張紅崗，趙學敏，王龍云

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

總線判優(yōu)技術在全自動智能紡紗機上的應用

張紅崗1，趙學敏2，王龍云1

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

為了解決全自動智能紡紗機通信數(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，在全自動智能紡紗機上應用效果良好。

RS485； 總線判優(yōu)； 總線技術； 紡紗機

1　全自動智能紡紗機介紹

全自動智能紡紗機是集粗紗機、細紗機、全自動絡筒機功能于一體，高度自動化、智能化的紡紗設備。它采用了噴氣渦流紡紗技術，全自動控制理論，計算機網(wǎng)絡技術，通信總線控制等技術，具有紡紗速度高、工藝流程短、低噪聲、自動化、節(jié)省資源、智能化水平高，適紡性能較強等優(yōu)點，處于當代紡紗技術國際領先水平。

全自動智能紡紗機由車頭控制中樞系統(tǒng) 、空筒自動喂入系統(tǒng)、多路紡紗單元控制系統(tǒng)、自動捻接機系統(tǒng)、自動落紗機系統(tǒng)、自動移動清潔車系統(tǒng)、紗筒運送和提升機系統(tǒng)、回絲和風棉收集系統(tǒng)組成。其中，車頭作為全自動智能紡紗機的控制中樞，管理著整機的電源、羅拉電機、風機、報警急停裝置、移動清潔車、紗筒運送裝置和回絲風棉收集裝置等。每個多路紡紗單元控制系統(tǒng)管理4個紡紗單錠，每個紡紗單錠獨立工作，將棉條紡成細紗，再將細紗繞到紗筒上，在紡紗過程中，紡紗單錠監(jiān)測機器狀態(tài)，一旦發(fā)生斷紗，紡紗單錠自動分析原因，并作出相應處理，或請求自動捻接機重新接線，或報警請求人工處理。自動捻接機系統(tǒng)的作用是在接到紡紗單錠發(fā)出的接線請求后，自動移動到發(fā)出請求的紡紗單錠處，為斷紗的紡紗單錠重新接好紗線，引導紡紗單錠繼續(xù)自動紡紗。自動落紗機系統(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，引導紡紗單錠往空筒上繼續(xù)紡紗。

圖1　判優(yōu)總線網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

2　全自動智能紡紗機通信控制

全自動智能紡紗機各個功能執(zhí)行模塊之間通過通信網(wǎng)絡緊密聯(lián)系在一起，協(xié)同工作，實現(xiàn)整機的自動化生產(chǎn)。整臺機器標準配置為：1個車頭，1個空筒喂入裝置，1個自動落筒機，4個自動捻接機和20個紡紗單元，共26個功能執(zhí)行模塊。這26個模塊通過3條通信總線聯(lián)系在一起。3個自動捻接機、自動落筒機、車頭采用ARCNET總線與空筒喂入裝置連接。20個紡紗單元采用CAN總線與空筒喂入裝置連接。20個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。

全自動智能紡紗機上的RS485總線在傳統(tǒng)全雙工RS485總線的基礎上增加了總線判優(yōu)功能，嚴格界定了節(jié)點間的主從關系，有效防止了總線上的數(shù)據(jù)沖突，增強了從節(jié)點的主動性，縮短了主從之間的效應時間，提高了通訊系統(tǒng)的效率。在全自動智能紡紗機上RS485總線采用9600bps波特率，主要用于紡紗單元向車頭匯報生產(chǎn)數(shù)據(jù)和報警信息。

3　總線判優(yōu)技術的原理和應用

在80錠的全自動智能紡紗機上，RS485總線連接1個車頭控制板和20個紡紗單元控制板。網(wǎng)絡中的21個節(jié)點采用菊花鏈的形式連接在一起。每個節(jié)點都有7根總線參與網(wǎng)絡控制，包括：接收總線A和B、發(fā)送總線Z和Y、總線請求信號線BR、總線忙信號線BG和特權(quán)級信號線BPRN。其中，接收總線和發(fā)送總線組成全雙工網(wǎng)絡，用于傳輸數(shù)據(jù)，其余3條信號線用于總線使用權(quán)的分配和管理?？偩€結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在全自動智能紡紗機的判優(yōu)總線網(wǎng)絡中，車頭控制板作為主節(jié)點，紡紗單元控制板作為從節(jié)點。主節(jié)點硬件原理圖分別如圖2所示，從節(jié)點與主節(jié)點硬件部分類似?？偩€上主從關系明確，總線的使用均由主節(jié)點管理，從節(jié)點不能在未經(jīng)主節(jié)點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)點需要立即占用總線，則需要用到總線仲裁控制信號，從節(jié)點向主節(jié)點申請總線使用權(quán)，得到主節(jié)點仲裁后才可以占用總線。

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

在全自動智能紡紗機控制系統(tǒng)中，判優(yōu)總線主要有3種用途：網(wǎng)絡診斷、數(shù)據(jù)傳輸和報警。

3.1網(wǎng)絡診斷。在機器初始上電開始運行時，車頭控制中樞系統(tǒng)進行網(wǎng)絡總線自檢診斷，以確認總線連接和網(wǎng)絡通訊是否正常。主節(jié)點采用廣播方式要求從節(jié)點由1到20號依次匯報當前狀態(tài)，檢測20個從節(jié)點是否都在線。當主節(jié)點沒有收到某個從節(jié)點的匯報時，主節(jié)點會采用“點名”方式在總線上對其單獨呼叫，如果此時從節(jié)點仍然無應答，則認為此從節(jié)點掉線。車頭在網(wǎng)絡診斷結(jié)束后，如果發(fā)現(xiàn)總線異?；蛘哂袕墓?jié)點掉線，則會發(fā)出相應報警信息，以供操作維護人員對機器進行維修時快速找到問題。

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

在生產(chǎn)過程中，車頭間隔固定時間在總線上下發(fā)一次生產(chǎn)數(shù)據(jù)要求幀，要求每個從節(jié)點由1號到20號按順序匯報當前生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

3.3報警。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，需要將報警信息及時匯報給車頭。此時，發(fā)生報警的紡紗單元需要通過總線請求信號線向車頭發(fā)出總線請求，車頭主節(jié)點收到請求后，判斷此時能否接收報警信息，如果可以，車頭則通過特權(quán)級信號線向發(fā)生報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報警信息。

20個紡紗單元在硬件上進行了自然優(yōu)先級處理，即小號碼的紡紗單元使用判優(yōu)總線的優(yōu)先級要高于大號碼的紡紗單元。當有兩個紡紗單元同時出現(xiàn)故障需要發(fā)送報警時，小號碼的紡紗單元優(yōu)先獲得總線使用特權(quán)，等到小號碼的紡紗單元將報警信息發(fā)送完畢，自動讓出總線，大號碼的紡紗單元才能將報警信息發(fā)送給車頭。

圖2　主節(jié)點總線接口原理圖

4　應用情況

將集中總線判優(yōu)控制中的鏈式查詢方式與傳統(tǒng)RS485總線結(jié)合設計出具有總線仲裁機制的RS485全雙工總線，有效的解決了RS485總線中的總線競爭和數(shù)據(jù)沖突問題，增強了從節(jié)點的主動性，極大縮短從節(jié)點的故障上報時間，能夠使主節(jié)點快速定位和處理從節(jié)點故障，從而使從節(jié)點盡快恢復正常生產(chǎn)，提升了機器效率，增加了系統(tǒng)通信的可靠性和穩(wěn)定性。

本文中設計的判優(yōu)總線成本低廉，運行可靠，擴展節(jié)點簡單方便。在全自動智能紡紗機的系統(tǒng)控制中得到了很好的應用，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，高級工程師，學士，主要研究方向：電子信息與自動控制.

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

王龍云（1988—），男，云南嵩明，助工，學士，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任公司.用于全自動智能紡紗機移動小車的控制方法［P］.中國：CN201510679573.6，2015-10-19.

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