淺談研華在客制化紡織行業(yè)運動集成控制器的應用

摘要：本文主要介紹了研華自動化在紡織行業(yè)客制化提出的解決方案，以PCI-1240產品設計理念為核心，結合紡織客戶實際所需軟硬件要求，深入淺出闡明基于PC-Base架構控制器所帶來的經濟產能。

1 引言

18世紀第一次工業(yè)革命，全新開啟了人類由工廠傳統(tǒng)工業(yè)轉為機械自動工業(yè)的大局面，在后來的兩百年之間，再度經歷了第二次、第三次的工業(yè)革命，隨著科技日新月異的變遷，各種生產工藝的深度不斷的提高，同時也隨著市場強勢的需求提升而出現大幅度的改進，也滿足了所有的需求者！

歷經工業(yè)革命之后，各種有助于提升生產設備的工藝被提出并進行倡導，藉由高科技的提倡使得質量與產能的潛力被激發(fā)！而在所有對工藝生產的需求中，紡織相關產業(yè)的需求最為明確與急迫，依照不同階段而產生出不同的生產設備，例如：通用工業(yè)縫紉機（平縫機、包縫機、鏈式縫紉機、繃縫機）、專業(yè)縫紉機（套結機、釘扣機、鎖眼機、撬邊機、躺袖機）和裝飾用縫紉機（曲折縫機、月牙機、抽褶機、裝飾線機、繡花機）等等設備因應市場需要而上市，要如何讓這些生產設備滿足實際生活的需求與期望，在下文中會有簡單說明。

此篇文章將針對專業(yè)工業(yè)用縫紉機項目來做說明。不同于商業(yè)用途縫紉機，這些設備必須被要求夜以繼日不間斷工作，其具備工藝包含平縫、包縫、鏈式縫紉、繃縫機縫紉等多樣式功能。回顧傳統(tǒng)的生產模式，仰賴大量的人工來達成所需要的產能，但生產時效與質量往往不能被企業(yè)主所掌握，需依靠長期積累的生產經驗來傳承技術或評估產能，但是在需求與技術飛速發(fā)展的現在，卻無法做出及時反饋，終致被淘汰。

故利用新技術從而開發(fā)出新機種，以滿足各種功能是必然的趨勢。近幾年藉由嵌入式的軟硬件相繼開發(fā)上市，使得現代的工業(yè)縫紉機可以具備豐富的顯示、復雜的運算、繁瑣的運動控制，并具備大容量的儲存環(huán)境來儲存更多樣式（pattern）設定，同時允許快速樣式轉換操作。對于研華自動化而言，其具備二十多年的行業(yè)開發(fā)經驗，結合最高端與最穩(wěn)定的嵌入式軟硬件技術，融入客戶的實際產業(yè)經驗，開發(fā)出更適合于客戶所需要的工業(yè)計算機縫紉機，并將產品客制化，融入新的工藝外型，更輕易進行系統(tǒng)整合及提升集成的可靠性。

目前我們將工業(yè)用縫紉機進行如下歸類：套結機、釘扣機、鎖眼機、撬邊機、躺袖機..等等，均需集成多種工藝以及簡化操作流程，但使以上生產設備大多是安置生活環(huán)境及教育程度較為落后的地方，在操作環(huán)境與人員素質很難到達要求，所以嚴苛的產品質量與生產環(huán)境的穩(wěn)定程度將是所有生產廠商關注的問題。

2． 需求

近十年來，由簡單的PLC加繼電器的整體方案，逐漸轉為單芯片集成方案，經過市場多年的需求考慮及演進之后，再區(qū)隔成高端與低端兩部分的專業(yè)控制器產品，先前以單芯片所集成的高端控制器所開發(fā)出的縫紉機，發(fā)現由于工業(yè)用縫紉機因為結合諸多的驅動電機，故會遭遇到驅動電機所產生的機構共振，使傳統(tǒng)計算機控制器無法發(fā)揮可靠效能。

高端集成則基于基礎工藝概念再結合嵌入式軟硬件，并融入在研華所擅長的工業(yè)等級的電路集成工藝與防護設計，研華提出了以PC/104為集成總線架構并提供外殼的專業(yè)工業(yè)等級PC-Base控制器，不同于一般PCI 卡可能從插槽松脫的疑慮，若是考慮具備防震特點的CompactPCI 總線總成，對此種低成本與高效能的縫紉機行業(yè)而言又太昂貴。

針對產業(yè)特性，羅列出行業(yè)必須具備的四個特點：

‧ 新系統(tǒng)需具備儲存能力，來儲存更多樣式的程序，還必須具備快速變換樣式的程序能力。
‧ 新系統(tǒng)應為嵌入式無風扇計算機系統(tǒng)，方可輕易從遠程總設計處計算機應用程序透過各種通訊接口來達成轉換圖型與程序。
‧ 專用縫紉機需要三個移動伺服主控制軸，還需要一到三軸周邊搭配功能步進軸，并具備更多的數字量輸出入接口作傳感狀態(tài)的收集與控制。
‧ 新系統(tǒng)應為嵌入式無風扇計算機系統(tǒng)，減少系統(tǒng)因風扇質量與散熱與積塵等等問題而導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

3. 系統(tǒng)圖

4. 系統(tǒng)描述

研華PCI-1240為研華銷售多年的熱消產品，口碑與高質量穩(wěn)定的運動控制集成為產業(yè)首選，研華的研發(fā)設計團隊將該卡片再重新設計調適為PC/104接口之電路，集成設計融入PC/104特點具備更強的抗震與抗噪聲，并以高穩(wěn)定度寬溫的x86處理器，ADAM-5510M作為根基，制作出PC/104 框架的主機板。主機板還配備RAM 與內建的防震閃存，其中閃存用來儲存ROM DOS、縫紉程序與精選的樣式。插入延伸儲存體區(qū)塊，并利用DOS 指令加載樣式即可更換樣式。

除了主要的控制箱以外，還有集成兩個重要的系統(tǒng)，一個是腳踏控制單元與縫紉機機頭同步定位器，另外一個是具備功能按鍵的LCD顯示屏。

此系統(tǒng)包含一組功能按鍵的LCD顯示屏，透過抗干擾RS-422接口作獨立顯示與操作的LCD人機接口。

透過結合腳踏板控制單元 由控制器所控制的高速平縫機要求電機在150～4500r/min范圍內可調適，并且能夠實現自動停針位、撥線、剪線功能。當然，縫紉機作出這些動作都是要在作業(yè)員的具體操作下完成的，腳踏板控制單元在縫紉機系統(tǒng)中起的作用為︰作為電機的啟動信號，速度給定信號以及剪線信號的發(fā)生控制單元。

電源相關配套設計上，考慮到全球的不同工作電壓與電源噪聲過濾而設計，使得該控制器足以平穩(wěn)的運作在全球各地不同的工作電壓之下。

時間就是金錢，原本藉助半自動操作方式，來完成一件完整樣式的衣服約需30 秒，但不含袖子部位，需再考慮袖子工藝要在第二臺機器完成。再備妥織線并從控制器主存儲器中儲存的數百種樣式選出一種后（縫紉速度由計算機控制，并根據布料厚度、所需的針腳長度與使用者設定的速度限制來設定。縫紉中與縫紉后，LCD屏幕會顯示縫線類型、縫線長度、針腳數目與其它縫紉數據。），實際上作業(yè)員只需按一個按扭即可開始縫紉工藝的程序演示。透過多軸的客制化的PCI-1240做集成，一軸用來旋轉衣服，第二軸則用來上下移動針頭，第三軸則提供衣服邊緣的松緊帶，第四，五軸則針對織線的繞結與裁剪。

5. 結論

歸納上述所有的流程與軟硬件必須具備的特點，我們可以很清楚的看出PC-Base架構的控制器，其所產生的經濟效益，將是傳統(tǒng)的專用控制器的多倍效果。
‧ 生產率比其它專用系統(tǒng)增加30% 以上
‧ 改善縫紉質量并提高一致性
‧ 機器操作簡單且結構堅固，可防止震動與機器撞擊
‧ 作業(yè)員很快就上手，縮短學習曲線
‧ 從計算機應用程序輸出后樣式文件后不需要再轉譯