（机械设计及理论专业论文）平绒织机生产监测与管理系统的研究与设计.pdf

摘要 在传统的纺织行业中，织布车间是一种典型的设备密集裂生产单位，闲前很多纺 织厂仍然采用人工遂机抄表的方式对织机生产和质量进行管理，效率很低，不利于现 代化企渡瓣生产管瑷“。露此，爱遴行产、韭信感化发展，必主翼摈弃这穆落蠡黥生产管 理方式，对整个车闽进行信息自渤化管理，不仅可以节省大麓人力、物力和财力，提 高了生产效率和管理水平，还为将来整个企业内部的信息化建设建立基础”3 。 针对纺织厂实际存在的问题，：并应江阴沪鸯乎绒厂的要求，提出本文的主要研究 内容为：建立平绒绞辊生产蓝溺与管理系统。蠡劝、完整、壤确缝采集车闻织辊的参 数，把收集到的这些与织机生产有关的实时信息通过数据通信系统发送给上位计算机 进行分析处理，并在计算机上进行存储、显示和生成报表等。 本文对整令整瓣系统莲 亍了铰为全瑟戆设诗，着重对蕊筏叛数据瓣采豢岛襄中楚 理、数据通信网络和通信方式、p c 机的管理软件等作了较为详细的设计；对系统的 抗干扰设计、液晶恩示等方面的设计也系统地进行了介绍，并在m o d b u s 协议的基础 上制定葶鞋菠诗了适合本系统的通信渗议。最后，按照系统的设计要求，完成了群极的 翻作和软件的编铡，在实验室中对系统各个部分豹功麓分别进行了调试，并对整个系 统的工作性能进行了测试。 该系统监视板采集数据可靠、稳定，r s - 4 8 5 总线传输数据准确，管理软件用，i r 赛嚣麓涪碉了，饺爨方便。整令系统实囊了对j 舞袁织誊莛匏鬃中管理，实魏对织瓿璺三 产和质缀的高效管理。 关键词：平绒织机生产监测与管理系统监视板r s 一4 8 5 总线m o d b u s 文件类型：应用 t h er e s e a r c ha n dd e s i g no fp r o d u c i n gm o n i t o ra n d m a n a g es y s t e m a b s t r a c t t h ew e a v i n gw o r k s h o pi sa t y p i c a lp r o d u c t i o nu n i tw i t l li t ss e r r i e de q u i p m e n t si nt h e t r a d i t i o n a lt e x t i l ei n d u s t r y a tp r e s e n t ，m a n yt e x t i l em i l l sg e tt h e i rp r o d u c i n gi n f o r m a t i o n b yc h e c k i n gt h en o t e so n eb yo n e ，t h u st h e yc a nm a n a g et h e i rp r o d u c t i o na n dq u a l i t y , b u t o b v i o u s l ) ；i t sv e r yi n e f f i c i e n ta n dc a l l tc a t c ht h es t e po f m o d e me n t e r p r i s e sd e v e l o p m e n t 。 s o i fw ew a n tt om v a n c et h et e x t i l ei n d u s t r y , w em u s td i s c a r dt h eo u t d a t e dw a yo f p r o d u c t i o nm a n a g e m e n ta n dm a n a g et h ep r o d u c i n gi n f o r m a t i o na u t o m a t i c a l l ya saw h o l e ， t h u sn o to n l ym u c hm a n p o w e r 、m a t e r i a la n dr e s o u r c ew i l lb es a v e da n dt h ep r o d u c i n g e f f i c i e n c ya n dt h el e v e lo fm a n a g e m e n tw i l ib ei m p r o v e d ，b u ta l s oo f f e ras t r o n gb a s ef o r t h ec o n s t r u c t i o no f i n f o r m a t i o ns y s t e m si nt h ew h o l ee n t e r p r i s e t os o l v et h ep r o b l e m se x i s t i n gi nm a n yt e x t i l em i l l sa n dt om e e tt h er e q u e s t so fj i a n g y i nh uq i n gv e l v e t e e nf a c t o r y , e s t a b l i s ht h em a i nt a r g e ta n dc o n t e n to ft h ep a p e r ：t h e e s t a b l i s h m e n to fp r o d u c i n gm o n i t o ra n dm a n a g es y s t e mf o rv e l v e t e e nl o o m 。t h es y s t e m w i l lc o l l e c tt h ep r o d u c i n gi n f o r m a t i o na u t o m a t i c a l l y 、p e r f e c t l ya n dt r u l yf r o mt h ev e l v e t e e n l o o n l s t h e nt r a n s n f i tt h ec u r r e n ti n f o r m a t i o nb yt h ed a t at r a n s m i ts y s t e mt ot h ep c l h ep c w i l la n a l y z ea n dp r o c e s st h ed a t aa n dm e m o r y , t h e nd i s p l a yt h e mo nt h ec o m p u t e ra n d f i n i s ht h er e p o r t t h ep a p e rg i v e sa na l l r o u n dd e s i g no ft h i ss y s t e m ，i te x p a t i a t e so nd e t a i ld e s i g n so f p r o d u c i n g d a t a c o l l e c t i n g a n d p r o c e s s ，d a t ac o m m u n i c a t i o n n e t w o r ka n d m o d e ， m a n a g e m e n ts o f t w a r eo fp c 。i ta l s oi n t r o d u c e sd e s i g n so fa n t i i n t e r f e r e n c ef o rt h i ss y s t e m ， s o f t w a r eo fm o n i t o r , l c dd i s p l a y , a n di tm a k e ss t r i c tc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l sf o rt h i s s y s t e mb a s e do nm o d b u s a tl a s t ，a c c o r d i n gt ot h es y s t e m sd e s i g nr e q u e s t s ，if i n i s h e dt h e h a r d w a r ea n dt h es o f t w a r e ，a n did e b u g g e dt h es e c t i o n so ft h es y s t e mr e l a t i v e l y , t e s t e dt h e c a p a b i l i t yo ft h ew h o l es y s t e m ， t h em o n i t o ro ft h es y s t e mc a nc o l l e c tt h ed a t ar e l i a b l ya n ds t a b l y t h er s - 4 8 5 c o m m u n i c a t i o nn e t w o r kc a r lt r a n s m i tt h ed a t ac o r r e c t l y , a n dt h ei n t e r f a c eo ft h e m a n a g e m e n ts o f t w a r ei sv e r yc o n c i s ea n dc o n v e n i e n t t h ew h o l es y s t e ma c h i e v e dt h e c e n t r a l i z e dm a n a g i n go fa l lo ft h ev e l v e t e e nl o o m s ，a n dr e a l i z e dt h et a r g e tt om a n a g et h e v e l v e t e e nl o o m sp r o d u c t i o na n dq u a l i t ye f f i c i e n t l y k e y w o r d ：v e l v e t e e nl o o m ，p r o d u c i n gm o n i t o ra n dm a n a g es y s t e m ，m o n i t o r r s - 4 8 5b u s 。m o d b 醢s 第一章绪论 1 1 我国纺绥业发展现状 1 绪论 纺织工业作为我国的一大传统行业，也是我国国民经济的基础支柱产业，在我国 兹经济发震中发挥了夔要终趱。在浅国期入耵o 以嚣，蘧羞国嚣绞缓熬舞翁垂由纯体 制的重新确立，一方黼我国的纺织晶出e l 大大增加，国内的纺织企业出现了前所未有 鹊发震税迢，舅一方蕊国际市场静激黧竞争使我国鲍翁织企渡西稿严竣静攘战p l 。随 饕计算机技术、电予技术的飞速发展，信息技术已成为高新技术的前沿，是最活跃、 渗透力蠛强的先导按术，企业的信息化水平已成为衡蹩一个企业竞争力的主要标准 f 4 l 。故走信息亿之路楚 乍为传统产她豹纺织工业在薮形势下约必然选择，应融绩感化 助推纺织企业增强国际竞争力。 蠢我国斡纺织行攮受国褰信惠纯承平的整体涮终，信患按术的应爝东平与发达国 家同行业之间差距较大，国内部分纺织企业的纺机设备简陋、陈旧，技术落后，信息 纯水平普遍较低，设备的信怠化功能利用率不高；企业内部计算机信息管瑷普遍较为 薄弱，生产管理落后、效率低。国夕 毒技术先进豹叛型织极瑚高效靛生产篱理系统软 件，但由于价格十分昂贵，不可能大量引进，特别是对于那魑规模不大的纺织企业， 繇鑫哭熊在蒙鸯静基磷上提瘫设螽麴辊奄一俸能零平，镬纺织撬掖投零与邀子、汁算 机、自动控制、自动检测等披术紧密结合起来加速信息化建设，改造传统的纺织企业。 这已成为当前我国纺织监发展的主要趋势。 1 2 纺绒企业的信怠亿建设 纺缓行业作为传统的制造业，其信息化就是将信虑技术、自动纯技术、现代管理 技术和制造技术援结合，最终实现产晶设计毒l 造鄹企业管理镶息化、生产过程控剁的 自动化、制造装备的数字化、咨询服务的网络化，从而全面提升企业的核心竞争力。 纺织信惑纯载是痿患援本在纺缓行业痤嚣j 懿逡步发装，它带动了纺织翦工韭纯过 程。我幽的纺织业在企业的信息化建设方面起步较早。1 9 7 9 年，我国纺织业就开始 将计算机运用副企业管理中，如稀纺企濂的绥税- 监灞和配稀。2 0 年束，企监管瑶信 息系统( m i s ) 、计算机辅助设计( c a d ) 系统、自动监测、自动控制等具有鲜明行业特 点的信息技术广泛应糟于众多纺织企业。“九五”实施项目中管理系统约占3 7 ，c a d 约占2 5 ，夔溅约占8 ，爨魂控潮终占l s ，信息稠络等占1 2 。 而根据中图纺织工业协会对全行业进行的企业信息化调查结果分析，纺织行业的 第一章绪论 绥息化需求和波用的重点烹溪集中在以下靼个方面，信息纯豹切入点也匿绕其矮开： 1 、金蛙管瑾信惑系统； 这里说的窳业管理信息系统包括m i s 、m r p i i 、e r p 。例如，保怒天鹅化纤集团有 限公司与国内厂商密切合作，在信息高度共享和集成的基础上，达到了全面统一的管 璞，大大提蹇了整蒋警理凌筵承乎。基翦，绞织金鼗蛰理售惑系绞戆开发方式委在放 融行开发、合作开发逐步转向购买商品化软件。软件中既有国际他大型软件，如s a p 、 o r a c l e ，也有搬蝶、浪潮通软、和佳、利玛等国内知名产品。行业内的多家技术歼发 单位也颓应众效夔需求，积极开发吴套行蛙特点静产懿，鲤经纬纺壤嚣惫纺枧众娩， 浙江华瑞公哥黼向纺织住祥企业，银河黎克、杭州爱辩公司面向服装企韭，中纺遮公 司面向印染企业等。 2 、c a d 纺织垒鼗熬c a d 瘟矮傣残了饔显酶行泣特点，狳了撬壤设诗舞，鸯露蕊蚕案设诗 和分色描稿、电子绣花、服裟设计等。具有我国自主版权的软件占大多数，有的融经 到达国际先进水平，而价格远低于国外间类产品。 c a d 戆特杰是痘嚣嚣广，酱逮投资不大，毽效益最澄著。设备太郄分镬弱微掇， 少鼙为工作站( 纺枫厂) ，少数企业实现了不同程度的网络化。企觳一般采用璃买配 套设备和软件的方式，投资在五万元到几十万元之间，效益明显。 纺织工渡作为我国实施c a d 豹四个黧点行业之一，行业主管郝f 1 已将其列为蕊点 维广工程，剜蹬了各项摇广疆针，建立葶瓣获植了七个撤广中心和1 5 个示范企渡，敬 得了明显的效果。 3 、自动监测 釜测顼霸主要盛瘸子老漤各莰造，其中缓掇整溺约占8 0 。该瑗嚣8 0 年代裙裁 开始普及推广，现在仍有众业在继续使用，如石家庄棉、石家废四棉、郑州飚棉、 沙市棉纺、襄熬棉纺等。还有细纱机、络简机的监测，这些主要集中在棉纺行业。监 溅疆嚣| l 毒秀发方式主要为囊程秀发，魏西家座群为公司裁在摆广是激豹盗测技_ 木；还 霄一些企韭怒对进口设备谶行改造。嗣前的监测系统麓遍与管理系统结合，更膏效墟 利用实时的般测资料，收效很好。发展方向是建立集镣理与监测系统为一体的综合信 熙系统，这需要对车问进行较大规模豹技求改造。另钋，车闽温湿度滥测、计量黢测 莘鞋能耗益溅等，有着很好浆蘸条。魏浮就天纶集霞建交了绸纱程、织梳帮震毫系统瓣 自动监测系统，促进了现代化生产管理，节省了能源。 4 、自动控制 塞动控裁颈嚣包揍纯纾生产遂翟控裁、纺织晶染魏蜃整瑾控铡潋及老设备改逵、 锅炉空调风枫的节能控制等。一些化纤众业应用了集散式过程控制系统，如连云港氨 纶、丹东化纤、山西三维等，显著提高了生产过程的翻动化水平。敦中国产化装援和 2 第一章缱诧 组淼软件的比例正在提高，有利于小型化纤厂的应用。在“九五”期间，可编程控制 器( p 【j c ) 和变频器在纺织行业得到了广泛应用。纺织企业的风机、水泵、空压机的传 动控制葶鞋锅炉、空调的控制系绫应曩蜃，节滚率达到2 0 3 0 ，为企业降低了成 本，提高了效盏。还有纺织巍械的机电一体纯永平氇有了湿著盼提离，2 0 世纪9 0 年 代的纺织设备有9 0 采用了电子信息技术。以自动络筒机和无梭织机为代表的具有自 动控制功能和数据采集接口的新型设备在国内已形成批量生产能力1 5 】。 1 3 本课题豹研究背景及意义 2 0 0 3 年l o 月全国纺织行媲信息化工作会议召开，纺织行业被全国企业信息化工 作鞭浮枣缝翻蠢穗急证建设试患行堑，纺缓行照怼信患纯建设翁认谈程度有了不聪程 度的提高，大部分纺织企业根搬自身条件和特点，已经在不同程度地进行着信息化建 设，其中许多企业都取得了显麓成效( 6 】。 梵逶应纺织渡发震愆这磷一拿大好髟努，江阴沪蚩乎绒厂蔽握鑫疼懿条 孛裁耱 点，提出了在原来织视设备的慕础上，作迸一步改进和完善，结合电子技术、测试技 术和现场总线技术，建立平绒织机生产监测与管理系统，实现从制定计划到生产过程 监控黪各种高效篱理，为企业的傣息化建设提供技术保簿翘有效手段。该系统就是对 纺织照信息佬建设自动益羲l 砺究方向的一个尝试。 本课题就是威江阴沪青平绒厂的邀请，合作开发的平绒织机生产i | 矗测与管理系 统，本系统能及时提供与生产裙关的各类实时信息，有利于工厂对职工的考核；有利 于及露了解设鍪黥凌凝，提毫设蘩匏维护、缣养零乎；毒秘予提毒产鑫豹产量强覆璧， 促进生产效益的提高，促进职工素质的提高，也促进了企业现代化管理水平的提商。 1 ，4 论文的研究内容和主鼹工作 在传统的纺织行业中，织稚车间是一种热型的设备密祭型生产单位，目前很多纺 织厂家仍然采用人工逐机抄表的方式对织机嫩产和质量进行管理，效率很低，不利于 现代倦企业的生产管理。因鼗，要进行产煎镶怠倦发震，必须摈寡这琴孛落蓐鲍生产管 理方式，对整个攀闻进行信息巍动化管理，不仅可以节省大量a 力、物力和财力，援 高了生产效率和管理水平，还为将来整个企业内部的信息化建设建立撼础。 搬据纺织厂实际存在的闯题和江阴沪青平绒厂的要求，提出本文的主要研究内容 为：建立平缄缓枫鬟三产整涮与瓣理系统，鲁动、完整、潍确缝采集车澜织裰豹参数， 把收集到的这些与织机生产有芙的实时信息通过数据通信系统发送给计算机进行处 理分析，并在计算机上进行显示、生成报表和打印。 论文兹主要王 睾絮下： 篇章绪论 1 分橱平绒织穰酌运行过程特赢，了薪织藕l 的织布源瑾，宠成系绞的硬件设计， 要求达到如下功能： ( 1 ) 蓝视板正确采集织机检测器件发出的有效信号，并将这些信号信息转换成相 瘫的参数量，存储在存佬嚣中，劳根据麓要糁这些数掘逯邀可靠戆传竣途径转瓣 给上位p c 机。 ( 2 ) 。蓝褫板将一些参数信意逶遥发放雀缀税龟控籀瑟板上靛液菇湿示群蕊懿赣 示，为操作工人提供数据参考信息。 ( 3 ) 设计系统通信组网中p c 祝与r s 4 8 5 总线的接口转换器，实现p c 机串口 r s - 2 3 2 与r s - 4 8 5 之闯的数握信弩转换。 2 完成监视板和上位p c 机的软件设计： ( 1 ) ，整援援主要是遴_ 亍瑰场瓣缀撬梭溅装置信譬豹采豢窝楚耀，两上位慈梳应答、 接收上位机的发送数据命令并进行处理，向上位p c 机发送采集的数据内容，将 霾示信患传输给液晶显示群等。主要工作包括_ 燕程序的设诗、数撼采集模块子程 序的设计、按钮处理予程序的设计、数据通信予程序的设计、数撼显示予程序鲍 设计等。 ( 2 x 土使跨援管理软俸发送传送数据会令绘篓援叛，然后接牧篮裁叛霞送憝采集 信息并将这些数据进行存储、处瓒和分析，主要功能是数据的抄录、历史数据焱 询、鼗据统计处理、报表生成、数据打帮和系统管理等。穰锯上述的功能要求进 行的主要工作有数据采集软传设计、用户界面设计、统计与生成掇液等棚关程序 的编制和数据库的开发。 ( 3 ) 。制定监援投与上袋p c 壤之霹懿逶售协议，并棂搀协议裁定设计整享芟板暹售予 程序和上位管理微机的数据通信软件。 4 第二章系统整体功能分析和方案设计 2 系统整体功能分析和方案设计 2 1 系统参数分析 为了对系统功能有个更清晰的了解，在此有必要首先介绍一下管理人员关心的织 机有效数据参数。本系统要采集的这些织机有效参数如下表所示 表2 - 1 内容简要说明 当班布长即换班以来的布长 连班累计布长即织机所织当前布匹的长度 运行时间织机处于织布状态总时间 经停时间因为经纱断处理，织机所用的总时间 纬停时间因为纬纱断处理，织机所用的总时间 卷数即织机已经织了布匹卷数 纬密设定布匹单位长度内纬纱的根数 定长设定设定一卷布的长度 为了便于对参数的分析处理，我们将这些参数进行分类，如下图2 1 所示 厂当班布长 生产产量参数连班累计布长 织|l 卷数 机j，一经停时间 参、运行参数 纬停时间 数|l 运行时间 l厂定长设定 、设定参数， l 纬宽设定 图2 一l 织机参数分类图 把织机参数通过上述分类后我们可以更好的管理这些资料，有利于资料的传输， 更有利于后面生产管理人员的统计处理和分析。可以看出，其中的生产产量参数包含 有织机产量生产效率和工人的劳动效率信息；运行参数反映织机的运行情况，机器的 性能：设定参数是人为输入的对产品的要求。 第二章系统整体功能分析和方案设计 2 2 系统整体方案设计 如前所述，本课题的目的就是设计一套平绒织机生产髓测与管理系统。系统的功 麓毽旗采集车阕缓凝蕊参数，逶避数撵逶售答绞恕这些参数传浚绘土位诗舞爨，上爱 计算机通过管理软粹对这些资料进行分析处毽，并在计算帆上加以显示，生成报表， 打印等。根据系统对织机参数的深集、传输、存储、处理殿恩示等功能的要求，整个 系统w 以分为三大部分： j 织税参数采集瓤分 2 数据通信传输部分 3 计算机数攒处理部分 戮下对各令部分豹缝捧竣诗及荚组藏遴行分缮。 2 2 1 织机参数采集方案 2 。2 ， 。 织懿织遥缀理 巍织机上经纱和纬纱相互交织形成织物的织造过程由五个主要运动相互配合完 成，即开口、引纬、打纬和卷取、送经运动吼相应的织机有五个机构执行这些运动， 它们豹功驻作用如下： 】开口枫褐：将已经驭织轴士引出静整幅经纱同对分开分为上下掰裰形成梭口， 以便引入纬纱。 2 弓 纬机构：从储纬器中引融纬纱，通过引纬装置将纬纱引入梭口，与经纱形成 交织。 3 打纬机构：将引入梭口的纬纱推向织翻，使之与经纱紧密交织形成织物。 4 卷取机构：为了使织造过程能连续不断地进行，必须把已经织成的织物引离织 瓣卷或一定影式魏卷装，遮藏是卷取懿擒魏终曩。 5 送经机构：从织轴上送出经纱并保持经纱张力在织造过程基本稳定。 2 2 1 2 生产产量参数 邋过以上对织桃织造过程的遨动分柝，我们可以看出织物是将纬纱一根一棂的与 经纱稳交织两藏静，强戴织瓤鹣煞产产量q 霹遁过驭下计冀公式褥裂： o ：型生。r “ 只1 0 式中：拄一绥爨主獭转速( r m i n ) 只，一织物纬密( 根t 1 0 c m ) t - - 织造时间( m i n ) 由予织鼹主辘转速( 嚣) 缀透露阕( t 正簿必绂瓿主轴运转懿转数，毽戴 第二章系统整体功能分析和方案设计 可以通过计算织机正常生产过程中主轴的转数来得出织机的生产产量，而主轴的转数 可通过在主轴上安装光电编码器。并利用计数器的计数功能对来自编码器的脉冲信息 进行计数，最后通过微处理器对上述公式进行计算得出产量值。 2 2 1 2 运行参数 如上所述运行参数包括经停时间、纬停时间和运行时间，其意义如下所述： 经停时间：在织造过程中若某根经纱断头或绞头时，安装在织机上的机械电气式 断经检测装置将发出断经信号，此时织机将马上停车，同时相应的指示灯亮，车工将 断经重新布置好后，才可以继续开车织造，其间织机的停车时间即为经停时间。 纬停时间：织机上纬纱在被引入梭口前要经过一个压电陶瓷式纬纱检测装置和探 纬器，当织造过程中发现纬纱有异常情况时，织机将马上停车，同时相应的指示灯亮， 车工重新接好纬纱后才能继续开车，其问织机的停车时间即为纬停时间。 运行时间：织机处于正常织布状态的总时间为织机的运行时间。 可见，上述三个时间可利用定时器接收检测装置的开关信号进行时间计算，并通 过微处理器处理后得出参数值。 2 2 1 3 设定参数 织机的设定参数为工人按照工业要求人工输入的参数，包括定长设定和纬宽设 定。 定长设定：织机织造过程要将已经织成的织物进行卷取，卷成一定形式卷装，定 长设定即为设定一卷织物的长度。 纬宽设定：纬宽即织物单位长度内的纬纱根数，为了得到不同规格要求的织物， 就要对织机织造的纬宽进行设定。 以上两个参数是由工人通过操作按钮进行设定的，因此它们也可利用计数器的计 数功能操作按钮的脉冲信息进行计数，然后由微处理器进行计算后得出。 2 2 2 数据通信传输标准选择 本系统中通信的距离大约为7 0 0 米以上，并考虑到织布车间生产环境的噪声干扰 影响，因此，要根据系统这两方面的因子来选择通信标准。 在工业数据通信领域中应用最为广泛的就是串行通信方式。这里对常见的几种串 行总线标准作一比较。常用的串行总线标准有r s 2 3 2 、r s 4 2 2 和r s 一4 8 5 等惮j 。其中， r s 2 3 2 是异步串行通信中应用最广的一种标准总线，其单向数据传输最大速率为 2 0 k b p s ，最大传送距离为1 5 m ，显然这种总线标准在通信距离方面不能满足本系统 的技术要求，且其数据传输速率慢、易产生串模干扰。r s 一4 2 2 传输距离较远，最短 为1 2 m ，数据传输最大速率为1 0 m b p s ；当速率为1 m b p s 时，7 传输距离可达1 2 0 m ： 当速率为1 0 0 k b p s 时，传输距离可达1 2 0 0r n ：r s - 4 2 2 抗干扰能力强、传输速率快， 第二章系统整体璃能努辑帮方案设诗 量为全双工传竣方式f 9 】。 我们知道，r s 2 3 2 有一个显著特点，即r s 2 3 2 接阴通常只用于点对点通信的系 统中，蓍系统中需要穗互逶倍鑫冬节点数超过两个时，羽它不麓童接满足要求；丽 r s 4 2 2 怒一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，因此也不能满足要求。 为此，e i a ( 美国电子工妲协会) 制定了新的接日标准r s 4 8 5 ，它能支持一点对 多点的邋信，r s 4 8 5 的电气标准与r s 4 2 2 完全一榉，只是r s 4 8 5 王馋予半双工方 式。 r s 一4 8 5 标准蔻线楚一耱平舞转输方式鼢率行接霹标准，宅兔诲在窀黪中有多令 发送器，且允许个发送器驱动多个负载设备，负载设备可以是被动发送器、接收器 或收发嚣躺组合单元。r s 一4 8 5 的共线电路结构怒一对警衡差分电路，其两端帮配置 了终端电阻，其发送爨、接收器和缀会收发器可以挂接凌平镶捷输线上的任侮位鬟， 在数据中实现多个驱动器与接收器公用同一条传输线的多点应用。r s 一4 8 5 通信接口 静信号费徐是爱嚣个线之阙静电压蓑来表示逻辑“l ”或“e ”豹，困必发送端纛秀凝 传送线，而接收端也只需要两根传送线，这样，r s 一4 8 5 接收与发送端仅需舞两根线 就髓完成信号的传输。因此，r s 一4 8 5 标准总线的特点怒：抗予抗能力强、传输速率 高、传输距离远，在1 0 0 k b p s 的传输速率时可传送1 2 0 0 m ，若速率为9 6 0 0 b p s 时，可 以传送1 5 0 0 m 、甚至更远一些f 1 0 1 。 r s 一4 2 2 、r s 一4 8 5 、r s 一2 3 2 之阉均主要憔戆 警针魏魄较冤表5 2 。 表5 - 2r s - 4 2 2 、r s - 4 8 5 、r s 一2 3 2 的主要技术参数 麓范 r s 一2 3 2r s - 4 2 2r s 一4 8 5 最大传输距离 1 5 mt 2 0 0 m ( 速率1 0 0 k b p s )12 0 0 m ( 速率t 0 0 k b p s ) 。最大传输速度2 0 k b p s1 0 m b p s ( 距离1 2 m )1 0 m b p s ( 距离1 2 m ) i 嚣凄器最，j 、豢掇v 5士2l 。5 驱动器最大输出v 1 5土l o6 援救器敏感凌v 3走o 2 o 2 最大驱动器数爨 1l3 2 单伎受载 | 最大接收器数量 11 03 2 单位负载 i 转埝方式擎溃差分差分 可以褥到，由于r s - 4 8 5 嶷有上述优点，能够支持一点对多点的通信，便于组网， 通信距离鞠抗干扰性能氇能满足本系统的设计要求；并蕊织梳数据采集篮测系统对察 时性的要求不高。所以本系统选择半双工龄r s 一4 8 5 总线通信橼准( 1 1 1 。 2 。3 系统总体方案设计 在确定了参数采集方案秘利用r s 4 8 5 通信标准进行通信题，就可以进l 亍系统的 第二章系统整体功能分析和方案设计 总体设计了。 首先，根据以上参数信息的采集方案，本文提出了设计一套电子控制板监视 板，接收检测装置传输过来的检测信息，并通过微控制器对这些检测信息进行计算处 理，从而得出织机的各个参数数值，然后将参数数值保存在一个固定的寄存器组中等 待进一步的处理，为了方便参数信号的采集，安装的方便，我们将监视板安放在织机 的电控箱内。此外，为了便于工人对织机的生产操作，在本文中监视板还增加了一个 液晶显示功能，用于显示当前织机的生产状况，因此液晶显示屏应安装在电控箱表面 上。 其次，本系统采用的是r s 4 8 5 通信标准。由于r s 4 8 5 接口在一个信道上可进行 半双工通信，所以，只需两根线便可实现双向通信，且可以方便地构成一点对多点或 多点之间的相互通信【l ”。因此可以用组建r s - 4 8 5 网的方式将系统中的监视板和上位 p c 机构成有机统一的分布式网络系统。但是，由于上位p c 机的串行通信标准为 r s 2 3 2 ，因此，在进行组网设计时，应设计一块通信接口转换板，实现上位p c 机与 r s 4 8 5 总线之间的通信。 此外，上位机应用p c 机可以更加有效地对织机参数资料进行存储、处理和分析， 可以实现历史资料的查询、数据通信、资料显示、报表生成及打印，还有利于系统的 维护等等。 综上所述，我们可以将整个系统分为三个部分：电控箱织机监视板、r s 4 8 5 数 据通信和上位p c 机管理软件。系统框图如图所示： 图2 - 1 系统框图 9 筹童睾箍视援抟赣磷傍竣计 3 监视板的软硬件设计 监视板在平绒织机生产监测与管理系统中主要担负着织机参数信号的采集、把采 集来的备种织机信号转换为相应的参数值，对转换后的参数进行存储，并输出给液晶 显示蘑遴行参数显示，另乡 ，鬏援嚣要逶过r s - 4 8 5 逶蓿1 ：3 奄上一缀夔上貔p c 壤进 行通信等工作任务。根据这些功能要求，这里需蒙进行监视板的微控制器选择，织机 参数的聚集电路设计，液晶显示数据接口电路设计，通信电路接口设计等僚务。 3 。 鍪褫扳硬释设毒 3 1 1j i 轰视板微控制器的选择 系统采蠲单片魏辩缓枫售号逡彳亍采集秽数据处理，并鼹宠成逶莹、滚鑫显示等 功能。举片机技术在测量领域的成用促进了织机监测系统向智能化方向发展，目前， 单片机的发展应用趋于多样化，主骤可分为8 位机和1 6 位机两种，现在3 2 位机也己 塞凌j 荠投入垂实际爱援中去了，毽楚，8 霞擎嚣辍躬瘦爱秘占主滚建位。鬏豢本系统 的特点及功能要求，本文选用了一种低功耗、低价格、高速度、高性能的c m o s8 位 微控制器一a t 9 0 s 8 5 1 5 。 该单片极其有的典型特征鸯： 它与m c s 一5 l 单片杌系列的产品兼容 高性能、低功耗r i s c 结构；1 1 8 条指令，大多数为单指令周期；工作在8 m h z 时具有8 m i p s 的性能 3 2 令8 谴瀵藤( 工 筝) 蹇存器 8 k 字节的在线可编程f l a s h 程序内存，擦除次数为1 0 0 0 次 5 1 2 字节在线可编程e e p r o m ( 寿命为1 0 0 0 0 0 次) 5 1 2 8 袋内郝s 鞑醚 i 个可预分频的8 位定时器计数器；1 个可预分频、舆有比较、捕捉和8 9 1 0 位p w m 功能的1 6 位定时器计数器；片内模拟比较器 3 2 个可编稷的t o 脚 1 2 个中断潦 全双工可编稷串行u a r t 倍道 ：e 作电压：4 o 6 0 v 在4 m h z 、3 v 、2 5 c 条 季下翡凄耗：王俸模式为3 o v a ；空霹模式炎1 o v a ：捧 电模式为 1m a i o 第三章监视板的软硬件设计 h t 9 0 s 8 5 1 5 除了具有上述的典型特性外，它还具有高度保密性，具有大电流驱动 特性，并支持休眠及闲置两种省电方式 , 2 - 1 4 l 。这些优良的性能为大多数嵌入式控制系 统提供了一种灵活性高且价格低廉的技术方案，所以本系统选择a t 9 0 s 8 5 1 5 作为监视 板的微控制器。 3 1 2 监视板数据采集电路设计 通过前面的叙述，我们可以看到，监视板有多路信号输入，其中有来自织机主轴 的光电编码器脉冲信号，来自经纱和纬纱的检测装置的开关信号，还有来自电控箱面 板上的按钮脉冲信号。 3 1 2 1 经纱断采集电路 本系统采集的对象是平绒织机，它的经纱有两种： 底经和绒经，因此有两个经纱检测装置。这种检测装置 又叫停经片，停经片是织机经停装置中发生断经停车的 诱发件，它是用经过回火处理的6 0 号碳素钢薄片冲压 而成的，并进行表面镀锌。图3 一l ( 1 ) 、( 2 ) 分别是用 于机械式与电气式经停装置的停经片，经纱穿过其上的 小圆孔或开口槽。片上的封闭长槽穿在停经条上，用来 控制停经片在织机上的位置和落程 1 5 - 1 6 】。其工作原理 是，正常工作时检测装置输出高电平信号，当经纱一断， 停经片下落，检测装置输出低电平信号。 由于在织机织造过程中，经纱张力往往不稳定，这 就造成停经片上下晃动，可能输出伪信号，所以，在采 集电路中应加入积分功能，防止采集错误，具体电路如 图3 - 2 所示。 ( 1 )( 2 ) 图3 - 1 停经片 图3 - 2 数据采集电路图 蒡兰章监携捱静软硬件设计 在电路中，为了防止外信号的干扰串入单片机中，输入信号经过光电隔离后输入 单片机中。 3 ， 。2 。2 纬纱薮采繁毫鼹 在平绒织视中，稳测纬纱状况的检测装置肖两个，个安置在储纬器中，另一个 安置在纬纱进入梭翻前的探纬器上i l ”。它们的检测装置为压电陶瓷式纬纱检测装置， 当发生断纬时，检测装覆的输出电平发生跳变。为了防止夕卜信譬瓣干扰串入零片枫中， 宅鼹中聚集售号也麓缀过毙毫隔离焉输入蕈片祝静。 3 1 2 3 其他信号输入电路 除了经纱检测和缔纱检测的输出信号为电平跳变信号外，电控箱面板上的4 个信 号都碧缓键辣肄售弩，它孽疆遘一个党毫陵离嚣嚣羲蹇接赣入戮摹片爨势鞠孛去，两 样，光电编码器输入倍号也是通过光电隔离后进入单片视的。以上5 路信譬的采集电 路如图3 - 3 所示。 2 洋l 。：专 + 印l 3o o 习 黑l 辜毛 匿叠& 茹 r 1 4 。k 守 匿翰+ 守望。阔、竺l s 融l 。 7 专 r l s j 0 k + 印5 1 7 “。钾 8 “1 专 l 。 l & s m 雩茹撼i 。，4 譬粤耄辅 ， 。置障旁镰：| _ ，妻 图3 - 3 数据采集电路图 嗣嗣”，在电燕簇巍援土还有个盗梗板豹复 位按钮，它用于监视扳出现程序运行出错或操作 错误而使系统处于死锁状态时，通过按键对其进 亍重瑟瑟麓。按键复绽毫臻絮右图3 4 溪示。 3 1 3 液晶显示屏接口电路 燃3 4 复位电路 为了使操作工人能够实对了解织机的生产情况和自己的工作效率，本系统添加了 圈 ， _ 纛l善 西 第三章监视板的软硬件设计 液晶显示部分。液晶显示群安装在织枧的电控箱蔼投上，并通过数据线和控制线连接 到盗褫板点。 在小规模点阵液晶照示模块上，使用液晶显示驱动控制器组成液晶显示驱动和控 制系统是低成本、低功耗、集成化好的选择。这使得液晶显示模块的硬件电路简单化， 毽与魏强黪镬软释凌蕤豹罄拳遣大大撬寒。氇藏怒滋，诲多显拳功缝翅字蛰黪、闲烁 等都需要肖软件编制而成。本系统采用1 2 8 x 6 4 点阵的内置h d 6 1 2 0 2 u 图豫液晶显示 屏就是由这类液晶显示控制器组成的 1 8 1 。 渡燕显示孱约显示功麓是由监视投上靛单片瓿控制豹，蕊者豹连接方式为闽接访 游方式，徽处理器通过蠢身的并行接豳与液晶显示模块连接，徽楚理器通过对这些接 口的操作，以达到对液晶晟示模块的控制。它的优点是接口简单，设计方便。接口电 路如图3 - 5 所示。 3 1 4 通憾接口电路 图3 - 5 液晶显示屏接髓电路 3 。1 ，4 1 荤片机异步串 彳1 3u a r t a t 9 0 s 8 5 1 5 单片机的串行通信部件为异步串行阴u a r t 。a v r 单片机异步串行口 嗽r t 功麓後予m c $ 一5 1 9 6 单片税事翻勘戆，比较纛邋i n t e l 8 2 5 1 ，其毒发送接收双缓 冲功箍并麓检测、指示接收错误。它裔3 个稆互独立静串瑟中断，其中发送中断2 ， 个，接收中断1 个，可任选1 个发送中断与接收中断配合完成中断方式下的资料收发。 第三章监视板的软硬件设计 中断标志位可在响应中断时自行清除或在读写资料时清除，对t x c 也可用写“1 ”清 除。相比之下，m c s 一5 1 9 6 单片机串口共享一个中断源，且中断标志r i 和t i 必须用 软件清除；发送数据时必须在主程序中发送第一个字符，以引起发送中断；带发送完 最后一个字节又引起一次多余的中断，必须对其进行专门处理令其空返才行。a v r 单 片机的u a r t 接收、发送中断是分开的，届时只要禁止发送中断即可【1 9 】。 a t 9 0 s 8 5 1 5 单片机的全双工通用串行异步收发器u a r t 主要特征如下： 1 、 波特率发生器可以生成任何波特率 2 、在x t a l 低频率下有高的波特率 3 、8 位和9 位资料 4 、噪声滤波 5 、超越误差的探测 6 、帧错误探测 7 、错误起始位的探测 8 、 三个独立的中断t x 完成t x 资料寄存器为空r x 完成 3 1 4 2 监视板通信接口 r s 一4 8 5 收发器采用平衡发送和差分接收，即在发送端，驱动器将t t l 电平信号转 换成差分信号输出；在接收端，接收器将差分信号变成t t l 电平，因此具有抑制共模 干扰的能力，加上接收器具有高的灵敏度，能检测低达2 0 0 m v 的电压，故数据传输可 达千米以外。r s 一4 8 5 许多电气规定与r s 一4 2 2 相仿。如都采用平衡传输方式、都需要 在传输线上接终端电阻【2 0 等。由于微控制器a t 9 0 s 8 5 1 5 有一个可编程的全双工串行信 道，且它为t t l 电平，我们无须外扩u a r t ，只要一个r s 一4 8 5 通信总线接口转换芯片 就可以了。在本监视板中，选用由m a x i m 公司生产的m a x 3 0 8 2 。该芯片是用于 r s 一4 8 5 r s 一4 2 2 通信的高速接口芯片m a x 3 0 8 0 - m a x 3 0 8 9 系列中的一种，它被用于多节 点总线传送线上的双向数据通信，还被用做中继器。可提供失效保护、低电流关闭模 式，通过提高回转率限制使无错资料传送能力更强，理论上允许总线上最多有2 5 6 个收发器，它要求电缆长度不能超过4 0 0 0 英尺【2 1 1 。 v c _ g 8 l o 1 黔露圈 参a b s 7 叠l 童卫 4 ，t x d毒i ，嫩l 蔫_ 甓。 ；煳渊 薹| _ e2 渊 i 。闲薹赫嚣 3t 、1 l 1 4 第三章监视扳的软硬件设计 图3 6r s 一4 8 5 通信接口电路 由m a x 3 0 8 2 组成的r s 一4 8 5 通信接口电路如图3 6 所示，它是一个半双工接口， 收发由r e 、d e 控制，由于这两个引脚要求有效电平是反向关系，所以设计中只用p c 7 一个引脚控制收发即可，它可以将a 、b 引脚上的r s 4 8 5 电平信号转换为r o 引脚上的 t t l 电平信号，也可将d i 引脚上的t t l 电平信号转换为r s 4 8 5 电平信号。故m a x 3 0 8 2 的d i 引脚接单片机的t x d 引脚，r i 引脚接单片机的r x d 引脚。通过a 、b 挂接在4 8 5 母线上就能实现通讯f 由m a x 3 0 8 2 组成的r s 一4 8 5 通信网路是一个总线型主从式网络，由一台主机和多 台从机挂在串行总线上。主机负责对从机发来的资料进行处理、分析、显示，并向从 机发送传送数据命令。为避免多机同时在总线上发送信息而发生冲突，主机采用轮询 的方法依次同各从机通信。r s 一4 8 5 网络是采用半双工方式进行通信的，每次只有和 主机指定的从机进行通信，其它从机只监听总线，直到主机要和它通信 2 2 。2 5 。 3 1 5 系统的抗干扰设计 用于生产现场的单片机应用系统，易受各种干扰侵袭，直接影响到系统的可靠性。 因此，应用系统的抗干扰设计是非常重要的。 在设计中我们采用了以下几种抗干扰措施： 1 输入输出通道的采用光电隔离电路。在微机监控系统中，干扰通常是通过电 源线和地线串入微机主控系统而引起测试与控制错误，甚至可能导致严重后果。因此， 必须加强数据采集与控制系统的抗干扰性设计。在硬件上，我们通常采用的是微机主 控系统与前向通道和后向通道完全实现电器隔离，消除由于共地和共电源线而串入的 干扰信号 2 6 。 光电耦合器是通过光线实现耦合的，输入和输出之间没有直接的电气联系，故 具有很强的隔离作用。虽然光电耦合器具有非线性电流传输特性，但对于数字量和开 关量不成问题，在实际中得到了很广泛的应用。 m o c 3 0 4 1 光电耦合器是m o t o r o l a 公司生产的用于触发晶闸管的光电耦合器，它 价格低廉、触发电路可靠，与主回路之间没有电的联系，抗干扰能力强，它采用双列 直插6 脚封装，该器件输入部分是砷化铝发光二极管，输出部分为光双向晶闸管。 m o c 3