1引言
      工業(yè)平縫機是服裝生產(chǎn)中使用數(shù)量最多的機種。在服裝加工中承擔著拼、合、绱、納等多種工序任務(wù)，安裝不同的車縫輔件，可以完成卷邊、卷接、鑲條等復雜的作業(yè)，因此工業(yè)平縫機是服裝企業(yè)是主要的縫紉設(shè)備。

      工業(yè)平縫機完成的是雙線鎖式線跡，也稱梭縫縫紉機.

      工業(yè)平縫機種類繁多，大致可以按以下方式分類：

1、以工作速度分類
      工業(yè)平縫機可分為低速平縫機（縫速在每分鐘2000針以下），中速平縫機（最高縫速在每分鐘3000針），高速平縫機（最高縫速每分鐘4000針以上）。

2、以同時縫紉的機針數(shù)分類
      可分為單針機和雙針機。

3、以縫紉機送料方式分類
      送料方式可分為單牙下送式、前后差動式、針牙同步式、上下差動式等不同機種。

4、以操作方式分類
      可分為普通平縫機和電腦控制平縫機。電腦控制平縫機可以設(shè)定線縫樣式，裝有自動倒縫即自動加固縫，自動剪線，自動縫針定位，自動抬壓腳等裝置，提高生產(chǎn)效率20%以上，而且大大減輕了勞動強度。

      本文介紹的平縫機控制系統(tǒng)是由眾為興自主研發(fā)的控制器ADT-620H控制的工業(yè)平縫機控制系統(tǒng)。它是一種高速，電腦型平縫機控制系統(tǒng)。

      工業(yè)高速平縫機發(fā)展方向是構(gòu)建紡織、服裝、繡花企業(yè)的集成化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、虛擬化、智能化的生產(chǎn)模式。

2.1  系統(tǒng)構(gòu)成

      （1）系統(tǒng)采用PC+控制器+伺服系統(tǒng)的開放式結(jié)構(gòu)，控制部分主要由控制器ADT—FR680H構(gòu)成，是系統(tǒng)的核心。它是以AVR單片機作為主控芯片設(shè)計的，該芯片片內(nèi)集成了較大容量的非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器。8K字節(jié)的FLASH程序存儲器的可擦寫次數(shù)大于10000次；512字節(jié)EEPROM的擦寫次數(shù)至少可達100000次；支持在線編程(ISP)和在應(yīng)用編程(IAP)；帶有可編程的程序加密位。帶有２個帶預(yù)分頻的８位定時／計數(shù)器、１個帶預(yù)分頻的１６位定時／計數(shù)器；３個ＰＷＭ 通道?可實現(xiàn)任意１６位以內(nèi)相位和頻率可調(diào)的PWM脈寬調(diào)制輸出。內(nèi)部集成有CPLD芯片，它和編碼器相連，完成數(shù)據(jù)處理的工作。整個控制器相當于小型的PC機處理腳踏板的輸入指令，輸出相應(yīng)的脈沖給伺服驅(qū)動器，最后完成縫紉的工作。

      （2）此系統(tǒng)也可以認為是一個伺服控制系統(tǒng)，一個由控制器，伺服驅(qū)動器和伺服電機構(gòu)成的伺服控制，控制器內(nèi)部集成有伺服運動控制模塊，用來處理單片機輸入指令，形成輸出脈沖。系統(tǒng)高速平縫機是一種高精度的控制系統(tǒng)，伺服技術(shù)的應(yīng)用使得該系統(tǒng)得以實現(xiàn)例如針定位等高精度控制。

      （3）鍵盤顯示界面是系統(tǒng)的人機界面，由于系統(tǒng)只需要字符和數(shù)字的顯示，而且需要體積小，質(zhì)量輕的LCD，所以系統(tǒng)采用6位8段的段位式LCD。在界面處，我們可以設(shè)置自動剪切線，自動抬壓腳等等功能。

      （4）腳踏板信號輸入是一種人為控制信號的輸入，用來控制整個縫紉過程，在這樣一個系統(tǒng)里面，不是不需要人為控制，而是不需要人為的縫紉過程的控制。這樣減少了人為造成的精度上的失誤。它需要人為的階段控制，即控制縫紉機的加速階段，停止階段，加固縫階段等等。因為它仍然是需要操作工人有選擇的進行花樣等縫制的縫紉工作。下面將介紹具體的信號輸入及意義。

      （5）傳感器與電磁鐵是控制系統(tǒng)常帶有的控制工具，在平縫機，花樣機等縫紉機控制系統(tǒng)中的意義更重大，后面將具體介紹它們的作用等等。

2.2  技術(shù)構(gòu)成
 
      系統(tǒng)硬件技術(shù)中，加減速，自動剪線，抬壓腳在下面章節(jié)中介紹。伺服技術(shù)是系統(tǒng)的重要技術(shù)，PID控制技術(shù)是其核心的技術(shù)。傳感器，電磁鐵等元器件是系統(tǒng)不可缺少的元器件，它們在技術(shù)構(gòu)成中也占有不可缺少的一部分。

      下面我們逐一將介紹它們，

2.2.1  硬件元器件技術(shù)構(gòu)成

      在這里無論信號輸入還是定位等其它功能都需要兩種器件：傳感器、電磁鐵。

      傳感器（sensor）是與該詞（sense）有關(guān)的術(shù)語，傳感器可代替人的五官，在機電一體化的控制中，作為檢測必要的信息并進行變換的裝置。要使機電一體化的執(zhí)行機構(gòu)動作也同樣，依據(jù)明確指令規(guī)定動作，尤其必須有“來自傳感器的信息”作為指令所需的信息依據(jù)。

傳感器有信息檢測與將檢測到的信息轉(zhuǎn)換為電氣信號兩大功能。

      接觸式傳感器是固定在被測量的對象上，或借助接觸狀態(tài)來檢測的傳感器。由于與被測量對象沒有直接接觸，所以有承受環(huán)境影響的能力。

      光傳感器可將光的有無或亮度等光信息變換為電信號。如硫代鎘傳感器。
   
      CdS(硫化鎘)傳感器的特點如下：

      一般檢測動作快；

      不接觸檢測對象；

      檢測時無噪聲（噪聲是計算機控制中造成誤動作的原因）；

      檢測方便簡單；

      傳感器價格低廉。
    
       磁傳感器是檢測磁性的傳感器。這種傳感有以下兩類：利用磁鐵吸鐵時的磁吸力作用。例如簧片開關(guān)。將由于電流流過電線或線圈形成的磁場變換為電氣量的器件。例如霍爾原件。

      因為磁傳感器能以非接觸形式檢測，所以可用于無觸點開關(guān)、車用發(fā)動機等的車速傳感器、物體位置檢測器等。

      電磁鐵（electromagnet）：將電能轉(zhuǎn)換為機械能以實現(xiàn)吸合作功的電器。通常由軟磁材料制成的鐵心、銜鐵和勵磁繞組構(gòu)成。當勵磁繞組通電時，產(chǎn)生磁場，鐵心磁化，并產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，使之運動作功。電磁鐵主要用于操動、牽引機械裝置。工業(yè)上常用的電磁鐵有制動電磁鐵、牽引電磁鐵、起重電磁鐵和閥用電磁鐵等。此外，屬于電磁鐵類的還有用以傳遞或隔斷兩軸間機械聯(lián)系的電磁聯(lián)軸器；用在機床工作臺上吸牢磁性材料工件的電磁吸盤；供高能物理、核聚變研究、磁流體發(fā)電和高速懸浮列車等使用的、能產(chǎn)生高達數(shù)十特（斯拉）磁通密度而幾乎不消耗繞組功率的超導電磁鐵等。這里的高速平縫機上使用的就是閥用電磁鐵，主要用于自動剪切線機械聯(lián)動裝置中。

2.2.2  硬件技術(shù)
      伺服驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展與磁性材料技術(shù)、半導體技術(shù)、通信技術(shù)、組裝技術(shù)、生產(chǎn)工藝水平等基礎(chǔ)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。
　  　磁性材料中，特別是永久磁性材料性能的提高是伺服電機高性能化、小型化所不可缺少的重要條件。以日本安川公司伺服電機產(chǎn)品的磁性材料為例，其磁性材料的磁能積由原來的10MGOe提高到30MGOe，從70年代到90年代的這段時間提高了3倍。
　　  半導體技術(shù)的發(fā)展使伺服驅(qū)動技術(shù)進入了全數(shù)字化時期，伺服控制器的小型化指標取得了很大的進步。LSI的精細加工技術(shù)以及開關(guān)特性的改善使高速開關(guān)器件的應(yīng)用成為主流。IGBT已經(jīng)發(fā)展到了第四代產(chǎn)品，其性能則提高了5倍以上，IPM也已經(jīng)發(fā)展到第三代，性能該系統(tǒng)選用的伺服驅(qū)動器是眾為興自主研制的QS5AA020M，采用第三代IPM，它具有低飽和壓降、高開關(guān)速度、內(nèi)設(shè)低損耗電流傳感，六個IGBT功率器件。采用單電源、邏輯電平輸入、優(yōu)化的柵極驅(qū)動。實行RTC（實時邏輯柵壓控制）模式，以嚴密的時序邏輯，對過電流、短路、過熱、欠電壓等故障進行總監(jiān)控保護。提供系統(tǒng)故障輸出，向系統(tǒng)控制器提供報警信號。

      微處理器性能的大幅度增強也使伺服控制器的復雜運算速度和多功能處理能力得以提高，同時也為產(chǎn)品的小型化創(chuàng)造了條件。

      在全數(shù)字控制方式下，伺服控制器實現(xiàn)了伺服控制的軟件化。現(xiàn)在很多新型的伺服控制器都采用了多種新算法。目前比較常用的算法主要有PID，控制切換、前饋控制、速度實時監(jiān)控控制等。本伺服驅(qū)動器采用PID控制算法實現(xiàn)。

      比例調(diào)節(jié)作用是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差,系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差,比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。比例作用大,可以加快調(diào)節(jié)，過大也有問題。
      積分調(diào)節(jié)作用是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差,提高無誤差度。因為有誤差,積分調(diào)節(jié)就進行,直至無誤差,積分調(diào)節(jié)停止,積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強弱取決與積分時間常數(shù)Ti,Ti越小,積分作用就越強。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合,組成PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。

      微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率,具有預(yù)見性,能預(yù)見偏差變化的趨勢,因此能產(chǎn)生超前的控制作用,在偏差還沒有形成之前,已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此,可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇合適情況下,可以減少超調(diào),減少調(diào)節(jié)時間。此外,微分反應(yīng)的是變化率,而當輸入沒有變化時,微分作用輸出為零。微分作用不能單獨使用,需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合,組成PD或PID控制器。一般情況下，工業(yè)上采用經(jīng)驗法和試湊法實現(xiàn)PID控制。

2.3  功能與實現(xiàn)
      由于可以實現(xiàn)自動剪線，自動加固縫，自動抬壓腳和自動定寸縫的功能，但是由于自動定寸縫較為復雜，所以下面我們將著重從前三個方面來介紹整個系統(tǒng)的控制流程與控制原理，另外介紹一下它的執(zhí)行機構(gòu)和輔助系統(tǒng)。

2.3.1  自動剪切線控制原理與流程
      通過控制安裝在縫紉機機頭內(nèi)部的電磁鐵的吸合和釋放，就可以控制與電磁鐵相連的剪刀、抬壓腳桿、倒縫凸輪、撥線桿等執(zhí)行機構(gòu)，完成自動剪線、自動抬壓腳、自動倒縫(前后加固縫)、自動撥線等動作。電磁鐵的質(zhì)量和“參數(shù)”直接影響到縫制質(zhì)量。主要是三大參數(shù)：吸合力、通電吸合時間和斷電釋放時間、電磁鐵內(nèi)阻。吸合力指的是電磁鐵在加上額定電壓吸合后能拉開的臨界力。這個力保證了電磁鐵在通電后能穩(wěn)定而可靠地工作。通電吸合時間和斷電釋放時間是十分重要的指標，動作的速度直接影響縫紉機的工作。至于電磁鐵內(nèi)阻的指標主要是為了控制電磁鐵的功耗。  

      控制信號的輸入原理：
      三根彈簧，一根曲桿構(gòu)成了腳踏控制器，當它被踏到下位置時，輸入一種信號，當其曲桿只頂?shù)捷^近的那只彈簧時是另一輸入信號。當其它將兩只彈簧都項到上部分時是第三種信號輸入，其原始狀態(tài)即不接觸到彈簧為第四種信號輸入。其中，A，B位置各有一個發(fā)射紅外線的發(fā)射器和接收傳感器，上述四種信號對應(yīng)于鐮刀型曲柄的四個狀態(tài)即擋住傳感器A、B的其中一個，或兩個，或完全不擋住其發(fā)射的紅外線，。我們用“0”表示不擋住，用“1”表示擋住紅外線，其中一種狀態(tài)即腳踏板后踏到底，即“01”時為剪切線狀態(tài)，還有自動抬后腳，自動調(diào)速，初始狀態(tài)。自動調(diào)速時，腳踏板前踏，圖中C位置的位移傳感器通過感應(yīng)磁通量的多少將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的速度。

      自動切線原理：
      當面板設(shè)置為自動剪切線時，腳踏板又后踏至底，則進入剪切線狀態(tài)，此時自動剪線裝置是由電磁閥拉動一個從動桿即凸輪隨動臂。從動桿接觸控制凸輪，起動剪線機構(gòu)，剪線機構(gòu)，剪切型的剪線刀就利落地將縫線剪斷。需要剪線時，用腳踩動踏板，剪線機構(gòu)便開始工作?？p紉機自動把針桿從針下的交接班線器就開始工作。拉線器同時抓住針線和梭心線，把兩根線拉到固定的剪線刀里，動刀，定刀相挫開，像剪刀一樣將線剪斷。
 
      自動剪線機構(gòu)的位置：靜剪刀的刀刃口與機針中心的距離為4毫米，刃口高低為0.6毫米。動剪刀與機針中心之間距離為2~2.5毫米之間．由上述可知，自動剪切線控制系統(tǒng)還需要針位定位系統(tǒng)的支持。

2.2自動加固縫控制流程與原理

      這一階段與送布牙的運動息息相關(guān)，所以我們首先介紹一下送布牙的運動。送布牙的前后運動：當上軸旋轉(zhuǎn)，由于送料抬牙偏心輪A的偏心作用，通過偏心輪套圈而產(chǎn)生叉形送料桿的擺動。但由于受到針距連桿的牽制，所以不僅環(huán)繞針距調(diào)節(jié)器的中點為活動支點擺動，而且還產(chǎn)生垂直方向的移位。因此再通過送料軸曲柄1推動送料軸的住復轉(zhuǎn)動必定推動送布牙作前后運動。

      送布牙的上、下運動：當上軸旋轉(zhuǎn)，由于送料抬牙偏心輪的偏心作用，通過抬牙連桿使抬牙軸往復轉(zhuǎn)動。抬牙曲柄的凸頭嵌合在牙架凹口內(nèi)，當抬牙軸往復轉(zhuǎn)動時，通過抬牙曲柄而使牙架上的送布牙作上下運動。

      自動加固逢的原理：我們將控制鍵盤設(shè)定為自動加固縫狀態(tài)，即設(shè)定起始加固縫或者終點加固縫時，由上一章節(jié)所述可知，當腳踏板前踏時，即腳踏控制器進入（0，0）狀態(tài)時，系統(tǒng)進入自動加固縫階段。當控制器控制收到針定位裝置的到達針數(shù)指令時，開始倒縫，它控制倒縫電磁鐵吸合，拉伸倒順桿彈簧，帶動送料軸旋轉(zhuǎn)，送料軸帶動牙架平移，以改變送布牙的初識位置，使得其前后運動由原來的由前向后運動變?yōu)橛珊笙蚯斑\動。

      自動倒縫同樣使用了自動針定位裝置，足見這一裝置的重要性，所以下一章節(jié)將著重介紹一下這個裝置的原理。

      工業(yè)平縫機針距的長度可通過旋動針距旋鈕來調(diào)節(jié)．向順時針方向擰動，針距由大轉(zhuǎn)小；向逆時針擰動，由小變大．針距調(diào)節(jié)旋鈕上一般都標有記號，有的用漢字＂大＂和＂小＂字樣．有的上面標有數(shù)字，數(shù)字大的針距小，數(shù)字小的針距大．針距的大小，一般是根據(jù)所縫制的縫料性質(zhì)確定的．

2.3.2  自動抬壓腳與自動針定位
      自動抬壓腳的實現(xiàn)也是通過控制器借助傳感器控制電磁鐵來實現(xiàn)的

      自動抬壓腳的原理：
      當控制面板中用鍵盤設(shè)定自動抬壓腳，可以自動抬壓腳。當腳踏板后踏至半位時，即處于（1，1）狀態(tài)時，自動抬壓腳。此時，當針定位裝置發(fā)送高位信號后，控制器控制自動抬壓腳電磁鐵下拉抬壓腳杠桿，促使壓腳上抬。這一系統(tǒng)也用到了自動針定位裝置。

      由上述可知，自動定位是這幾個功能中必不可少的一個功能，它可以為其他功能的使用。由以前的章節(jié)可以知道，霍爾磁傳感器可以實現(xiàn)一個把磁信號轉(zhuǎn)化為電信號，然后將其輸入給控制器，以便于控制器進行定位，它位于針定位裝置之上

      針定位裝置上有兩個霍爾元器件，其中一個為高位針定位，另一個為低位針定位。分別實現(xiàn)針定位于高位或低位，當伺服馬達帶動上輪和上軸轉(zhuǎn)動時，上輪上的定位裝置是不動的，它可以通過此兩個傳感器判定高低位，以實現(xiàn)針定位。

      至此，高速平縫機控制系統(tǒng)三大自動控制流程和原理已介紹完畢。

2.3.4  輔助系統(tǒng)與執(zhí)行機構(gòu)
      這里的輔助系統(tǒng)包括油泵系統(tǒng)和自動繞線系統(tǒng)，執(zhí)行機構(gòu)是由馬達伺服驅(qū)動器和馬達構(gòu)成的驅(qū)動電路。

      油泵是用來抽取縫紉機油以潤滑機械的，當縫紉機運行時，油泵會自動抽油并將其澆灑在關(guān)鍵的機械零件和它們的結(jié)合與摩擦處，起到潤滑的作用。

      自動繞線系統(tǒng)是為梭心實現(xiàn)自動繞線功能的機構(gòu)與系統(tǒng)。其原理：將梭心置于繞線柱上，并將線頭繞上幾圈。利用皮帶輪摩擦帶動繞線摩擦輪，當腳踏板前踏時，馬達執(zhí)行慢速啟動，逐漸加速，并且開始繞線。這樣便可以快速繞線，當線量足夠時，梭心繞線自動停止。

      整個縫紉機控制系統(tǒng)是由一個執(zhí)行機構(gòu)組成：伺服馬達驅(qū)動器和伺服馬達組成的驅(qū)動電路。

      當平縫機運行時，控制器將控制信號輸出給伺服驅(qū)動器，驅(qū)動器將輸入交流電轉(zhuǎn)換為馬達需要的電流強度，用來驅(qū)動馬達轉(zhuǎn)動以達到控制縫紉機運行的效果。

2.4  結(jié)論
      國內(nèi)開發(fā)的類似此種平縫機控制系統(tǒng)非常的罕見，ADT-FR-680H控制器控制的高速平縫機是眾為興的最新產(chǎn)品,具有很高的技術(shù)含量。整個控制器由控制面板和主控制電路板組成，控制電路板是控制器的核心，也是輸入信號與輸出脈沖電流的中轉(zhuǎn)站，它擔負起將輸入信號轉(zhuǎn)化為驅(qū)動電動機或者電磁鐵所需的脈沖信號，以驅(qū)動平縫機的運動。驅(qū)動器是控制系統(tǒng)的中樞，相當于一個功率變頻器，它擔負著將輸入脈沖轉(zhuǎn)化為大功率的電流驅(qū)動電動機以相應(yīng)的速度轉(zhuǎn)動。工控主板采用嵌入式結(jié)構(gòu)，嵌入了一片單片機，用以完成控制器的信號處理工作?？刂破?伺服驅(qū)動器+伺服電機這一模式再次得到了驗證。