复合型花式纱以其结构复合、花型多样、色彩丰富等特点成为当前花式纱线产品发展的主要方向。空心锭花式纱线机与传统纺纱机的根本区别在于工作中各回转部件如罗拉等需要变速,从而捻出不同的复合型花式纱。所以花式纱品种开发的关键技术在于如何控制各运转部件的变速,并要求花式纱线机在速度变换频繁的情况下能在确切的时间内进行自适应和自调整,提高变速控制精度,因此,控制技术是花式纱线机发展的关键动力。目前花式纱线机的控制系统多采用PLC加变频器、IPC通过RS232串口与单片机通信方式或是工控机通过串口通信控制变频器等方式进行通讯,进而控制步进电机、直流电机、伺服电机等,达到调节配套罗拉的转速变化,捻出不同花形。当前在花式纱线机中使用较为广泛的PLC加变频器控制方式,在生产花式纱方面存在着较大缺点,因花式纱机属于一个变速联动系统,整机联动不好、控制精度的不足导致每一段花型的重复性不好,所以过去的花式纱产品无法形成统一的标准。对于使用微机通过串口控制多个下位机的控制方式也存在不足,从理论上来讲,计算机的引入提高了对下位机和驱动电机的控制精度,但在实际应用中,串口通讯中上位机与下位机的传输速度慢,容易受大功率器件的影响,易丢失数据,发出的控制指令不能保证下位机对电机的同步控制和整机联动。而对于花式纱线的生产,不能保证多个电机的整机联动,就意味着在生产中会出现花型变化无规律甚至断纱的严重现象。现在对花色纱和花型的要求在不断提高,对花式纱的控制系统的要求也在不断提高,花式纺纱机不仅要求控制系统本身具有相应的控制功能,而且要有相应的性能良好的驱动元件和传动系统。改进的方向就是要进一步提高变速精度,它包括两个方面:一方面是要提高改变的速度的精度,另一方面是提高改变速度的时间精度,这两方面做好了,才可以提高变速精度。花式纱线机的各执行元件组成的是一个联动系统,各个电机的控制指令要同步下达、精确传输,各个运转部件要同步配合。在现代自动控制系统中,由于PCI总线具有高性能和低成本的特点,开发基于PCI总线的产品已成为一种必然趋势,随着PCI总线的广泛应用,ISA卡逐渐被淘汰。采用双口RAM作为数据缓冲方式的PCI总线产品可以在工控机与下位机之间实现数据的并行异步或同步快速交换。同时,高速准确的传输指令与步进电机以其脉冲控制的优越性相结合,可以弥补现有花式纱机控制系统在整机联动、变速的时间精度、变速的速度精度的不足,提高花式纱生产中对各个罗拉、锭子、空心锭、卷筒等的控制精度,从而精确控制花式纱花型。本课题根据花式纱线的成纱原理,应用PCI总线做为指令传输方式、以C8051F020单片机做为电机的脉冲控制器,以步进电机为罗拉等花式纱线机配套设备的驱动元件,将花式纱的工艺参数和机器调整参数包括捻度、牵伸倍数等整合到上位机的设计软件中,根据不同的花式纱对变速要求的不同,结合步进电机升降速曲线的拟合,编制各种花式纱对应的工艺参数。每一种花式纱线的工艺参数以文本文件存储,使用时由上位机数据库导入,经上位机主控转换成花式纱生产设备的各个回转部件所需求的速度与位移,从而控制纱线的运动。执行中以工控机为上位机,MCU为下位机,双口RAM做为上位机与下位机的数据缓冲器,下位机发出的脉冲经隔离放大后控制五个步进电机,驱动生产设备中的罗拉、锭子、空心锭等各个回转部件,从而将不同的花式纱工艺参数转化为对各执行部件的实时变速,捻出不同的花式纱。上位机以PCI总线将多个预先设置好的速度指令和不同花型的参数以及针对不同花型的升降速曲线选择指令一次性写入到双口RAM中,结合步进电机的快速响应、准确控制,针对不同花式纱生产的变速要求,充分应用步进电机在额定的矩频特性下支持频繁变速、精确控制的优点,使用最小二乘法拟合不同的变速曲线,存储在下位机中。设计中使用PLX公司生产的PCI9052芯片实现板卡的PCI总线的电气性能。为支持硬件的工作,独立开发了基于WDM的支持Win2000与WinxP操作系统的PCI总线驱动程序及其上层应用程序,并把它们嵌入到上层的控制界面中,把花式软件连接到机械控制系统,总线驱动程序的开发使用Numego公司的DriverWorks结合VC++6.0进行编译,并使用VC++6.0开发上位机的用户操作界面,可将花式纱线的控制参数批量载入控制系统,实现以PC工总线的数据传输机制和以步进电机为执行机构的具有较高变速控制精度的新型纺纱设备。