總線判優技術在全自動智能紡紗機上的應用

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據沖突影響生產效率的問題，在傳統RS485總線基礎上增加了總線判優控制功能，有效解決了總線數據沖突問題，提高了生產效率，在全自動智能紡紗機上應用效果良好。

RS485； 總線判優； 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、節省資源、智能化水平高，適紡性能較強等優點，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 、空筒自動喂入系統、多路紡紗單元控制系統、自動捻接機系統、自動落紗機系統、自動移動清潔車系統、紗筒運送和提升機系統、回絲和風棉收集系統組成。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，紡紗單錠監測機器狀態，一旦發生斷紗，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。自動捻接機系統的作用是在接到紡紗單錠發出的接線請求后，自動移動到發出請求的紡紗單錠處，為斷紗的紡紗單錠重新接好紗線，引導紡紗單錠繼續自動紡紗。自動落紗機系統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紡紗。

圖1　判優總線網絡結構圖

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行模塊之間通過通信網絡緊密聯系在一起，協同工作，實現整機的自動化生產。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個功能執行模塊。這26個模塊通過3條通信總線聯系在一起。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總線在傳統全雙工RS485總線的基礎上增加了總線判優功能，嚴格界定了節點間的主從關系，有效防止了總線上的數據沖突，增強了從節點的主動性，縮短了主從之間的效應時間，提高了通訊系統的效率。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數據和報警信息。

3　總線判優技術的原理和應用

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。網絡中的21個節點采用菊花鏈的形式連接在一起。每個節點都有7根總線參與網絡控制，包括：接收總線A和B、發送總線Z和Y、總線請求信號線BR、總線忙信號線BG和特權級信號線BPRN。其中，接收總線和發送總線組成全雙工網絡，用于傳輸數據，其余3條信號線用于總線使用權的分配和管理。總線結構如圖1所示。

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

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

在全自動智能紡紗機控制系統中，判優總線主要有3種用途：網絡診斷、數據傳輸和報警。

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

3.2數據傳輸。機器上電自檢結束后，車頭通過判優總線對在線的從節點下載紡紗需要的設置參數。所有參數下載完成以后方可開機生產。

在生產過程中，車頭間隔固定時間在總線上下發一次生產數據要求幀，要求每個從節點由1號到20號按順序匯報當前生產數據。

3.3報警。在正常生產過程中，如果紡紗單元出現故障不能繼續紡紗，需要將報警信息及時匯報給車頭。此時，發生報警的紡紗單元需要通過總線請求信號線向車頭發出總線請求，車頭主節點收到請求后，判斷此時能否接收報警信息，如果可以，車頭則通過特權級信號線向發生報警的紡紗單元授予總線使用權，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先級處理，即小號碼的紡紗單元使用判優總線的優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故障需要發送報警時，小號碼的紡紗單元優先獲得總線使用特權，等到小號碼的紡紗單元將報警信息發送完畢，自動讓出總線，大號碼的紡紗單元才能將報警信息發送給車頭。

圖2　主節點總線接口原理圖

4　應用情況

將集中總線判優控制中的鏈式查詢方式與傳統RS485總線結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據沖突問題，增強了從節點的主動性，極大縮短從節點的故障上報時間，能夠使主節點快速定位和處理從節點故障，從而使從節點盡快恢復正常生產，提升了機器效率，增加了系統通信的可靠性和穩定性。

本文中設計的判優總線成本低廉，運行可靠，擴展節點簡單方便。在全自動智能紡紗機的系統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.