總線判優(yōu)技術(shù)在全自動(dòng)智能紡紗機(jī)上的應(yīng)用

張紅崗，趙學(xué)敏，王龍?jiān)?/p>

（1. 陜西寶成航空儀表有限責(zé)任公司，寶雞，721006； 2. 西安石油大學(xué)，西安，710065）

總線判優(yōu)技術(shù)在全自動(dòng)智能紡紗機(jī)上的應(yīng)用

張紅崗1，趙學(xué)敏2，王龍?jiān)?

（1. 陜西寶成航空儀表有限責(zé)任公司，寶雞，721006； 2. 西安石油大學(xué)，西安，710065）

為了解決全自動(dòng)智能紡紗機(jī)通信數(shù)據(jù)沖突影響生產(chǎn)效率的問題，在傳統(tǒng)RS485總線基礎(chǔ)上增加了總線判優(yōu)控制功能，有效解決了總線數(shù)據(jù)沖突問題，提高了生產(chǎn)效率，在全自動(dòng)智能紡紗機(jī)上應(yīng)用效果良好。

RS485； 總線判優(yōu)； 總線技術(shù)； 紡紗機(jī)

1　全自動(dòng)智能紡紗機(jī)介紹

全自動(dòng)智能紡紗機(jī)是集粗紗機(jī)、細(xì)紗機(jī)、全自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)功能于一體，高度自動(dòng)化、智能化的紡紗設(shè)備。它采用了噴氣渦流紡紗技術(shù)，全自動(dòng)控制理論，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通信總線控制等技術(shù)，具有紡紗速度高、工藝流程短、低噪聲、自動(dòng)化、節(jié)省資源、智能化水平高，適紡性能較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，處于當(dāng)代紡紗技術(shù)國際領(lǐng)先水平。

全自動(dòng)智能紡紗機(jī)由車頭控制中樞系統(tǒng) 、空筒自動(dòng)喂入系統(tǒng)、多路紡紗單元控制系統(tǒng)、自動(dòng)捻接機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)落紗機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)移動(dòng)清潔車系統(tǒng)、紗筒運(yùn)送和提升機(jī)系統(tǒng)、回絲和風(fēng)棉收集系統(tǒng)組成。其中，車頭作為全自動(dòng)智能紡紗機(jī)的控制中樞，管理著整機(jī)的電源、羅拉電機(jī)、風(fēng)機(jī)、報(bào)警急停裝置、移動(dòng)清潔車、紗筒運(yùn)送裝置和回絲風(fēng)棉收集裝置等。每個(gè)多路紡紗單元控制系統(tǒng)管理4個(gè)紡紗單錠，每個(gè)紡紗單錠獨(dú)立工作，將棉條紡成細(xì)紗，再將細(xì)紗繞到紗筒上，在紡紗過程中，紡紗單錠監(jiān)測(cè)機(jī)器狀態(tài)，一旦發(fā)生斷紗，紡紗單錠自動(dòng)分析原因，并作出相應(yīng)處理，或請(qǐng)求自動(dòng)捻接機(jī)重新接線，或報(bào)警請(qǐng)求人工處理。自動(dòng)捻接機(jī)系統(tǒng)的作用是在接到紡紗單錠發(fā)出的接線請(qǐng)求后，自動(dòng)移動(dòng)到發(fā)出請(qǐng)求的紡紗單錠處，為斷紗的紡紗單錠重新接好紗線，引導(dǎo)紡紗單錠繼續(xù)自動(dòng)紡紗。自動(dòng)落紗機(jī)系統(tǒng)的作用是將紡紗單錠紡滿的紗筒從紡紗單錠上取下來并重新為紡紗單錠鋪上空的紗筒，引導(dǎo)紡紗單錠往空筒上繼續(xù)紡紗。

圖1　判優(yōu)總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2　全自動(dòng)智能紡紗機(jī)通信控制

全自動(dòng)智能紡紗機(jī)各個(gè)功能執(zhí)行模塊之間通過通信網(wǎng)絡(luò)緊密聯(lián)系在一起，協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的自動(dòng)化生產(chǎn)。整臺(tái)機(jī)器標(biāo)準(zhǔn)配置為：1個(gè)車頭，1個(gè)空筒喂入裝置，1個(gè)自動(dòng)落筒機(jī)，4個(gè)自動(dòng)捻接機(jī)和20個(gè)紡紗單元，共26個(gè)功能執(zhí)行模塊。這26個(gè)模塊通過3條通信總線聯(lián)系在一起。3個(gè)自動(dòng)捻接機(jī)、自動(dòng)落筒機(jī)、車頭采用ARCNET總線與空筒喂入裝置連接。20個(gè)紡紗單元采用CAN總線與空筒喂入裝置連接。20個(gè)紡紗單元又采用全雙工RS485總線以菊花鏈的形式與車頭連接。

全自動(dòng)智能紡紗機(jī)上的RS485總線在傳統(tǒng)全雙工RS485總線的基礎(chǔ)上增加了總線判優(yōu)功能，嚴(yán)格界定了節(jié)點(diǎn)間的主從關(guān)系，有效防止了總線上的數(shù)據(jù)沖突，增強(qiáng)了從節(jié)點(diǎn)的主動(dòng)性，縮短了主從之間的效應(yīng)時(shí)間，提高了通訊系統(tǒng)的效率。在全自動(dòng)智能紡紗機(jī)上RS485總線采用9600bps波特率，主要用于紡紗單元向車頭匯報(bào)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和報(bào)警信息。

3　總線判優(yōu)技術(shù)的原理和應(yīng)用

在80錠的全自動(dòng)智能紡紗機(jī)上，RS485總線連接1個(gè)車頭控制板和20個(gè)紡紗單元控制板。網(wǎng)絡(luò)中的21個(gè)節(jié)點(diǎn)采用菊花鏈的形式連接在一起。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有7根總線參與網(wǎng)絡(luò)控制，包括：接收總線A和B、發(fā)送總線Z和Y、總線請(qǐng)求信號(hào)線BR、總線忙信號(hào)線BG和特權(quán)級(jí)信號(hào)線BPRN。其中，接收總線和發(fā)送總線組成全雙工網(wǎng)絡(luò)，用于傳輸數(shù)據(jù)，其余3條信號(hào)線用于總線使用權(quán)的分配和管理。總線結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在全自動(dòng)智能紡紗機(jī)的判優(yōu)總線網(wǎng)絡(luò)中，車頭控制板作為主節(jié)點(diǎn)，紡紗單元控制板作為從節(jié)點(diǎn)。主節(jié)點(diǎn)硬件原理圖分別如圖2所示，從節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)硬件部分類似?？偩€上主從關(guān)系明確，總線的使用均由主節(jié)點(diǎn)管理，從節(jié)點(diǎn)不能在未經(jīng)主節(jié)點(diǎn)同意的情況下私自占用總線。一般情況下，通信過程采用“主問從答”的方式完成。如果發(fā)送緊急情況，從節(jié)點(diǎn)需要立即占用總線，則需要用到總線仲裁控制信號(hào)，從節(jié)點(diǎn)向主節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)總線使用權(quán)，得到主節(jié)點(diǎn)仲裁后才可以占用總線。

為了避免從節(jié)點(diǎn)在得到總線特權(quán)后因自身出現(xiàn)故障時(shí)長時(shí)間獨(dú)占總線，紡紗單元在硬件上做了處理，每次從節(jié)點(diǎn)占用總線的時(shí)間可以通過硬件電路設(shè)定，一旦從節(jié)點(diǎn)占用總線的時(shí)間超過設(shè)定時(shí)間，硬件系統(tǒng)自動(dòng)切斷總線特權(quán)，從節(jié)點(diǎn)無法繼續(xù)占用總線發(fā)送數(shù)據(jù)。

在全自動(dòng)智能紡紗機(jī)控制系統(tǒng)中，判優(yōu)總線主要有3種用途：網(wǎng)絡(luò)診斷、數(shù)據(jù)傳輸和報(bào)警。

3.1網(wǎng)絡(luò)診斷。在機(jī)器初始上電開始運(yùn)行時(shí)，車頭控制中樞系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)總線自檢診斷，以確認(rèn)總線連接和網(wǎng)絡(luò)通訊是否正常。主節(jié)點(diǎn)采用廣播方式要求從節(jié)點(diǎn)由1到20號(hào)依次匯報(bào)當(dāng)前狀態(tài)，檢測(cè)20個(gè)從節(jié)點(diǎn)是否都在線。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)沒有收到某個(gè)從節(jié)點(diǎn)的匯報(bào)時(shí)，主節(jié)點(diǎn)會(huì)采用“點(diǎn)名”方式在總線上對(duì)其單獨(dú)呼叫，如果此時(shí)從節(jié)點(diǎn)仍然無應(yīng)答，則認(rèn)為此從節(jié)點(diǎn)掉線。車頭在網(wǎng)絡(luò)診斷結(jié)束后，如果發(fā)現(xiàn)總線異?；蛘哂袕墓?jié)點(diǎn)掉線，則會(huì)發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信息，以供操作維護(hù)人員對(duì)機(jī)器進(jìn)行維修時(shí)快速找到問題。

3.2數(shù)據(jù)傳輸。機(jī)器上電自檢結(jié)束后，車頭通過判優(yōu)總線對(duì)在線的從節(jié)點(diǎn)下載紡紗需要的設(shè)置參數(shù)。所有參數(shù)下載完成以后方可開機(jī)生產(chǎn)。

在生產(chǎn)過程中，車頭間隔固定時(shí)間在總線上下發(fā)一次生產(chǎn)數(shù)據(jù)要求幀，要求每個(gè)從節(jié)點(diǎn)由1號(hào)到20號(hào)按順序匯報(bào)當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

3.3報(bào)警。在正常生產(chǎn)過程中，如果紡紗單元出現(xiàn)故障不能繼續(xù)紡紗，需要將報(bào)警信息及時(shí)匯報(bào)給車頭。此時(shí)，發(fā)生報(bào)警的紡紗單元需要通過總線請(qǐng)求信號(hào)線向車頭發(fā)出總線請(qǐng)求，車頭主節(jié)點(diǎn)收到請(qǐng)求后，判斷此時(shí)能否接收?qǐng)?bào)警信息，如果可以，車頭則通過特權(quán)級(jí)信號(hào)線向發(fā)生報(bào)警的紡紗單元授予總線使用權(quán)，然后紡紗單元才能占用總線匯報(bào)報(bào)警信息。

20個(gè)紡紗單元在硬件上進(jìn)行了自然優(yōu)先級(jí)處理，即小號(hào)碼的紡紗單元使用判優(yōu)總線的優(yōu)先級(jí)要高于大號(hào)碼的紡紗單元。當(dāng)有兩個(gè)紡紗單元同時(shí)出現(xiàn)故障需要發(fā)送報(bào)警時(shí)，小號(hào)碼的紡紗單元優(yōu)先獲得總線使用特權(quán)，等到小號(hào)碼的紡紗單元將報(bào)警信息發(fā)送完畢，自動(dòng)讓出總線，大號(hào)碼的紡紗單元才能將報(bào)警信息發(fā)送給車頭。

圖2　主節(jié)點(diǎn)總線接口原理圖

4　應(yīng)用情況

將集中總線判優(yōu)控制中的鏈?zhǔn)讲樵兎绞脚c傳統(tǒng)RS485總線結(jié)合設(shè)計(jì)出具有總線仲裁機(jī)制的RS485全雙工總線，有效的解決了RS485總線中的總線競(jìng)爭(zhēng)和數(shù)據(jù)沖突問題，增強(qiáng)了從節(jié)點(diǎn)的主動(dòng)性，極大縮短從節(jié)點(diǎn)的故障上報(bào)時(shí)間，能夠使主節(jié)點(diǎn)快速定位和處理從節(jié)點(diǎn)故障，從而使從節(jié)點(diǎn)盡快恢復(fù)正常生產(chǎn)，提升了機(jī)器效率，增加了系統(tǒng)通信的可靠性和穩(wěn)定性。

本文中設(shè)計(jì)的判優(yōu)總線成本低廉，運(yùn)行可靠，擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)單方便。在全自動(dòng)智能紡紗機(jī)的系統(tǒng)控制中得到了很好的應(yīng)用，效果理想。

Application of bus arbitration technique in automatic intelligent spinning machine

Zhang Honggang1，Zhao Xuemin2，Wang Longyun1
（1.AVIC Shaanxi Baocheng Aviation Instrument CO.，LTD.，721006，China；2.Xi’an Shiyou University， 710065，China）

In order to solve the data conflict problem affecting the production efficiency in the automatic intelligent spinning machine，the bus arbitration function is added on the traditional RS485 bus.the design effectively solves the problem of bus data conflict，improves the production efficiency，has a good application in the automatic intelligent spinning machine.

RS485； bus arbitration；bus technology； spinning machine

張紅崗（1964—），男，陜西寶雞，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要研究方向：電子信息與自動(dòng)控制.

趙學(xué)敏（1987—），男，陜西寶雞，碩士，主要研究方向：信號(hào)與信息處理理論與技術(shù).

王龍?jiān)疲?988—），男，云南嵩明，助工，學(xué)士，主要研究方向：智能化工業(yè)控制.

［1］陜西寶成航空儀表有限責(zé)任公司.用于全自動(dòng)智能紡紗機(jī)移動(dòng)小車的控制方法［P］.中國：CN201510679573.6，2015-10-19.

［2］李德州，顏國華，張學(xué)軍.No.861型渦流紡紗機(jī)的使用體會(huì)［J］.棉紡織技術(shù)，2010（8）： 519-522.