（纺织工程专业论文）竹节纱生产网络监控系统的研究与开发.pdf

摘姜 摘要 纺织企业生产的周期长、流程复杂，生产的品种越多，工艺变换的频率越高，生产 管理的难度越大。若采用计算机管理，则生产管理大大简化、方便。本课题即是通过对 竹节纱的生产研究开发一种网络监控系统，从而提高了竹节纱的生产管理水平，为工厂 的生产管理带来了极大方便。 在环锭细纱机或转杯纺纱机上加装竹节纱控制装置可生产竹节纱，竹节纱控制装置 目前最先进的是数字式竹节纱生产装置，主要由伺服电机、伺服器、p l c 竹节控制器、 光电编码器、触摸屏等组成。数字式竹节纱生产装置纺纱质量可靠稳定，纺出的竹节纱 参数精确度高，适纺范围广，且安装方便可行，是生产竹节纱的优良方法。本课题就是 在数字式竹节纱生产装置基础上开发一种网络监控系统。 为了方便竹节纱的生产管理，在现有的竹节纱生产装置单机控制的基础上，利用计 算机技术、串口通信技术等，设计出一种竹节纱生产的网络监控系统，将竹节纱生产装 置用r s - 4 2 2 网络连接起来，用一台主控计算机进行监控，可以查看车间内各台机器的 生产工艺参数，并可对其实时设置修改。主要工作包括以下几个方面：分析了组网方式 的选择，利用串行通信技术组建分布式监控网络；根据串行通信各种接口的电气特性设 计出网络连接方式，对网络性能进行分析；利用竹节纱控制装置的触摸屏及p l c 支持的 通信协议，应用m i c r o s o f tv i s u a lb a s i c 可视化开发工具编制了运行于监控计算机的 系统控制软件，以实现对竹节纱控制装置的触摸屏的实时监控：对监控软件及整个监控 系统进行分析调试，分析测试结果，提出了改进方向。 关键词：竹节纱；控制装置：串口通信：网络监控 a b s t r a c t t h ep r o d u c t i o nc y c l eo ft e x t i l ee n t e r p r i s ei ss h o r t ，a n di t sp r o c e s si sc o m p l i c a t i o n s ，t h e p r o d u c eo ft h es p e c i e si sm o r em a n y ，t h ep r o c e s st r a n s f o r m a t i o ni sm o r ef r e q u e n c y ，a n dt h e p r o d u c t i o nm a n a g e m e n t i sm o r e d i f f i c u l t y w i t ha d o p t i o nc o m p u t e rm a n a g e m e n t ，t h e p r o d u c t i o nm a n a g e m e n tw i l lb em o r es i m p l ea n dc o n v e n i e n t t h i st o p i ci sr e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n to nn e t w o r km o n i t o rs y s t e mo fp r o d u c i n gs l u b b yy a m ，r a i s e dt h el e v e lo f p r o d u c t i o nm a n a g e m e n ta n db r o u g h tf o rt h ep r o d u c t i o nc o n t r o lo ff a c t o r yb i g g e s tc o n v e n i e n t i n s t a l ls l u b b yy a mc o n t r o l l i n gd e v i c eo nr i n gs p i n n i n gf r a m eo rr o t o rs p i n n i n gf r a m ec a n p r o d u c es l u b b yy a r n ，t h ea l l - d i g i t a lc o n t r o l l i n gd e v i c eo fs l u b b yy a mi sc u r r e n t l ym o s t a d v a n c e d ，m a i n l ym a k eu po fs c i v om o t o r ，s e r v o ，t h es l u b c o n t r o l l e ro fp l c ，p h o t o e l e c t r i c e n c o d e r ，t o u c hs c r e e ne t c t h ey a mq u a l i t ys t a b i l i t yp r o d u c e db yt h ea l l d i g i t a lc o n t r o l l i n g d e v i c eo fs l u b b yy a m ，t h es l u b b yy a mp a r a m e t e ri sv e r yg o o da n db r o a dr a n g eo fv a r i e t i e s ， a n di n s t a l lv e r yc o n v e n i e n t ，i st h eg o o dm e t h o dw h i c hp r o d u c e ss l u b b yy a r n t h i st o p i ci s d e v e l o p e do n en e t w o r km o n i t o rs y s t e mb a s e do nt h ea l l d i g i t a lc o n t r o l l i n gd e v i c eo fs l u b b y y a m i no r d e rt om a k et h ep r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n to fp r o d u c i n gs l u b b yy a mm o r ee a s y ， o nt h ee x i s t i n gf o u n d a t i o nt h a tt h es l u b b y y a r np r o d u c e sd e v i c ec o n t r o li n t h es i n g l e m a c h i n e ，u s et h et e c h n o l o g yo fc o m p u t e ra n ds e r i a lc o m m u n i c a t i o n ，d e s i g no n en e t w o r k m o n i t o rs y s t e ma b o u tp r o d u c i n gs l u b b yy a m ，u s ean e t w o r kr s - 4 2 2c o n n e c tt h es l u b b yy a m p r o d u c ed e v i c e ，s u p e r v i s ea n dc o n t r o lw i t hah o s tc o m p u t e r ，i tc a nc h e e kt h r o u g ht e c h n i c a l p a r a m e t e r so fe v e r ym a c h i n e ，a n dm o d i f yt e c h n i c a lp a r a m e t e r si n t i m e t h em a i n w o r k i n c l u d e saf e wa s p e c t sa sf o l l o w s ：a n a l y z e dt h ec h o i c eo fn e t w o r k ，m a k eu s eo ft h et e c h n o l o g y o fc o m p u t e ra n ds e r i a lc o m m u n i c a t i o nt os e t u pt h ed i s t r i b u t e dn e t w o r km o n i t o r i n g s y s t e m ；a c c o r d i n gt ov a r i o u si n t e r f a c e se l e c t r i c i t yc h a r a c t e r i s t i co fs e r i a lc o m m u n i c a t i o nt o d e s i g nt h ec o n j u n c t i o nm e t h o do fan e t w o r ka n dc a r r yo nt o t h en e t w o r kp e r f o r m a n c e a n a l y s i s ；m a k eu s eo ft h et o u c hs c r e e na n dt h ep l co fs l u b b yy a mc o n t r o l l i n gd e v i c ew h i c h s u p p o r to fc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ，d e v e l o p m e n to fs y s t e mc o n t r o ls o f t w a r eb ym i c r o s o f t v i s u a lb a s i c ，w i t hr e a l i z a t i o nt os u p e r v i s ea n dc o n t r o lt h et o u c hs c r e e no fs l u b b yy a m c o n t r o l l i n gd e v i c ei nt i m e ；c a r r yo na n a l y s i st o c o n t r o ls o f t w a r ea n dt h ew h o l en e t w o r k m o n i t o rs y s t e m ，a n a l y t i c a lt e s tr e s u l t ，p u tf o r w a r di m p r o v e m e n td i r e c t i o n k e yw o r d s ：s l u b b yy a m ；c o n t r o l l i n gd e v i c e ；s e r i a lc o m m u n i c a t i o n ；n e t w o r km o n i t o r i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任4 * - j 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名： 查曼墨量 日 期：缒笙2 丑互旦 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，- j - 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签 名：立趁互 导师签名： 第一章绪论 第一章绪论 纺织工业是历史悠久的传统产业，一直在产业部门中占据十分重要的地位，并在国 际贸易领域十分令人瞩目。中国是世界上最大的纺织品生产国与出口国，纺织工业是 中国国民经济的支柱产业之一，纺织品的生产和出口对于我国的经济发展和外汇平衡来 说至关重要，同时对世界纺织品的供求平衡和贸易格局也是举足轻重的。改革开放以来， 中国纺织工业高速发展，从根本上改变了纺织品供应长期紧缺的状态。中国主要纺织产 品产量和生产能力均居世界首位，中国已经成为名副其实的世界上最大的纺织品生产 国。但长期以来，我国的纺织生产存在设备陈旧、管理落后和生产效率低下等缺点，极大 地限制了纺织业的进一步发展。因此，努力提高国内纺织企业的生产管理水平，实现纺织 企业生产管理自动化、信息化具有十分重要的意义。 随着计算机技术、网络技术、通信技术等相关技术的发展，计算机在纺织领域的应 用已从一般事务的处理上升到生产过程的监控及产品辅助设计等方面。近几年，国外纺 织机械及纺织生产过程已经大量采用信息技术，国内在这方面的研究也不断开展，如基 于现场总线的纺纱工艺在线设计与监控系统乜1 、清梳联网络监控系统。”、基于c s 模式 的织机检测系统n 1 、基于i n t r a n e t 的电子提花机的监控系统嵋1 、基于工业以太网的染色 设备监控系统1 等，都取得了不错的成果。 竹节纱是花式纱线的重要品种之一，它是在普通单纱的长度方向上纺制出有一定规 律的粗节，粗节可根据面料要求设计。竹节纱可使织物具有独特的立体花式效应，广泛 适用于色织、毛织的服装面料以及装饰织物，如窗帘、沙发罩、床罩及汽车内装饰织物 等，竹节纱产品在穿着时又可减少贴肤面积，因此，常用以生产夏季服装面料川。对竹 节纱的生产运行进行监控，快速方便的对生产品种进行输入与修改、实时查看设备运行 状况等信息，有利于提高生产自动化水平、减轻劳动强度、提高劳动生产率，对生产任 务进行有效的分配和管理。 1 2 网络监控系统的发展历程 1 2 1 集散系统 随着大规模集成电路技术的发展，1 9 7 2 年生产出运算速度快、可靠性高、价格便宜 和体积很小的微型计算机，从而开创了计算机控制技术的新时代啊3 ，即从传统的集中控 制系统革新为集散控制系统( d c s ) 。世界上几个主要的计算机和仪表制造厂于1 9 7 5 年几 乎同时生产出d c s 系统，如美国h o n e y w e l l 公司的t d c - 2 0 0 0 系统，日本横河( y o k o g a w a ) 江南人学硕七学位论文 公司的c e n t u m 系统等。集散控制系统是以多个微处理机为基础利用现代网络技术、现 代控制技术、图形显示技术和冗余技术等实现对分散控制对象的调节、监视管理的控制 系统。其特点是以分散的控制适应分散的控制对象，以集中的监视和操作达到掌握全局 的目的。系统具有较高的稳定性、可靠性和可扩展性。 2 0 世纪8 0 年代，计算机向着超小型化、控制智能化方向发展。随着超大规模集成 电路技术的飞速发展，软件固化，前期丌发的d c s 基本控制器一般是八个回路以上的， 2 0 世纪8 0 年代中期，出现了只控制1 - - 2 个回路的数字调节器。2 0 世纪8 0 年代末又推 出了内涵专家系统、模糊理论、神经网络等智能控制技术，把控制、管理和经营融为一 体的新型集散控制系统，如当今发展迅猛的现场总线控制系统( f c s ) 、计算机集成制造 系统( c i m s ) 、计算机集成流程系统( c i p s ) ，等等。 1 2 2 现场总线技术 进入2 0 世纪9 0 年代以后，随着网络与通信技术的发展，现场总线( f i e l db u s ) 技 术逐步成熟与发展起来，它是现代计算机、通信和控制技术的集成，即通常人们所称的 3 c ( c o m p u t e r ，c o m m u n i c a t i o n ，c o n t r 0 1 ) 技术一。现场总线是一种工业总线，它是自 动化领域中计算机通信体系最低层的低成本网络。国际电工委员会( i e c ) 和现场总线 基金会( f f ) 对现场总线作了如下定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的 数字式、双向传输多分支结构的通信网络0 1 。 现场总线控制系统( f c s ) 既是一种信息网络，又是一种自动化系统，它与传统的 集散控制系统( d c s ) 相比，有以下特点： 1 f c s 采用数字化的信号传输，在通信质量和连线方式上都有优越之处，在网络传 输中采用了防止碰撞、检查纠错等技术措施，实现了高速、双向、多站点之间的可靠通 住 1 日o 2 f c s 把输入输出单元控制站的功能融合到现场仪表中，每个现场仪表都有自己的 c p u ，进行测量、调节、诊断、输出等功能的操作。每个现场仪表成为总线中一个节点， 节点间通过现场总线连接，任何一个节点出现的故障都不会影响到其他的节点。 3 f c s 采用数字通信方式，因此可以采用多种传输介质进行传输。根据控制系统中 节点的空间分布情况，也可以采用灵活的拓扑结构，这样就为自动化系统的施工和调试 带来了极大的方便，建立新的控制系统，即省时间，又省材料。 由此可见，现场总线与d c s 相比，具有鲜明的技术特点与无可比拟的优势。因此， 许多国际组织和工业控制公司纷纷推出自己的现场总线标准和产品，使其对监控领域的 技术进步起到了巨大推动作用。 1 2 3 工业以太网 随着自动化技术的飞速发展，监控网络化的逐步深入n ，现场总线网络在- t , _ i k 控制 领域已慢慢的暴露出了它的不足： 2 第一章绪论 首先，标准不统一，协议众多，各个协议问兼容性不好，互操作性低；其次，设备 之间传输的数据日趋复杂，信息量越来越大，甚至出现了w e b 网页，以现在的总线带宽 和传输速率还不能达到要求：再次，现场生成的数据由于传统的串行设备的限制，通常 被分发到许多不同的计算机中，为了整合这些分散的数据，用户需要在设备、人力和时 间上进行大量的投入。最后，当前的总线网络在空间和距离上有一定限制，不易于车间 之间的网络互联，也不易于与上层企业级网络互联。 正是基于以上现场总线的一些不足，工业以太网技术出现了。以太网作为种成功 的网络技术，进入市场已近2 0 年了引，在办公自动化和商业界获得了广泛的应用。因 为以太网具有高通信速度、低布线成本、具有很好的数据整合功能、支持越来越多的软 件和硬件、稳定和可靠等诸多优点，现己经成为最受欢迎的通信网络之一。 当初，以太网是为办公自动化设计的，并没有考虑它将会用于工业领域，因此将它 应用于工业领域必然存在一些问题，主要体现在： 1 信号传输的实时性：传统上的以太网采用总线式拓扑结构8 0 2 3 的c s m a c d ( 载波 侦听多点存取冲突检测) 协议。即每一点先侦听信道，若已有数据在介质上传输，则依 据一个算法后退等待，再侦听至信道空闲，才开始发送数据n 刖。这样，当网络负荷较大 时，就不能保证数据传输的最大迟滞要求，即工业控制的实时性要求。 2 数据传输的可靠性：工业控制对数据传输的可靠性较之普通局域网要严格得多， 传统以太网在工业现场恶劣的环境下，数据传输的可靠性显然达不到工控领域里数据传 输的可靠性要求。 社会是进步的，技术是发展的，为使以太网适用于工业领域一些解决办法也应运而 生。为达到信号传输的实时性要求，首先要提高网络传输的速率，采用高速以太网( 目 前带宽己达到1 0 0 0 m 以上) 结构，对于同样的通信量，通信速率的提高意味着网络负荷 的减轻，也意味着实时性的提高：其次采用交换机技术代替原有的总线型c s m a c d 技术， 将整个网络通过交换机分成若干个子网，避免由于多个站点共享并且竞争信道导致发生 碰撞，减少了信道带宽的浪费，提高了信道利用率。为提高数据传输过程中的可靠性， 采用的方法是冗余容错连接，即在主连接通道之外，复加冗余通道，通过一个具有冗余 功能的接入设备连接两个通道，当主通道出现问题时，副通道随即启动，从而保证了数 据在工业控制网络中的可靠传输。 这些问题的解决，为以太网进入工业领域铺平了道路，以它为网络结构的网络监控 系统目前也如火如茶的发展起来了，且己逐步成为监控领域内的主流网络了。 1 3 纺织企业生产管理自动化的发展 长期以来纺织工业由于生产连续性较差，自动化水平低，人们都将它视为劳动力密 集型生产过程的典型n 引。特别是在我国，由于纺织生产设备总体上比较落后且工人的工 资水平较低，很多纺织厂宁愿多用一个劳动力而不去引进相应的新机器、新设备，即使 在沿海比较发达的省份这种情况也比较常见。这样就阻碍了新设备的推广和纺织厂总体 江南人学颁i ：学位论文 生产管理自动化水平的提高。但是，由于国际化大生产的发展和竞争的日趋激烈，我国 纺织品依赖廉价劳动成本参与国际市场的局面已难以持久，如不及早采取措施，必将影 响纺织品和服装出口的增长引n 耵。 进入2 l 世纪后，纺织工业必须加快用高新技术改造落后的工艺和装备，实现产业的 升级，推广新技术、新工艺，提高纺织厂的生产管理的自动化水平势在必行。 可以从以下几个方面着手来提高纺织厂的生产管理水平： 1 进一步提高电控系统的档次和水平。除继续和扩大应用可编程序控制器、变频器 和显示器等传统工控设备外，还需结合使用要求进一步开发计算机应用系统、伺服系统 和网络系统，提高纺织机械的智能化水平。 2 提高纺织机械的自动化程度，为纺织厂提高劳动生产率创造条件。纺织机械的自 动化水平得到提高后，可以减少人为误差，能体现工艺在运行中的要求，可以以自动操 作代替人工，降低生产用工和减轻劳动强度，从而大幅度降低生产成本。 3 采用合适的方法，将纺织厂的所有纺织机械联接成网络。这里要分两种清况：有 一些比较新型的纺织机械自身带有网络接口：而其它还有一些纺织机械在出厂时没有集 成网络联接的功能，这就需要通过改造，在原机器的基础上加入信号采集处理装置与网 络通讯模块，使之能联入厂内的监控网络。早期用的多机控制系统是集散控制系统，又 称分布式控制系统( d c s ) ，它利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和 分散控制。现在用的比较多的则是现场总线技术及工业以太网技术，它们各自的特点前 面已做了简单的概述。 4 建立一个纺织企业内部的计算机网络管理系统，即一个联接车间、分厂、管理科 室、决策层等企业内部生产和经营管理部门的局域网，实现企业内部各类数据的采集、 输入、传输与分析处理，为管理层和决策层提供快速准确的管理决策信息。在此基础上 建立一个面向国内外市场的、能促进企业快速有效适应市场的联接i n t e r n e t 的广域网， 实现市场预测、产品设计、生产销售的有机结合，最终建立一个具有较高水平的优化型 生产管理系统。 近年来，由于国际上对纺织产品的生产周期和性能质量的要求的提高以及纺织类机 械成本的降低，国内的一些纺织厂开始采用一些性能比较优良的纺织机械来装配生产车 间。可以预测，在不久的将来，只有那些具有较高的生产管理自动化水平的纺织厂才能 适应市场的要求，才能在激烈的国内国际竞争中赢得自己的一席之地。 1 4 竹节纱及竹节纱装置简介 竹节纱是花式纱的一种，通过在纺纱过程中改变瞬时牵伸倍数或增加附加纤维而使 纱线在长度方向上产生一定要求的粗细节n7 1 n 引。其中的粗节称为竹节，两粗节之间的纱 线长度称为竹节间距。竹节长度、竹节间距、竹节倍数是竹节纱的三个基本参数，也称 作竹节纱的三要素，在生产实践中它们和基纱号数一起决定竹节纱的各个方面；它们是 进行竹节纱设计的重要内容，也是准确纺制竹节纱的前提和基础，它们决定着竹节纱的 4 第一章绪论 成纱外观和未来面料的风格，以及成品是否满足客户的需求等方面。 竹节纱的应用非常广泛，可以应用于服装、装饰等行业n 们。服装用有各类色织、毛 织服装面料，尤其夏季类服装用得比较多，因为纱线具有竹节可以减少衣物对皮肤的贴 附而变得凉爽，另外也用于生产竹节牛仔布用于牛仔服装，既保留了牛仔布特有的粗犷、 洒脱风格及耐磨、吸水性好、透气性强的特点，同时还具有“雨点、雨线状”特殊效应， 经水洗石磨后布面竹节部分与正常部分的脱色不一样，更有立体感和仿旧感，深受年轻 人的青睐圳；另外竹节面料还可以用在衬衣、西装上以表现出一种细腻的个性美。在 装饰上主要用于窗帘、沙发罩、床罩、汽车内饰装饰织物等，随着人们日益向往舒适安 宁的生活环境，纺织装饰品的发展非常迅猛，也越来越讲究系列化、功能化、个性化， 特别是高档化，因此，用竹节纱开发高附加值装饰产品成为了一个热点心剁，一些家庭或 宾馆越来越倾向于采用这种新奇的竹节面料来用做装饰品。 1 4 1 竹节纱的加工方法 ( 1 ) 环锭纺竹节纱 由环锭式纺纱机纺出的竹节纱称为环锭纺竹节纱或传统纺普通竹节纱乜引。它是通过 瞬间改变细纱机的牵伸倍数或改变单位时间内的粗纱输入量，从而达到产生竹节的目 的。其工艺流程及主要工艺配置与一般纱线的要求基本一致，只是考虑到瞬间增加输入 量时会对细纱机上的粗纱退绕产生意外牵伸，因而为避免成纱强力弱的情况发生，其粗 纱捻系数应偏高掌握。 ( 2 ) 转杯纺竹节纱 转杯纺在国内又称气流纺纱，利用转杯内的负压气流输送纤维和转杯的高速回转凝 聚纤维成条并加捻成为转杯纱。转杯纺纱机纺制竹节纱是随机地改变转杯内纤维环的纤 维量而获得的乜引。如何实现纤维环的纤维量变化，一般采用两种方式，即改变粗纱( 或 条子) 的喂入速度和改变成纱的引纱速度。 转杯纺和环锭纺两种方式纺出来的竹节纱在风格上有很大的不同啦5 1 ，环锭竹节纱的 竹节比较饱满，竹节短而粗；而转杯纺竹节纱的竹节细而长，有类似于麻的风格，但转 杯纺的基纱品种有限。一般来说，亚洲市场环锭竹节纱比较受欢迎，而转杯竹节纱则在 欧美市场受亲睐。应该说，两种竹节纱各有特点，相互不能替代。 环锭纺竹节纱和转杯纺竹节纱是目前竹节纱加工的主要方法。另外，竹节纱的加工 还有许多其它方式，如：传统纺包芯竹节纱、自捻纺竹节纱、摩擦纺纱机纺制花式纱线、 涡流纺纱机纺制花式纱线等。 1 4 2 竹节纱装置简介 竹节纱的纺制主要是在原有的细纱机上加装一个控制装置，这个控制装置通过控制 细纱机前罗拉或中后罗拉瞬间变速达到纺出竹节纱的目的，现有的各类竹节纱控制器可 以提供各种大小的竹节、间距、倍数2 6 m 7 1 。 5 江南人学硕士学位论文 在环锭细纱机和转杯纺纱机上开发的纺制竹节纱的控制装置普遍使用的方法大体 上可分为三种形式汹】： ( 1 ) 机械式：采用不完全齿轮的变牵伸机构，费用低，但噪声大、变换工艺( 竹节长 度、节距、线密度及任意的循环等) 不便，且寿命短，维护费用大。 ( 2 ) 机电结合式：实质是采用离合器的变牵伸机构，大都采用单片机或p l c 控制电磁 离合器吸合，费用较低，但噪音大、寿命短，维护费用大，竹节纱参数控制差、精度差、 花式变化少，很难满足高质量的用户需求。 ( 3 ) 全数字式：取消电磁离合器的执行机构，整个系统采用数字控制，控制精度与 生产效率大大提高，它可完全按样品或客户的任何要求生产，达到至善至美的程度，而 且参数调整十分简单、方便和快捷，只需在控制面板上键入设计工艺即可，是今后的发 展趋势。 1 4 3 数字式竹节纱装置的性能特点 叫伺服电机r - 叫钢领板升降i i 一i _ j 图1 i 全数字式调速系统 数字式竹节纱生产装置以触摸屏作为用户界面，输入并显示所需参数；p l c 为控制 中心，对变频器及伺服驱动器进行参数设置，控制相应电机特定时刻的转速及转向m 1 。 整个控制系统的关键是多个电机的同步和调速，伺服电机自带旋转编码器与各自对应的 伺服驱动器自成闭环控制，按照一定的顺序启动，同步问题对成纱没有什么影响，而主 电机与其它电机特性不同，而且需要按照工艺需求曲线进行变速，通过旋转编码器反馈 主轴转速，可使伺服电机转速跟随主电机转速保持同步控制。全数字式调速系统如图1 1 所示。 前罗拉、中后罗拉伺服电机则根据工艺与品种开发进行变速，而钢领板升降伺服电 机则连续变速，钢领板的落纱位置、始纺位置、满管位置的控制可以设置接近开关，也 可以在程序中对钢领板升降伺服电机编码器的脉冲数进行控制。由于钢领板的升降不完 全是刚性传动，且传动链总有间隙，电机换向后，钢领板有停顿现象，纱线会出现重叠 卷绕，成形不良，尤其是锥底部位，退绕时将会造成严重的脱圈。因此，换向后需要进 6 第一章绪论 行一个很短时f b 】的加速补偿，再按既定曲线进行控制，才能保证良好的成形。中途停车 时，控制程序在钢领板升降伺服电机向下的换向完成以后发出停车信号，保证再开车时， 钢领板先向下运动，以减少开车断头，提高效率。 整机的控制程序还包括如落纱和底纱成形等。控制精度受主电脑发出脉冲的速率和 伺服系统响应时间的影响。实践证明此系统误差很小，能够很好地满足纺纱卷绕的数字 设定要求，特别是纺制高品质竹节纱的需求，是最完善的竹节纱生产系统。 另外，特有的自定义循环竹节纱及模糊循环竹节纱的选择是数字式竹节纱装置品种 设计的另一创新，它既可以保证竹节长度在指定的范围内，其独特的模糊循环又能确保 布面没有规律性条纹。 1 5 本课题研究的目的及意义 近年来，随着计算机技术、通信技术、网络技术的高速发展，企业信息化程度不断 提高，将纺纱设备网络化，通过网络环境对设备进行集中管理、实时监控，是纺织企业生 产管理自动化的一个重要发展方向。 本课题利用计算机技术、网络技术、串行通信技术及高级语言编程技术等，设计出 一种竹节纱生产的网络监控系统。利用该系统可以对竹节纱生产的运行状态进行实时监 控，可以查看车间内各台机器的生产工艺参数，并可对其进行实时设置修改，尤其是可 快速方便的对生产品种进行输入与修改，从而为竹节纱的生产管理带来了极大方便。 江南大学硕士学位论文 第二章竹节纱生产的网络监控系统设计 2 1 系统设计思路 2 1 1 系统方案的提出 目前，在环锭细纱机上纺竹节纱的技术已日趋成熟，由江南大学研发的z j - 5 a 全数 字式智能竹节纱生产装置是当今最为先进的一种，可生产各类竹节纱及其它花式纱线， 特别是竹节粗度、长度可任意调节，操作界面使用非常友好的触摸屏人机界面。考虑到 对生产工艺进行参数设置需对每一台机器分别进行，更换品种时重新输入各种参数更是 繁杂，为了简化操作、方便管理，于是想到对其开发一种网络监控系统，通过对控制竹 节纱生产的触摸屏进行监控，将其互联成网，可以方便的实现在办公室就可查看车间内 正在生产的各个机台的运行情况，且能对生产工艺参数进行方便的修改，可快速输入新 品种，保存新品种，提取已存品种，从而降低了工人的生产强度，提高了管理水平，为 竹节纱的生产管理带来了极大方便。 2 1 2 组网方式的选择 最常用的组网方式一般有三种，即t c p i p 网络、串口、拨号方式，要根据不同的 条件以及对性能的要求来选择合适的通讯方式，这三种通讯方式其特点如表2 1 所示： 表2 1 三种通讯方式的特点 指标 t c p i p 以太网 事口 拨号网络 系统配置以太网卡，网线，路由器双绞线( 串口r s 2 3 2m q d e m ，电话网 集线器为计算机标准配置) 普通m o d e m ： 通讯速度 1 0 m 1 0 0 0 m7 5 1 1 5 2 k 12 0 0 5 6 k ， i s d n ：5 6 k 1 1 5 2 k 不加中继同轴电缆在 1 0 0 m 一5 0 0 m 之间，光缆不r s 2 3 2 ：0 15 m ， 传送距离超过5 k m 加入中继或加r s 4 2 2 ：0 一l2 0 0 m ， 电话网所能覆盖区 入广域网理论上可以无r s 4 8 5 ：0 1 2 0 0 m 域 限距离，但是会导致速度 降低和成本增加。 整体费用高。如果是内部费用低廉。如果使用费用较高。除了硬 局域网，则需要4 l , x 的是r s 2 3 2 方式，则只需要 件投入外，还需要 成本组网的硬件成本或维护购买双绞线，而 向电信运营商缴纳 费用，如果接入到广域r s 4 2 2 爪s 4 8 5 也只需 相当费用 网，还需要广域网接入费增加转换器的投入 用。 小系统简单，大系统复 维护 杂，复杂性和费用不是随 简单 简单 系统规模的增加而线性 8 第二章竹节纱生产的网络监控系统哎计 增加 数据传输可靠性高较差普通m o d e m 很 差，i s d n 一般 传输速度快，在已经配置费用低廉，系统简单，适用于地理位置分 总结 局域网企业内部实施成适用于小数据量通讯 散，小数据量的传 本较低输，如每隔一小时 传送一次报表等 系统所用触摸屏及p l c 接口均为串行口，加之考虑到系统对数据传送速度要求不高， 数据量比较小，没有必要选用通讯速度快、数据传输可靠性高、传送距离远、成本高的 t c p i p 网络。因此选用串口连接方式组建分布式网络，用串口连接方式费用低廉，系统 简单，维护方便，只需增加双绞线与转换器的投入。 2 2 分布式监控系统筒介 使用各式各样的机器达到自动化是工业自动化的大势所趋，这些配有各式各样先进 技术的机器，能够在很大程度上减少人类的负担，并且可以极大的提高生产力。与此同 时，因为采用了机器来帮助人类工作，所以使用者必须随时都要能够知道现场所发生的 一切及其原因，这就是监视口。在知道了机器设备的相关信息后，使用者还必须针对不 同的情况，给出相应的命令，以期达到系统的要求，这就是控制。将现场结果传回系统 控制者，系统控制者在按照一定的判断法则做出相应的控制输出，这就形成一个监控系 统。 虽然现在机器可以替人类完成很多事情，不过还是需要有相关的设备来监视这些机 器的工作是否正常，并据此做出相应的控制操作，这就是所谓的监控。人们经常为一部 机器配上监控设备或计算机以辅助其工作，一个工厂一般有很多机器，每个监控点需有 人长时间值班或须有人经常来查看，这样要耗去不少的人力物力。如果将机器设备的监 控信号全部送到主控制室，由主控制室来统一管理，这样就方便多了。这种把监控工作 分散到各地，而把监控结果集中管理的结构就是分布式监控。 2 3 串行通信技术 2 3 i 串行通信概述 计算机与外设或计算机之间的通信通常有两种方式：并行通信和串行通信。并行通 信指数据的各位同时传送。并行方式传输数据速度快，但占用的通信线多，传输数据的 可靠性随距离的增加而下降，只适用于近距离的数据传送。串行通信是指在单根数据线 上将数据一位一位地依次传送。发送过程中，每发送完一个数据，再发送第二个，依此 类推。接收数据时，每次从单根数据线上一位一位地依次接收，再把它们拼成一个完整 的数据。在远距离数据通信中，一般采用串行通信方式，它具有占用通信线少、成本低 江南人学硕i ：学位论文 等优点。 串行通信在计算机监控技术中的应用是非常广泛的。利用r s - 2 3 2 串行通信接口可 实现两台个人计算机的点对点的通信：将r s 一2 3 2 口转换为r s - 4 2 2 或r s - 4 8 5 接口，可 实现一台计算机与多台现场设备之间的通信；通过r s 一2 3 2 口与其他外设连接；通过 r s - 2 3 2 口连接调制解调器远距离的与其它计算机通信，等等。另外，计算机局域网、现 场总线等都是使用串行通信技术羽。 串口是计算机上一种非常通用的设备通信的协议，大多数计算机包含两个基于 r s 一2 3 2 的串口。串口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议，很多g p i b ( 通用接口总 线) 兼容的设备也带有r s 一2 3 2 串口汹1 。同时，串口通信协议也可以用于获取远程采集 设备的数据。串口通信的概念非常简单，串口按位( b i t ) 发送和接收字节。尽管比按 字节( b y t e ) 的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接 收数据，它很简单并且能够实现远距离通信。 在w i n d o w s 应用程序的开发中，常常需要面临与外围数据源设各通信的问题。通过 串行通信口，可以设计相应的串口通信程序，完成计算机与计算机或计算机与其它设备 之间的数据通信任务。串行端口的本质功能是作为c p u 和串行设备间的编码转换器。当 数据从c p u 经过串行端口发送出去时，字节数据转换为串行的位。在接收数据时，串行 的位被转换为字节数据。在实验室和工业应用中，串口是常用的计算机与外部串行设备 之间的数据传输通道，由于串行通信方便易行，所以其应用十分广泛。 2 3 2 串行通信的通信方式 在串行通信中主要有同步通信与异步通信两种方式。 1 同步通信 在同步通信中，数据是以数据块( 通常称为一帧) 为单位进行传输，在一个数据块 内字符与字符之间无空闲等待。通过发送方和接收方精确的同步控制，接收方可以连续 的接收字符，从而提高了通信效率。但是，同步通信对发送方和接收方之间的时间同步 要求比较高。假设一个待传输的数据块包含2 0 0 比特的信息，如果接收方的时钟比发送 方的时钟慢了1 ，这样，当接收自以为在接收第1 0 0 位比特时，实际收到的已经是第 1 0 1 位比特了。为此，发送方和接收方必须采取某种方式同步。一种可能是在发送方和 接收方之间建立一条专用的时间链路，另一种方法则是将同步信息嵌入到数据比特之 中，例如，采用曼彻斯特码阳射。 2 异步通信 异步通信是一种不规则的数据传输方式，发送方与接收方并不需要事先约定好通信 的时间，实现同步方式也比较简单。异步通信一般以字符为单位进行传输。假设所传输 的是标准的a s c i i 字符，共有7 位数据位，第8 位为奇偶校验位，则每当要传输数据时， 先在数据位的前面加上一个起始位。当异步数据线路从空闲的标志状态( 逻辑1 电压) 变为逻辑o 电压，并在持续了一个位周期后，表示起始位的到来，它唤醒接收设备准备 1 0 第_ 二章竹节纱生产的网络监挖系统改计 接受数据。传输完一个字符后，在数据位后加上l 位、1 5 位或2 位的停止位( 逻辑l 电压) 。异步通信的通信速率相对比较慢，通信时要求发送端与接收端的波特率必须一 致，但控制方式简单。 2 3 3 串行通信的检错和纠错 在串行通信过程中存在不同程度的噪声干扰，这些干扰有时会导致在传输过程中出 现差错。因此在串行通信中对数据进行校验是非常重要的，也是衡量通信系统质量的重 要指标。检错，就是如何发现数据传输过程中出现的错误，而纠错就是在发现错误后， 如何采取措施纠正错误。 误码率 误码率是指数据经传输后发生错误的位数与总传输位数之比。在计算机通信中，一 般要求误码率达到1 0 喝数量级。误码率与通信过程中的线路质量、干扰、波特率等因素 有关。 奇偶校验 奇偶校验是常用的一种检错方式。奇偶校验就是在发送数据位最后一位添加一位奇 偶校验位( 0 或1 ) ，以保证数据位和奇偶校验位中l 的总和为奇数或偶数。若采用偶 校验，则应保证1 的总数为偶数；若采用奇校验，则应保证1 的总和为奇数。在接受数 据时，c p u 应检测数据位和奇偶校验位中1 的总数是否符合奇偶校验规则，如果出现误 码，则应转去执行相应的错误处理服务程序，进行后续纠错。 纠错 在基本通信规程中一般采用奇偶校验或方阵码检错，以重发方式进行纠错。在高级 通信中一般采用循环冗余码( c r c ) 检错，以自动纠错方式来纠错。一般说来，附加的 冗余位越多，检测、纠错能力就越强，但通信效率也就越低。 2 3 4 同步串行通信协议 同步串行通信协议分为面向字符的同步通信协议和面向比特的同步通信协议两种。 1 面向字符的同步通信协议 此种协议早在6 0 年代初就开始发展，目前仍在使用，其典型代表是i b m 公司的二 进制同步通信协议b s c ( b i n a r ys y n c h r o n o u sc o m m u n i c a t i o n ) 。该协议以若干字符组成 一个信息块一起发送，信息块称为帧。用一些特殊定义的字符来顶接一帧的开头与结束、 分隔不同的段以及控制整个信息交换过程。被传输的数据也是由字符组成，因而称为面 向字符的协议。为了使各厂商的产品尽可能兼容，以方便用户，国际标准化组织随后也 提出了类似的相应标准，称为数据通信系统的基本型控制规程，即i s 0 1 7 4 5 口剽。 面向字符的同步通信协议不是特别的完善，一般只适用于半双工方式，目前只是应 用于一些小型的工业控制网路中。 2 面向比特的同步通信协议 江南人学颂i ：学位论义 面向比特的同步通信协议。是7 0 年代初，首先由i b m 公司提出了同步数据链路控 制协议s d l c ( s y n c h r o n o u sd a t al i n kc o n t r 0 1 ) ，并提交给了美国国家标准协会 a n s i ( a m e r i c a nn a t i o n a ls t a n d a r d si n s t i t u t e ) 和国际标准化组织i s o 。前者将其发展 成为先进数据通信控制规程a d c c p ( a d v a n c e dd a t ac o m m u n i c a t i o nc o n t r o lp r o c e d u r e ) ， 后者将其发展成为高级数据链路控制协议h d l c ( h i g h l e v e ld a t al i n kc o n t r 0 1 ) 。这些 协议总的来说是大同小异，只有一些细微的差别汹1 。它们在一帧中所传输的数据位不必 是字符的整倍数，只要不超过规定的数据位总长度，可以为任意数量的比特位。也不需 要用特殊定义的字符，而是用约定的比特模式，来定界一帧的丌始和结束以及定义控制 信息，故称为面向比特的同步通信协议。 2 3 5 串行通信接口标准 所谓标准接口，就是指明确定义了几何尺寸、信号功能、信号电平等的接口。有了 标准接口，可以使不同类型、不同生产厂家的数据终端设备和数据通信设备之间方便的 迸行通信。主要的异步通信接口有r s - 2 3 2 、r s 一4 4 9 4 2 3 4 2 2 4 8 5 和2 0 m a 电流环等。 1 r s - 2 3 2 串行通信接口 r s - 2 3 2 通信接口又称为e i ar s - 2 3 2 c ，它的正规名称是：数据终端设备( d t e