張 琦， 魏 莉， 羅 成， 夏風(fēng)林， 蔣高明

(1. 江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無錫 214122；2. 武漢紡織大學(xué) 湖北省數(shù)字化紡織裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖北 武漢 430077)

經(jīng)編壓電賈卡提花作為一種靈活的單針提花控制技術(shù)，可與梳櫛整體橫移提花組合出更加豐富的提花效應(yīng)與立體效果，因而成為現(xiàn)代經(jīng)編提花產(chǎn)品的主要生產(chǎn)技術(shù)。對(duì)經(jīng)編機(jī)壓電賈卡提花控制技術(shù)的研究，有德國(guó)公司最早開發(fā)的基于背板母線架構(gòu)系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)研究人員亦曾先后利用單片機(jī)構(gòu)建嵌入式賈卡提花控制系統(tǒng)[1-2]，或者利用控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)總線構(gòu)建賈卡花型傳輸系統(tǒng)[3-4]，或者直接將驅(qū)動(dòng)電路嵌入到賈卡針塊內(nèi)部構(gòu)建混合異構(gòu)通信系統(tǒng)[5-6]，上述研究雖已形成功能完備技術(shù)成熟的賈卡提花控制系統(tǒng)，但是其系統(tǒng)控制對(duì)象仍限于單把賈卡梳櫛。

隨著近年來經(jīng)編塑身內(nèi)衣與無縫服裝等雙賈卡編織工藝的研發(fā)，尤其是立體提花鞋材這種一次成形量大面廣的賈卡提花產(chǎn)品的出現(xiàn)，使得經(jīng)編賈卡提花控制系統(tǒng)中的控制對(duì)象從1把賈卡梳櫛增加為2把，甚至3把；提花總針數(shù)增加1倍，提花信息量對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)量增加到8倍，同時(shí)每橫列賈卡針的4次偏置動(dòng)作又將動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的刷新時(shí)間縮短為單賈卡的四分之一。更多的數(shù)據(jù)量需要在更短的時(shí)間里完成處理，二者量變上的沖突迅速加劇了雙賈卡提花控制系統(tǒng)生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的大時(shí)滯特性，導(dǎo)致靜態(tài)花型數(shù)據(jù)加載時(shí)間過長(zhǎng)、產(chǎn)品工藝翻改周期長(zhǎng)， 動(dòng)態(tài)偏置數(shù)據(jù)刷新不及時(shí)、機(jī)器生產(chǎn)速度降低等系列問題，故而只是通過對(duì)現(xiàn)有單賈卡控制系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單硬件倍增而成的雙賈卡控制系統(tǒng)，難以真正滿足雙賈卡經(jīng)編產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，因此，基于雙賈卡提花更加嚴(yán)苛的控制要求與時(shí)序特征，本文對(duì)雙賈卡提花控制系統(tǒng)硬件的架構(gòu)設(shè)計(jì)、控制軟體的時(shí)序編排分別進(jìn)行針對(duì)性分析研究，并構(gòu)建100 Mbps以太網(wǎng)(Ethernet)與2 Mbps高速通用連接(G_Link)總線的雙總線系統(tǒng)架構(gòu)，設(shè)計(jì)雙線程時(shí)序與雙緩沖數(shù)據(jù)堆棧(FIFO)的控制軟體，以平衡實(shí)際生產(chǎn)中提花數(shù)據(jù)量劇增與實(shí)時(shí)處理時(shí)間縮短之間的內(nèi)在沖突，尋求經(jīng)編機(jī)雙賈卡提花控制系統(tǒng)可靠、高效的技術(shù)解決方案。

1 雙賈卡編織機(jī)構(gòu)與動(dòng)作分析

1.1 雙賈卡提花編織機(jī)構(gòu)

雙賈卡經(jīng)編機(jī)多為配置有4片半機(jī)號(hào)賈卡導(dǎo)紗梳的雙針床經(jīng)編機(jī)，例如在RDJ6/2型雙賈卡經(jīng)編機(jī)的梳櫛配置圖(見圖1)中，JB4.1與JB4.2，JB5.1與JB5.2可分別合并為2把完整賈卡梳櫛JB4與JB5，且在前針床與后針床均可成圈[7]。其編織過程為：利用賈卡導(dǎo)紗梳的整體橫移動(dòng)作與單根賈卡導(dǎo)紗針獨(dú)立的左/右偏置動(dòng)作相互配合，形成厚、薄、網(wǎng)孔3種基本組織，利用雙賈卡導(dǎo)紗梳櫛在前/后針床選擇性成圈的相互配合，形成縫合、鏤空、透空、麻點(diǎn)等多種特殊組織[8]，如若同時(shí)將基本組織與特殊組織進(jìn)行巧妙組合，或再配以色紗與功能性差異紗線的穿紗設(shè)計(jì)，便可在編織出具備不同顏色與組織效應(yīng)的雙面織物時(shí)，同步形成特殊的雙層組織結(jié)構(gòu)，使得經(jīng)編機(jī)以一次成形方式高效生產(chǎn)筒狀中空織物以及間隔層立體提花織物成為可能，進(jìn)而衍生出無縫連體服裝與提花立體鞋材等多系列先進(jìn)經(jīng)編工藝與產(chǎn)品。

圖1 RDJ6/2雙賈卡梳櫛配置圖

Fig.1 Arrangement of double jacquard bar in RDJ6/2

1.2 雙賈卡提花動(dòng)作時(shí)序

為配合賈卡導(dǎo)紗梳在前/后針床的墊紗成圈編織，賈卡導(dǎo)紗針必須在前/后針床完成相應(yīng)的偏置動(dòng)作。如果將圖1中JB4與JB5 2把賈卡梳上所有賈卡導(dǎo)紗針在前/后針床上的偏置動(dòng)作時(shí)刻，投射到編織機(jī)構(gòu)動(dòng)作周期中的每個(gè)編織橫列，也即經(jīng)編機(jī)主軸的每個(gè)360°旋轉(zhuǎn)周期中，可得如圖2所示的雙賈卡4次偏置時(shí)序圖。即沿著經(jīng)編機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)方向，可依次得到4個(gè)觸發(fā)偏置角度，其中偏置角度θ1對(duì)應(yīng)前針床針前偏置動(dòng)作時(shí)刻、θ2對(duì)應(yīng)前針床針背偏置動(dòng)作時(shí)刻、θ3對(duì)應(yīng)后針床針背偏置動(dòng)作時(shí)刻、θ4對(duì)應(yīng)后針床針前偏置動(dòng)作時(shí)刻，依主軸正向旋轉(zhuǎn)循環(huán)，從而構(gòu)成所有賈卡導(dǎo)紗針在每個(gè)編織動(dòng)作基本周期內(nèi)的偏置動(dòng)作時(shí)序。

雙賈卡控制系統(tǒng)的時(shí)序機(jī)制，就是根據(jù)不斷循環(huán)的基本編織周期橫列數(shù)與提花工藝信息之間的映射關(guān)系，實(shí)時(shí)并準(zhǔn)確地從提花數(shù)據(jù)文件中提取對(duì)應(yīng)橫列的各次偏置動(dòng)作數(shù)據(jù)，嚴(yán)格依據(jù)基本編織周期內(nèi)的偏置動(dòng)作次序，精準(zhǔn)判別觸發(fā)角度，在該角度時(shí)刻實(shí)時(shí)輸出提取的所有工藝提花信息，確保所有賈卡導(dǎo)紗針在梳櫛開始整體橫移墊紗前同步完成偏置動(dòng)作，并在隨后的角度區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定保持最后一次刷新的偏置狀態(tài)，4個(gè)偏置角度之后的4個(gè)角度分區(qū)亦如圖2所示。

圖2 雙賈卡4次偏置時(shí)序圖

Fig.2 Quartic trigger time series of double jacquard

2 控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)應(yīng)于經(jīng)編機(jī)整個(gè)幅寬長(zhǎng)度內(nèi)任一把賈卡梳櫛上幾千枚賈卡導(dǎo)紗針的提花信息，即使每枚針的左偏或右偏狀態(tài)只用1位值為“0”或“1”的位變量來表示，1次偏置動(dòng)作也需要幾百個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)量。相對(duì)于普通單賈卡系統(tǒng)在1個(gè)基本編織周期中只在針背進(jìn)行1次偏置動(dòng)作，雙賈卡系統(tǒng)在1個(gè)基本編織周期中卻需要4次偏置動(dòng)作，2把賈卡梳的4次偏置動(dòng)作數(shù)據(jù)量就是前者的8倍，另外在相同的生產(chǎn)速度條件下，若按照每完成1次偏置動(dòng)作后刷新1次數(shù)據(jù)的方式，則后者刷新1次偏置動(dòng)作數(shù)據(jù)的時(shí)間卻只有前者的四分之一，因此，為在更短的時(shí)間內(nèi)完成更大數(shù)據(jù)量的實(shí)時(shí)處理，構(gòu)建了基于二級(jí)總線式系統(tǒng)架構(gòu)和組合式賈卡控制單元的經(jīng)編雙賈卡提花控制系統(tǒng)。

2.1 雙總線架構(gòu)

雙賈卡經(jīng)編機(jī)的集成控制系統(tǒng)除包含對(duì)賈卡電子提花的實(shí)時(shí)控制外，一般還會(huì)包括電子送經(jīng)、電子牽拉和電子橫移等其他實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制，為確保高速生產(chǎn)過程中賈卡電子提花控制功能的實(shí)時(shí)性，并避免與其他控制功能同時(shí)參與對(duì)上位工控機(jī)實(shí)時(shí)資源的搶奪爭(zhēng)占，采用將賈卡提花工藝數(shù)據(jù)文件由上位工控機(jī)下載至位于控制層的、由嵌入式工控機(jī)擔(dān)任的專用賈卡控制器內(nèi)，再由賈卡控制器控制位于現(xiàn)場(chǎng)層的多個(gè)組合式賈卡控制單元，在整個(gè)集成控制系統(tǒng)中以相對(duì)獨(dú)立的方式完成對(duì)賈卡電子提花的實(shí)時(shí)控制。為便于集成系統(tǒng)的模塊增減，設(shè)計(jì)了3層2級(jí)總線式系統(tǒng)架構(gòu)。

第1級(jí)數(shù)據(jù)總線選擇速率為100 Mbps的Ethernet，借助傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議(TCP/IP)可靠的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)接，以及以太網(wǎng)可以超過1 K字節(jié)的大數(shù)據(jù)包批量傳送數(shù)據(jù)塊的高容載量傳輸特性，來匹配雙賈卡提花工藝數(shù)據(jù)文件的大量數(shù)據(jù)必需在極短時(shí)間內(nèi)整體且快速地由上位工控機(jī)傳送至賈卡控制器內(nèi)的傳輸要求，實(shí)現(xiàn)賈卡提花工藝數(shù)據(jù)在靜態(tài)下的頻繁快速加載，以滿足實(shí)際生產(chǎn)過程中頻繁更換工藝的操作要求。

第2級(jí)數(shù)據(jù)總線選擇速率為2 Mbps的G_Link總線，基于RS422全雙工通信總線標(biāo)準(zhǔn)，可以較短的數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度以自由數(shù)據(jù)格式進(jìn)行高速實(shí)時(shí)通信，滿足賈卡控制器與各賈卡控制單元之間一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的周期性高速通信，用于動(dòng)態(tài)傳輸某個(gè)基本編織周期內(nèi)的實(shí)時(shí)偏置動(dòng)作數(shù)據(jù)。

獨(dú)立控制賈卡電子提花功能的賈卡控制器具有1個(gè)編碼器信號(hào)輸入接口，2條G_Link總線硬件接口與編碼器信號(hào)輸出接口，主軸角度編碼器信號(hào)在送達(dá)賈卡控制器后，采用與G_Link總線同電纜的方式，硬聯(lián)接延送至各賈卡控制單元，每個(gè)G_Link總線硬件接口最多可驅(qū)動(dòng)16個(gè)賈卡控制單元。

2.2 賈卡控制單元

安裝于經(jīng)編機(jī)機(jī)臺(tái)上直接驅(qū)動(dòng)賈卡導(dǎo)紗針塊的賈卡控制單元，是為了提高系統(tǒng)擴(kuò)展的靈活性與安裝調(diào)試的便利性，集驅(qū)動(dòng)與實(shí)時(shí)控制于一體的可組合式擴(kuò)展單元，每個(gè)單元包含1塊采用復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)硬件編程的嵌入式微控制單元(MCU)控制板以及最多16塊賈卡驅(qū)動(dòng)板。

為實(shí)現(xiàn)雙賈卡控制系統(tǒng)中2把賈卡梳櫛分別具有各自不同的觸發(fā)偏置角度，以使得每把賈卡梳在工藝最需要的時(shí)刻才觸發(fā)導(dǎo)紗針偏置，并保證同一把賈卡梳上所有賈卡導(dǎo)紗針的偏置同步性，采用將各自的觸發(fā)偏置角度預(yù)存至每把梳對(duì)應(yīng)的所有賈卡控制單元內(nèi)，這樣所有單元內(nèi)的MCU控制板與賈卡控制器同時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)唯一的主軸角度編碼器信號(hào)，當(dāng)主軸角度與本單元內(nèi)預(yù)存的偏置角度相同時(shí)，立即觸發(fā)16塊驅(qū)動(dòng)板上對(duì)應(yīng)偏置數(shù)據(jù)的并行輸出。由于主軸角度信息的唯一性，以及各賈卡控制單元并行同步處理的實(shí)時(shí)性，在保證同一把賈卡梳櫛上所有賈卡導(dǎo)紗針并行輸出的嚴(yán)格同步性時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了2把賈卡梳利用分離角度在各自最需要的時(shí)刻位置精準(zhǔn)動(dòng)作。

3 控制系統(tǒng)軟件時(shí)序設(shè)計(jì)

針對(duì)經(jīng)編雙賈卡提花控制系統(tǒng)中靜態(tài)花型數(shù)據(jù)加載時(shí)間的縮短以及動(dòng)態(tài)提花數(shù)據(jù)刷新率的提高，在依賴各級(jí)總線通道硬件支持與特性匹配的基礎(chǔ)上，還需要針對(duì)不同軟件環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)高效率的通信機(jī)制與數(shù)據(jù)處理時(shí)序。

3.1 靜態(tài)花型加載

靜態(tài)花型加載包括在以太網(wǎng)上的高速數(shù)據(jù)傳送，以及在賈卡控制器內(nèi)數(shù)據(jù)的快速接收，并同步轉(zhuǎn)換為大數(shù)據(jù)塊文件格式完成本地存儲(chǔ)2個(gè)加載環(huán)節(jié)。

按照GB/T 21547.4—2008《VME總線對(duì)儀器的擴(kuò)展 第4部分：TCP/IP-IEEE488.2儀器接口規(guī)范》，TCP/IP協(xié)議作為以太網(wǎng)通信的一種可靠性連接，在通信開始前雙方即確定通信的最大報(bào)文段長(zhǎng)度(MSS)，為避免攜帶TCP報(bào)文的IP數(shù)據(jù)包在IP層傳輸過程中超過最大傳輸單元(MTU)導(dǎo)致IP數(shù)據(jù)包被分片，通常將TCP的MSS值設(shè)置為MTU值減40字節(jié)(其中TCP報(bào)文與IP報(bào)文頭部長(zhǎng)度各占20字節(jié))，而對(duì)Ethernet而言，MTU最佳值為1 500，則MSS最大值是1 460字節(jié)[9]。Ethernet的MSS值直接決定了1個(gè)TCP數(shù)據(jù)包內(nèi)單次能夠傳送的最大賈卡花型數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。以每枚賈卡導(dǎo)紗針的偏置狀態(tài)用1位布爾類型數(shù)據(jù)計(jì)算，則封裝16枚導(dǎo)紗針的1塊賈卡針塊1次偏置需要2個(gè)字節(jié)，1個(gè)賈卡控制單元最多控制32塊賈卡針塊，故1條G_Link總線上最多16個(gè)賈卡控制單元內(nèi)的所有賈卡導(dǎo)紗針完成1次偏置動(dòng)作最大需要1 024即1 K字節(jié)數(shù)據(jù)，該最大值接近并且小于MSS值，因此若規(guī)定1個(gè)TCP報(bào)文1次發(fā)送所有賈卡導(dǎo)紗針的1次偏置數(shù)據(jù)，1個(gè)橫列的花型數(shù)據(jù)分4次傳送完成，則可完全避免IP數(shù)據(jù)包被分片，還能簡(jiǎn)化賈卡控制器內(nèi)處理TCP/IP通信程序的復(fù)雜度，在保證Ethernet以最佳效率通信外，還在MSS允許范圍內(nèi)以最大數(shù)據(jù)容載量實(shí)現(xiàn)賈卡花型數(shù)據(jù)的高速傳輸。

當(dāng)賈卡花型數(shù)據(jù)以100 Mbps的速率從上位工控機(jī)傳送至賈卡控制器以完成失電存儲(chǔ)的靜態(tài)數(shù)據(jù)加載時(shí)，后者卻由于最大20 Mbps的外部非易失存儲(chǔ)數(shù)據(jù)寫出速度和有限的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)內(nèi)存空間[9]，既不能以更快或相同的速度將高速到達(dá)的數(shù)據(jù)同步寫出外部存儲(chǔ)，也難以將所有接收到的花型數(shù)據(jù)均以變量形式全部存放于內(nèi)存RAM，使得賈卡控制器必須在高速處理后續(xù)每個(gè)到達(dá)的TCP數(shù)據(jù)報(bào)文的同時(shí)，還要將之前所有處理完畢的偏置數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)且完整地存入本地非易失存儲(chǔ)空間內(nèi)，直至所有橫列的花型工藝數(shù)據(jù)傳輸完畢，不允許有任何數(shù)據(jù)的接收溢出與存儲(chǔ)丟失。

為提高大數(shù)據(jù)量賈卡靜態(tài)花型加載過程的實(shí)時(shí)性，避免以太網(wǎng)通信高速的數(shù)據(jù)寫入操作因低速的外部存儲(chǔ)數(shù)據(jù)寫出操作而被中斷處于頻繁等待狀態(tài)，設(shè)計(jì)了如圖3所示的采用雙級(jí)FIFO緩沖數(shù)據(jù)堆棧處理機(jī)制的雙線程靜態(tài)花型加載流程。2個(gè)線程作為2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的任務(wù)并行執(zhí)行，其中線程1負(fù)責(zé)對(duì)高速到達(dá)的TCP數(shù)據(jù)包的實(shí)時(shí)接收，對(duì)每4個(gè)報(bào)文的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取并按照賈卡導(dǎo)紗針實(shí)際偏置邏輯需要重新組合拼裝成1個(gè)橫列的完整偏置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體后，寫入緩沖數(shù)據(jù)堆棧FIFO 0；當(dāng)FIFO 0的堆棧指針到達(dá)指定深度后，利用內(nèi)存數(shù)據(jù)塊操作的高速指令將FIFO 0內(nèi)的全部數(shù)據(jù)快速拷貝至緩沖數(shù)據(jù)堆棧FIFO 1內(nèi)；線程2在發(fā)現(xiàn)FIFO 1內(nèi)有新數(shù)據(jù)寫入后，執(zhí)行靜態(tài)數(shù)據(jù)文件的外部存儲(chǔ)連續(xù)寫出操作。借助雙FIFO對(duì)高速數(shù)據(jù)流的緩沖特性，以及雙線程任務(wù)執(zhí)行時(shí)在時(shí)間上的并發(fā)與互補(bǔ)特性，通過匹配2個(gè)線程的任務(wù)周期N與M值，可在真正發(fā)揮Ethernet 100 Mbps高速大容載量傳輸特性來壓縮數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間的同時(shí)，兼顧靜態(tài)數(shù)據(jù)文件的存儲(chǔ)操作，以最少的等待時(shí)間和最高的數(shù)據(jù)傳輸效率，實(shí)現(xiàn)大塊數(shù)據(jù)流的高速流入與低速匯出之間的動(dòng)態(tài)平衡。

圖3 靜態(tài)數(shù)據(jù)加載與轉(zhuǎn)存線程

Fig.3 Load-thread and store-thread of pattern data

3.2 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)刷新

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)刷新包括實(shí)時(shí)偏置數(shù)據(jù)在G_Link總線上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，及每個(gè)賈卡控制單元內(nèi)偏置數(shù)據(jù)隨主軸角度變化的瞬時(shí)偏置輸出2個(gè)刷新環(huán)節(jié)。

相對(duì)于單賈卡經(jīng)編提花在生產(chǎn)1個(gè)橫列的過程中只需要1次偏置，其最多可利用經(jīng)編機(jī)主軸轉(zhuǎn)過1周的時(shí)間來完成1次動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸，雙賈卡提花生產(chǎn)1個(gè)橫列需要4次偏置，其1次偏置數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間只有1個(gè)橫列的四分之一，理論上必然會(huì)導(dǎo)致經(jīng)編機(jī)生產(chǎn)速度降低，因此，為提高生產(chǎn)過程中雙賈卡經(jīng)編提花數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)刷新實(shí)時(shí)性，并在一定程度上提高車速，為動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)刷新爭(zhēng)取足夠的傳輸時(shí)間，利用CPLD有限的存儲(chǔ)空間和G_Link總線的配合，設(shè)計(jì)了如圖4所示的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)刷新時(shí)序。

圖4 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)刷新時(shí)序圖

Fig.4 Time series of dynamic data refreshing

在每個(gè)賈卡控制單元內(nèi)的MCU控制板上，開辟3組數(shù)據(jù)寄存器：R0長(zhǎng)度為64字節(jié)，用以存放當(dāng)前單元內(nèi)16塊驅(qū)動(dòng)板上32塊賈卡導(dǎo)紗針塊的某1次動(dòng)態(tài)偏置數(shù)據(jù)；R1由4個(gè)長(zhǎng)度為64字節(jié)的存儲(chǔ)單元構(gòu)成，用于存放當(dāng)前橫列的4次動(dòng)態(tài)偏置數(shù)據(jù)；R2同樣由4個(gè)長(zhǎng)度為64字節(jié)的存儲(chǔ)單元構(gòu)成，但用于存放當(dāng)前橫列下1個(gè)橫列的4次動(dòng)態(tài)偏置數(shù)據(jù)。在機(jī)器位于主軸0°時(shí)完成工藝花型數(shù)據(jù)的加載后，將3組數(shù)據(jù)寄存器R0、R1、R2的數(shù)據(jù)全部分別填滿，其中R0為賈卡導(dǎo)紗針上立即輸出的偏置狀態(tài)數(shù)據(jù)，填寫為花型起始編織橫列的前一橫列的第4次動(dòng)態(tài)偏置數(shù)據(jù)，若起始編織橫列為第1橫列，則其前一橫列為完整工藝花高的最后橫列；R1的4個(gè)存儲(chǔ)單元R1.0～R1.3中依次填寫花型起始編織橫列第1橫列的4次動(dòng)態(tài)偏置數(shù)據(jù)，R2的4個(gè)存儲(chǔ)單元R2.0～R2.3中依次填寫花型起始編織橫列下一橫列即第2橫列的4次動(dòng)態(tài)偏置數(shù)據(jù)，這樣，在主軸開始旋轉(zhuǎn)前，每個(gè)賈卡控制單元中已經(jīng)預(yù)裝了2橫列完整的動(dòng)態(tài)偏置數(shù)據(jù)。

隨著機(jī)器的啟動(dòng)即主軸的旋轉(zhuǎn)，主軸依次轉(zhuǎn)過偏置角度θ1～θ4，寄存器R1中的4次偏置數(shù)據(jù)也被依次打入R0并即時(shí)輸出刷新為所有賈卡針的偏置狀態(tài)，當(dāng)R1.3中的第4次偏置數(shù)據(jù)被打出后，MCU控制程序認(rèn)為1個(gè)工藝橫列已經(jīng)完成，立即將寄存器R2內(nèi)的全部數(shù)據(jù)同時(shí)打入R1對(duì)應(yīng)的4個(gè)存儲(chǔ)單元內(nèi)，隨后觸發(fā)G_Link總線，開始下載第3橫列的動(dòng)態(tài)偏置數(shù)據(jù)，因此，當(dāng)機(jī)器主軸開始生產(chǎn)第2個(gè)工藝橫列時(shí)，G_Link總線上已同時(shí)開始第3個(gè)工藝橫列的數(shù)據(jù)傳輸，且由于傳輸時(shí)間長(zhǎng)度最大為經(jīng)編機(jī)主軸轉(zhuǎn)過1周的時(shí)間，因此同一橫列內(nèi)的4次偏置數(shù)據(jù)不必分開傳輸，可一次性傳輸至CPLD的R2.0～R2.34個(gè)存儲(chǔ)單元中。

通過在位于控制底層的賈卡控制單元內(nèi)以較少的存儲(chǔ)字節(jié)數(shù)開辟R2與R1雙級(jí)FIFO數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，使R2與G_Link總線對(duì)接以緩沖總線預(yù)存數(shù)據(jù)，使R1與執(zhí)行元件賈卡針對(duì)接以緩沖實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)刷新時(shí)的總線數(shù)據(jù)傳輸與偏置數(shù)據(jù)輸出這2個(gè)原本存在嚴(yán)格先后時(shí)序依存關(guān)系的動(dòng)作，由于被雙緩沖FIFO從空間上分切隔離，從而使得二者可在同一時(shí)間內(nèi)并發(fā)執(zhí)行互不沖突，以有限的存儲(chǔ)空間爭(zhēng)取到寶貴的數(shù)據(jù)刷新時(shí)間。

4 控制系統(tǒng)生產(chǎn)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)條件：采用2臺(tái)相同幅寬(106.68 cm)與相同機(jī)號(hào)(E24)的RDJ6/2雙針床織樣經(jīng)編機(jī)，其中一臺(tái)經(jīng)編機(jī)的賈卡提花控制采用本文所設(shè)計(jì)的基于雙總線架構(gòu)的第2代雙賈卡提花控制系統(tǒng)(版本V2.0)；另一臺(tái)經(jīng)編機(jī)的賈卡提花控制仍采用基于單賈卡控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件倍增擴(kuò)展，采用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)加載，且可對(duì)2把賈卡梳櫛進(jìn)行提花控制的第1代雙賈卡提花控制系統(tǒng)(版本V1.0)。

實(shí)驗(yàn)方法如下。第1步進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，即針對(duì)第2代雙賈卡經(jīng)編機(jī)提花控制系統(tǒng)，調(diào)整圖3中2個(gè)并行線程的任務(wù)周期N與M的值，反復(fù)加載花高為1 000橫列的同一款花型文件，尋找最短加載時(shí)間下N與M的最優(yōu)匹配值，實(shí)驗(yàn)的過程數(shù)據(jù)如表1所示。第2步為對(duì)比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)包含花型加載速度與織樣生產(chǎn)速度的對(duì)比：首先，在2臺(tái)經(jīng)編機(jī)上反復(fù)加載花高為1 000橫列的同一個(gè)雙賈卡工藝數(shù)據(jù)文件，對(duì)比第1、2兩代賈卡提花控制系統(tǒng)加載花型消耗的平均時(shí)間，以比較二者對(duì)靜態(tài)花型數(shù)據(jù)的傳輸速度；然后，在2臺(tái)經(jīng)編機(jī)上同時(shí)織造如圖5所示，花高為390橫列的同一款雙賈卡經(jīng)編立體提花鞋材產(chǎn)品，對(duì)比第1、2兩代賈卡提花控制系統(tǒng)控制織樣時(shí)的最高生產(chǎn)機(jī)速，以比較二者對(duì)動(dòng)態(tài)偏置數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理效率。對(duì)比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的過程數(shù)據(jù)如表2所示。

表1 雙線程任務(wù)周期值優(yōu)選

Tab.1 Optimization of double thread task cycle time

測(cè)試編號(hào)重復(fù)加載次數(shù)線程1周期N值/ms線程2周期M值/ms平均加載時(shí)間/sa10228b105220c102510d105522

圖5 織樣驗(yàn)證

Fig.5 Weave sample validation. (a) Drafted pattern; (b) Sample

表2 兩代雙賈卡控制系統(tǒng)性能對(duì)比Tab.2 System performance comparison betweentwo double jacquard control systems

雙賈卡系統(tǒng)版本總線類型總線速率1 000橫列花型加載耗時(shí)同款產(chǎn)品最高生產(chǎn)速度/(r·min-1)V1.0CAN250 Kbps20 min350V2.0Ether-net100 Mbps10 s450

從表1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可看出，線程1的任務(wù)周期時(shí)間對(duì)花型的加載時(shí)間影響較大，而線程2的任務(wù)周期對(duì)花型加載時(shí)間影響較小。這是由于受機(jī)器窄幅寬限制，在每橫列數(shù)據(jù)量無明顯增加的情況下每橫列分4個(gè)TCP數(shù)據(jù)包傳輸?shù)姆绞矫黠@影響著傳輸時(shí)間?？紤]到常規(guī)經(jīng)編鞋材產(chǎn)品的花高一般不會(huì)超過1 000橫列，且如果線程1與線程2同時(shí)采用最短的任務(wù)周期，會(huì)在實(shí)際生產(chǎn)中影響賈卡控制器通過G-link總線向底層賈卡控制單元刷新動(dòng)態(tài)偏置數(shù)據(jù)的響應(yīng)實(shí)時(shí)性，而且每次加載花型時(shí)間小于10 s生產(chǎn)廠家完全可以接受，因此綜合考慮，最佳的數(shù)據(jù)加載中雙線程周期分別取值N為2 ms，M為5 ms。

從表2可看出：由于第2代雙賈卡控制系統(tǒng)采用的100 Mbps Ethernet總線速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過第1代雙賈卡控制系統(tǒng)CAN總線，使得二者在加載同一款1 000橫列花高的花型文件時(shí)，加載時(shí)間由20 min縮短為10 s，相差120倍；且在織制相同產(chǎn)品時(shí)，實(shí)際機(jī)器生產(chǎn)速度從350 r/min提高到450 r/min，提升近30%。

5 結(jié) 論

本文針對(duì)經(jīng)編雙賈卡提花控制系統(tǒng)的具體特點(diǎn)與控制要求，進(jìn)行了基于二級(jí)總線式架構(gòu)和組合式賈卡控制單元的經(jīng)編雙賈卡提花控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證后得出如下結(jié)論。

1)針對(duì)大字節(jié)數(shù)的雙賈卡靜態(tài)工藝數(shù)據(jù)的頻繁加載要求，選擇高傳輸速率和大數(shù)據(jù)容載量的百兆以太網(wǎng)作為一級(jí)總線，可明顯壓縮花型加載耗時(shí)，1 000橫列、寬為106.68 cm、機(jī)號(hào)為E24針雙賈卡工藝文件加載時(shí)間約為10 s；針對(duì)大字節(jié)數(shù)的雙賈卡動(dòng)態(tài)偏置數(shù)據(jù)的高速實(shí)時(shí)刷新要求，選擇速率為2 Mbps的G-Link作為二級(jí)總線，通過與賈卡控制單元的數(shù)據(jù)預(yù)存機(jī)制相互配合，可將單橫列偏置數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間爭(zhēng)取為主軸旋轉(zhuǎn)1周的時(shí)間。

2)在軟件處理上采用雙級(jí)FIFO數(shù)據(jù)緩沖技術(shù)，不僅可在賈卡系統(tǒng)控制層有效節(jié)省數(shù)據(jù)流的高速流入與低速匯出之間的等待延時(shí)，還可用于賈卡系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)層對(duì)總線數(shù)據(jù)傳輸與執(zhí)行元件的數(shù)據(jù)觸發(fā)進(jìn)行物理切分而實(shí)現(xiàn)二者時(shí)間上的并行執(zhí)行，進(jìn)一步挖掘軟件執(zhí)行效率以提高系統(tǒng)控制實(shí)時(shí)性。

3)所設(shè)計(jì)的新式雙賈卡經(jīng)編機(jī)提花控制系統(tǒng)可滿足雙賈卡經(jīng)編機(jī)及相應(yīng)工藝產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，相對(duì)舊式賈卡系統(tǒng)，花型加載速度提升約120倍, 機(jī)器最高生產(chǎn)速度提升近30%，無論是靜態(tài)花型加載速度，還是動(dòng)態(tài)偏置數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理過程中的生產(chǎn)速度，都有顯著提升。