基于單片機(jī)的電子清紗器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在絡(luò)紗過程中清除紗線中的有害紗疵，是紡紗生產(chǎn)的關(guān)鍵工序之一。以往紡紗過程中的清紗管理只是單機(jī)管理，利用電子清紗控制器(一種由兩級單片機(jī)構(gòu)成的RS-422全雙工總線式監(jiān)控裝置)實(shí)時(shí)進(jìn)行120路紗線上的紗疵清除工作;并完成該機(jī)臺(tái)相關(guān)參數(shù)的設(shè)定、統(tǒng)計(jì)、故障實(shí)時(shí)監(jiān)測和LCD界面控制等工作;同時(shí)積累了大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，形成了“信息孤島”，不利于全車間范圍內(nèi)的絡(luò)紗生產(chǎn)和質(zhì)量管理。為了提高車間的生產(chǎn)效率和管理水平，我們開發(fā)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于現(xiàn)場總線的電子清紗器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，電子器清紗器具有了數(shù)字通信能力;同時(shí)增設(shè)工控機(jī)作為遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)，利用MOXA CP-114IS異步多串口卡組成以RS-485為物理層的現(xiàn)場總線，將單個(gè)分散的現(xiàn)場設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸和信息交換。系統(tǒng)最大掛接127臺(tái)電子清紗器，輪巡采集每一臺(tái)電子清紗器中的相關(guān)數(shù)據(jù)，組建數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，及完成相關(guān)參數(shù)的統(tǒng)一設(shè)定;增設(shè)網(wǎng)絡(luò)型溫濕度傳感器對紗線的生產(chǎn)條件自動(dòng)監(jiān)測紀(jì)錄，避免了人工抄錄的繁重工作;同時(shí)LED條屏顯示器滾動(dòng)顯示生產(chǎn)通知以及崗位產(chǎn)量質(zhì)量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，增強(qiáng)了崗位間的競爭力。下面對該系統(tǒng)做詳細(xì)闡述。

1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)基于RS-485物理協(xié)議，自定現(xiàn)場設(shè)備通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線協(xié)議共存，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換的現(xiàn)場總線系統(tǒng)。包括監(jiān)控層、通信層、現(xiàn)場設(shè)備層三部分。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1監(jiān)控層

用工控機(jī)作為車間級監(jiān)控服務(wù)器，接收底層現(xiàn)場設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)并組建數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控管理，進(jìn)行工藝參數(shù)的設(shè)定和修改。同時(shí)可以通過Intranet/Internet技術(shù)與企業(yè)局域網(wǎng)或遠(yuǎn)程控制網(wǎng)站相連。

1.2通信層

約定通信協(xié)議與各底層現(xiàn)場設(shè)備通信。由MOXA CP-114IS、研華ADMA-4510S(中繼器)形成基于RS-485物理協(xié)議的現(xiàn)場總線。其中，中繼器主要是考慮到現(xiàn)場設(shè)備與車間級監(jiān)控服務(wù)器通信距離遠(yuǎn)時(shí)選用。

1.3現(xiàn)場設(shè)備層

由數(shù)臺(tái)電子清紗器、溫濕度傳感器以及LED條屏顯示器構(gòu)成。其中與電子清紗裝置的連接是利用8251 USART(UNIversal Synchromous/Asynchronous Receiver/Transmitter)芯片，加入RS-485通信驅(qū)動(dòng)電路形成數(shù)字通信接口，在保證原有功能不受影響的前提下，通過通信層與監(jiān)控層交換數(shù)據(jù)。

2 通信層設(shè)計(jì)

2.1通信協(xié)議

監(jiān)控層工控機(jī)(稱主機(jī)，以下同)通過PCI通信控制卡(MOXA CP-114IS)的COM端口形成基于RS-485物理協(xié)議的現(xiàn)場總線，最大可與127臺(tái)現(xiàn)場設(shè)備電子清紗器(稱從機(jī)，以下同)進(jìn)行主從通信。從機(jī)核心為Intel 8031單片機(jī)，異步串行通信波特率可達(dá)19.2Kbps;每一字節(jié)傳送數(shù)據(jù)共有11位：1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)奇偶校驗(yàn)位，1個(gè)停止位。主機(jī)與從機(jī)通過通信層以數(shù)據(jù)包形式傳送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包格式如表1所示。

表1 通信數(shù)據(jù)包格式

其中：55H,AAH分別為幀頭和幀尾，用于標(biāo)識一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包;數(shù)據(jù)包第2字節(jié)中的D6~D0為下位機(jī)的唯一地址編碼，確保某一時(shí)刻通信鏈路的唯一性，D7位用于標(biāo)識數(shù)據(jù)流的方向，便于處在總線上的各節(jié)點(diǎn)判斷數(shù)據(jù)流向,并配合地址碼表示每一數(shù)據(jù)包的目的地址或源地址;數(shù)據(jù)包3、4字節(jié)同為數(shù)據(jù)包的長度,以增強(qiáng)通信的可靠性;第5字節(jié)為操作碼+項(xiàng)目碼共同組成的命令碼，并結(jié)合數(shù)據(jù)流標(biāo)志明確通信命令所表示的內(nèi)容和動(dòng)作要求(如設(shè)定，查詢，正反向應(yīng)答等);緊接著的部分為數(shù)據(jù)包的可變信息體，根據(jù)不同的通信項(xiàng)目由主機(jī)下傳的參數(shù)或是從機(jī)上傳應(yīng)答的數(shù)據(jù)組成;校驗(yàn)和采用字節(jié)累加(不計(jì)進(jìn)位)，保留最低字節(jié)計(jì)算的結(jié)果，確保數(shù)據(jù)包傳遞的正確性。

2.2通信過程

通信采取主從應(yīng)答方式，主機(jī)首先發(fā)送地址幀作為握手，被尋址的從機(jī)應(yīng)答主機(jī)，建立連接;在判斷地址符合后，主機(jī)給被尋址的從機(jī)發(fā)送控制命令，被尋址的從機(jī)根據(jù)其命令向主機(jī)回送相應(yīng)的數(shù)據(jù)或應(yīng)答。同時(shí)所有未被尋址的從機(jī)根據(jù)通信協(xié)議監(jiān)聽總線上的下行數(shù)據(jù)(以主機(jī)為參考點(diǎn))，以便取得地址信息與主機(jī)建立連接。通信鏈路主要過程如圖2所示：

圖2 主從通信過程示意圖