1引言
工業平縫機是服裝生產中使用數量最多的機種。在服裝加工中承擔著拼、合、绱、納等多種工序任務，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，因此工業平縫機是服裝企業是主要的縫紉設備。
工業平縫機完成的是雙線鎖式線跡，也稱梭縫縫紉機.
工業平縫機種類繁多，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是由眾為興自主研發的控制器ADT-620H控制的工業平縫機控制系統。它是一種高速，電腦型平縫機控制系統。
工業高速平縫機發展方向是構建紡織、服裝、繡花企業的集成化、網絡化、數字化、虛擬化、智能化的生產模式。
2.1 系統構成
（1）系統采用PC+控制器+伺服系統的開放式結構，控制部分主要由控制器ADT—FR680H構成，是系統的核心。它是以AVR單片機作為主控芯片設計的，該芯片片內集成了較大容量的非易失性程序和數據存儲器。8K字節的FLASH程序存儲器的可擦寫次數大于10000次；512字節EEPROM的擦寫次數至少可達100000次；支持在線編程(ISP)和在應用編程(IAP)；帶有可編程的程序加密位。帶有２個帶預分頻的８位定時／計數器、１個帶預分頻的１６位定時／計數器；３個ＰＷＭ 通道?可實現任意１６位以內相位和頻率可調的PWM脈寬調制輸出。內部集成有CPLD芯片，它和編碼器相連，完成數據處理的工作。整個控制器相當于小型的PC機處理腳踏板的輸入指令，輸出相應的脈沖給伺服驅動器，最后完成縫紉的工作。
（2）此系統也可以認為是一個伺服控制系統，一個由控制器，伺服驅動器和伺服電機構成的伺服控制，控制器內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。系統高速平縫機是一種高精度的控制系統，伺服技術的應用使得該系統得以實現例如針定位等高精度控制。
（3）鍵盤顯示界面是系統的人機界面，由于系統只需要字符和數字的顯示，而且需要體積小，質量輕的LCD，所以系統采用6位8段的段位式LCD。在界面處，我們可以設置自動剪切線，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常帶有的控制工具，在平縫機，花樣機等縫紉機控制系統中的意義更重大，后面將具體介紹它們的作用等等。
2.2 技術構成

系統硬件技術中，加減速，自動剪線，抬壓腳在下面章節中介紹。伺服技術是系統的重要技術，PID控制技術是其核心的技術。傳感器，電磁鐵等元器件是系統不可缺少的元器件，它們在技術構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 硬件元器件技術構成
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）有關的術語，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行機構動作也同樣，依據明確指令規定動作，尤其必須有“來自傳感器的信息”作為指令所需的信息依據。
傳感器有信息檢測與將檢測到的信息轉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。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、車用發動機等的車速傳感器、物體位置檢測器等。
電磁鐵（electromagnet）：將電能轉換為機械能以實現吸合作功的電器。通常由軟磁材料制成的鐵心、銜鐵和勵磁繞組構成。當勵磁繞組通電時，產生磁場，鐵心磁化，并產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系的電磁聯軸器；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、磁流體發電和高速懸浮列車等使用的、能產生高達數十特（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動裝置中。
2.2.2 硬件技術
伺服驅動技術的發展與磁性材料技術、半導體技術、通信技術、組裝技術、生產工藝水平等基礎工業技術的發展密切相關。
　 　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。
　　 半導體技術的發展使伺服驅動技術進入了全數字化時期，伺服控制器的小型化指標取得了很大的進步。LSI的精細加工技術以及開關特性的改善使高速開關器件的應用成為主流。IGBT已經發展到了第四代產品，其性能則提高了5倍以上，IPM也已經發展到第三代，性能該系統選用的伺服驅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、高開關速度、內設低損耗電流傳感，六個IGBT功率器件。采用單電源、邏輯電平輸入、優化的柵極驅動。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控保護。提供系統故障輸出，向系統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，同時也為產品的小型化創造了條件。
在全數字控制方式下，伺服控制器實現了伺服控制的軟件化?，F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、速度實時監控控制等。本伺服驅動器采用PID控制算法實現。
比例調節作用是按比例反應系統的偏差,系統一旦出現了偏差,比例調節立即產生調節作用用以減少偏差。比例作用大,可以加快調節，過大也有問題。
積分調節作用是使系統消除穩態誤差,提高無誤差度。因為有誤差,積分調節就進行,直至無誤差,積分調節停止,積分調節輸出一常值。積分作用的強弱取決與積分時間常數Ti,Ti越小,積分作用就越強。積分作用常與另兩種調節規律結合,組成PI調節器或PID調節器。
微分作用反映系統偏差信號的變化率,具有預見性,能預見偏差變化的趨勢,因此能產生超前的控制作用,在偏差還沒有形成之前,已被微分調節作用消除。因此,可以改善系統的動態性能。在微分時間選擇合適情況下,可以減少超調,減少調節時間。此外,微分反應的是變化率,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,需要與另外兩種調節規律相結合,組成PD或PID控制器。一般情況下，工業上采用經驗法和試湊法實現PID控制。
2.3 功能與實現
由于可以實現自動剪線，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的控制流程與控制原理，另外介紹一下它的執行機構和輔助系統。
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、撥線桿等執行機構，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。電磁鐵的質量和“參數”直接影響到縫制質量。主要是三大參數：吸合力、通電吸合時間和斷電釋放時間、電磁鐵內阻。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，當其曲桿只頂到較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位置各有一個發射紅外線的發射器和接收傳感器，上述四種信號對應于鐮刀型曲柄的四個狀態即擋住傳感器A、B的其中一個，或兩個，或完全不擋住其發射的紅外線，。我們用“0”表示不擋住，用“1”表示擋住紅外線，其中一種狀態即腳踏板后踏到底，即“01”時為剪切線狀態，還有自動抬后腳，自動調速，初始狀態。自動調速時，腳踏板前踏，圖中C位置的位移傳感器通過感應磁通量的多少將其轉化為相應的速度。
自動切線原理：
當面板設置為自動剪切線時，腳踏板又后踏至底，則進入剪切線狀態，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，剪線機構，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還需要針位定位系統的支持。
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，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，由于送料抬牙偏心輪A的偏心作用，通過偏心輪套圈而產生叉形送料桿的擺動。但由于受到針距連桿的牽制，所以不僅環繞針距調節器的中點為活動支點擺動，而且還產生垂直方向的移位。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，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動。抬牙曲柄的凸頭嵌合在牙架凹口內，當抬牙軸往復轉動時，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：我們將控制鍵盤設定為自動加固縫狀態，即設定起始加固縫或者終點加固縫時，由上一章節所述可知，當腳踏板前踏時，即腳踏控制器進入（0，0）狀態時，系統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，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為由后向前運動。
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，所以下一章節將著重介紹一下這個裝置的原理。
工業平縫機針距的長度可通過旋動針距旋鈕來調節．向順時針方向擰動，針距由大轉小；向逆時針擰動，由小變大．針距調節旋鈕上一般都標有記號，有的用漢字＂大＂和＂?。⒆謽樱械纳厦鏄擞袛底?，數字大的針距小，數字小的針距大．針距的大小，一般是根據所縫制的縫料性質確定的．
2.3.2 自動抬壓腳與自動針定位
自動抬壓腳的實現也是通過控制器借助傳感器控制電磁鐵來實現的
自動抬壓腳的原理：
當控制面板中用鍵盤設定自動抬壓腳，可以自動抬壓腳。當腳踏板后踏至半位時，即處于（1，1）狀態時，自動抬壓腳。此時，當針定位裝置發送高位信號后，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。由以前的章節可以知道，霍爾磁傳感器可以實現一個把磁信號轉化為電信號，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。分別實現針定位于高位或低位，當伺服馬達帶動上輪和上軸轉動時，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，以實現針定位。
至此，高速平縫機控制系統三大自動控制流程和原理已介紹完畢。
2.3.4 輔助系統與執行機構
這里的輔助系統包括油泵系統和自動繞線系統，執行機構是由馬達伺服驅動器和馬達構成的驅動電路。
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鍵的機械零件和它們的結合與摩擦處，起到潤滑的作用。
自動繞線系統是為梭心實現自動繞線功能的機構與系統。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是由一個執行機構組成：伺服馬達驅動器和伺服馬達組成的驅動電路。
當平縫機運行時，控制器將控制信號輸出給伺服驅動器，驅動器將輸入交流電轉換為馬達需要的電流強度，用來驅動馬達轉動以達到控制縫紉機運行的效果。
2.4 結論
國內開發的類似此種平縫機控制系統非常的罕見，ADT-FR-680H控制器控制的高速平縫機是眾為興的最新產品,具有很高的技術含量。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站，它擔負起將輸入信號轉化為驅動電動機或者電磁鐵所需的脈沖信號，以驅動平縫機的運動。驅動器是控制系統的中樞，相當于一個功率變頻器，它擔負著將輸入脈沖轉化為大功率的電流驅動電動機以相應的速度轉動。工控主板采用嵌入式結構，嵌入了一片單片機，用以完成控制器的信號處理工作?？刂破?伺服驅動器+伺服電機這一模式再次得到了驗證。