊挂流水线控制系统的研究,提高服装生产效率对国内服装制造业有着重要的社会意义和市场前景。本课题基于自主研发的自动吊挂流水线设备,开发了一套功能完备的控制系统,对其关键技术进行了研究,并投入到实际生产中应用。本文对自动吊挂流水线控制系统进行了全面的研究与阐述。1、实地观察,现场调研并且查阅了相关国内外文献,深入了解自动吊挂流水线设备的发展现状,并对其运行原理,流程工艺进行了研究。2、阐述了自动吊挂流水线的基本运动原理和进出站流程;并从实际应用角度对其市场需求,功能与非功能需求进行分析。并对部分要满足的功能提出了基本的理论依据。3、在分析现今市面上的控制系统架构的基础上,提出了本课题的控制系统架构。并在基于此列出了其所需具有的功能以及需要研究的控制原理及策略。最终提出控制系统总体开发方案。4、根据总体方案与架构,提出上位机软件的设计原则,架构以及功能结构。并基于此以Visual Studio 2008和SQL Sever 2012为平台,C++为编译语言,从人际交互层,业务逻辑层,数据访问层三大部分详细阐述了具体解决方案,并对衣架准确进出站,软件的安全性等问题进行了研究。5、根据功能结构和下位机系统的特点,以PIC18芯片为主芯片,C语言为下位机驱动开发语言,对下位机硬件和下位机软件两大部分的开发与设计进行阐述。并且对下位机系统的核心提升臂电机的控制方法进行了研究。6、对开发完成的控制系统进行模拟仿真测试和整合现场测试,并得出各阶段的实验数据与分析结果。本课题研究开发的自动吊挂流水线控制系统已通过测试并投入实际生产中,能够满足企业生产管理需要,并且控制系统准确性较之之前有所提高。通过实际应用证明了本课题研究的可行性和市场价值。

1、绪论

1.1 课题的来源及意义

我国是世界上最大的纺织品服装生产国、出口国和消费国[1]。2002 年，纺织服装业的影响力系数为 1.22，在全部 41 个行业门类中位居第六位，感应度系数为 1.16，在全部 41 个行业每类中位居第十二位，均高于平均水平[2]。2008 年纺织品服装出口达到 1896 亿美元，约占全球市场的 30%；2014 年中国服装出口全年累计出口 1863.1 亿美元，占全年货物贸易出口额的 8.03%，，但增速较上年度下降 6%。目前，我国服装出口占全球贸易比重约 36%[3]，印度占 4%，越南占 2%。从以上数据不难看出，我国服装产业的市场占有率仍在提升，出口量及贸易额也较大，并且纺织服装业所带来的经济影响在国民经济中也扮演这重要的角色，在我国仍有旺盛的生命力。因此在数字化信息化智能化的今天，如何能让服装业从人工转向自动化乃至智能化是提升纺织服装行业竞争力乃至未来发展的关键。

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1.2 自动吊挂流水线系统概要

服装吊挂传输系统是一种服装快速反映生产技术，是机电一体化技术在服装业的集中应用[7]。自动吊挂流水线系统是在原有机械控制吊挂系统的基础上衍生出来的，它增加了能将每道工序的生产时间最小化、多方面提高生产效率的软件处理系统。其由一套离地的传输系统组成,这种传输系统改变了服装行业传统的捆扎式生产方式, 有效地解决了制作过程中辅助作业时间比例大、生产周期长、成衣产量和质量难以有序控制等问题, 对服装企业小批量、多品种、短周期的市场需求, 形成快速反应能力具有十分重要的作用[8]。自动吊挂流水线设备如图 1.1 所示。

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2、自动吊挂流水线系统的需求分析

2.1 自动吊挂流水线设备机构和控制系统的介绍

自动吊挂流水线设备从整体上可分为机构和控制系统两部分。控制部分由软件和硬件两部分组成；机构部分包括主传动模块与各个工位模块。主传动模块由主导轨（主传动部分）及主导轨上的执行、检测元件等组成；各工位模块由工作站、进站传输装置和出站传输装置组成。其机构自动吊挂流水线示意图如图 2.1 所示。从机构部分的角度，目前市面上的自动吊挂流水线设备可按各个关键部件的不同分别进行分类。从整体的外观上可分为两种：落地式和高吊悬空式。这两种划分的区别是主导轨部分的支撑力是否由地面提供。落地式是用立柱支撑主导轨，其优点是稳定牢固；高吊悬空式是将主导轨悬挂在天花板上，其优势是增大了地面的空间。

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2.2 自动吊挂流水线系统市场需求分析

市场需求指的是一定的顾客在一定的地理区域、一定的时间、一定的市场营销环境和一定的市场营销方案下购买商品的总量[19]。随着时代环境的不同，市场需求也在不断的变化，影响商品价格销量等多方面因素的同时也受商品的质量性能等因素制约。对自动吊挂流水线设备市场需求的分析，主要包涵两方面，一方面是清晰用户对整个设备的各个部分的要求，另一方面是使设备突破原有的制约以适应当今环境，时代等因素的要求。只有有效的对市场需求进行分析才能研发出更好的设备。

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【学位级别】：硕士

3、自动吊挂流水线控制系统总体设计..............13

3.1 自动吊挂流水线控制系统的架构设计..................13

3.2 自动吊挂流水线控制系统主要功能............15

4、上位机软件设计.................20

4.1 上位机软件设计原则..............20

4.2 上位机软件系统架构.............21

5、下位机系统设计...............52

5.1 下位机系统硬件设计............52

5.2 下位机系统软件设计..............54

6、控制系统的测试与仿真

6.1 控制系统测试原则

控制系统测试是整个系统在运行前至关重要的一步。系统测试中，性能指标的选取，以及对各部分测试结果细节的处理都会影响到整个自动吊挂流水线的后期使用。因此控制系统测试必须要满足下述原则。(1) 测试时必须分阶段进行，不同测试阶段采取不同测试方法，尽早开展测试，发现错误、验证其正确性[60]。(2) 测试方案的设计必须考虑先后顺序，在每个阶段先测试基础性能，再对功能进行测试，否则会加大排错的难度，降低测试的效率。(3) 测试方案的设计应该从用户的角度考虑，分清主次，对用户认为的性能重要性进行排序，按照顺序依次测试，这样才能在有限的时间内完成满足用户需求的设备。

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6.2 控制系统模拟测试

实际工厂中使用的自动吊挂流水线系统，至少会有 30 个工位，占地面积也较大，若直接在一条实际的流水线中进行测试，那会加大任务量并且各项指标难以调适。因此在初步测试阶段将硬件连接图简化为一个模拟测试环境，在进行测试。如图所示，按照控制系统的硬件连接图取主控制节点和一个工作位节点进行连接，进出站状态通过看电磁阀的状态便可得知。这样就可完成模拟系统的搭建。然后将测试部分为硬件，软件，电机控制三部分依次进行。

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结论

在现代工业化服装生产中，自动吊挂流水线系统实现了成衣制作工序衔接的自动化。本课题与企业合作，以自主研发的吊挂机构设备为基础，对自动吊挂流水线的控制系统进行了研究和设计。完成了吊挂流水线控制系统的设计及其中关键技术的研究，并最终投入使用。本论文在了解自动吊挂流水线产品国内外现状的基础上，进行各方面的需求分析，并以此为据对自动吊挂流水线控制系统进行总体设计；紧接着分为上位机和下位机系统两部分分别进行设计与研究，最终对其进行测试并得出结果。在上位机设计的过程中，依据软件的设计原则，提出了软件的系统架构和功能结构，再依据此分人机交互层，业务逻辑层，数据访问层，三个模块对各部分功能进行实现。对每个模块的功能都从设计方法，使用方法，界面实现等方面进行了详细阐述。并且对业务逻辑层中衣架进出站控制进行了深入的研究，提出了新的控制方法与控制策略并且得以实现。

参考文献（略）