電子清紗器智能化中的抗千擾設(shè)計(jì)

引 言
    傳統(tǒng)的電子清紗器，不管是光電型的還是電容型的，在紗線信號(hào)被采集過(guò)來(lái)后，后端的清紗處理控制部分的電路都是通過(guò)模擬信號(hào)來(lái)完成的。因此存在以下缺點(diǎn)：器件老化引起的參數(shù)變化導(dǎo)致誤切率上升；參數(shù)設(shè)置復(fù)雜，不直觀；無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等高級(jí)功能。為此，對(duì)現(xiàn)有的傳統(tǒng)電子清紗器進(jìn)行了智能化改造，取得了較好的效果。
    為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)采用RS一485總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了主從式通信。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
    系統(tǒng)采用主從式多機(jī)通信系統(tǒng)，主機(jī)負(fù)責(zé)參數(shù)的設(shè)定、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)控。8個(gè)下位機(jī)每個(gè)負(fù)責(zé)15個(gè)紗錠數(shù)據(jù)的采集，并接收上位機(jī)設(shè)定的參數(shù)和上傳生產(chǎn)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 主機(jī)系統(tǒng)
    主機(jī)系統(tǒng)采用LCM240×320大屏幕液晶顯示，能提供足夠的顯示信息：實(shí)時(shí)時(shí)間、設(shè)定參數(shù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。通過(guò)鍵盤(pán)可以設(shè)定生產(chǎn)參數(shù)，并可查詢(xún)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)配有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，以顯示當(dāng)前時(shí)間，并為生產(chǎn)時(shí)間提供依據(jù)。為便于工人上下班交接時(shí)核對(duì)產(chǎn)量，主機(jī)系統(tǒng)還提供了數(shù)據(jù)打印功能，能夠打印當(dāng)班工人的該班產(chǎn)量。為保存生產(chǎn)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)擴(kuò)展了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。由于系統(tǒng)采用RS一485主從通信方式，因此，主機(jī)系統(tǒng)用MAXl480E實(shí)現(xiàn)了RS一485協(xié)議的串口通信。主機(jī)系統(tǒng)框圖如圖2所示。

3 從機(jī)系統(tǒng)
    從機(jī)系統(tǒng)主要采集生產(chǎn)中的車(chē)速、走紗信號(hào)。車(chē)速信息用于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)根據(jù)走紗信息來(lái)判斷正常生產(chǎn)中是否存在不符合設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的疵點(diǎn)紗線，并通過(guò)輸出切刀信號(hào)完成對(duì)疵點(diǎn)紗線的切除，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。從機(jī)系統(tǒng)同樣采用MAXl480E實(shí)現(xiàn)了RS一485協(xié)議的串口通信。從機(jī)系統(tǒng)框圖如圖3所示。

4 抗干擾措施
    紡織工業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境惡劣。為了增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，通過(guò)軟硬件的方法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的干擾進(jìn)行了有效的抑制和處理。
4．1 硬件抗干擾措施
    紡織工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，供電系統(tǒng)和空間電磁以及靜電干擾都很?chē)?yán)重，因此在系統(tǒng)規(guī)劃初期，就選用了具有良好抗干擾能力的工業(yè)級(jí)板卡和芯片。內(nèi)建終端電阻保證了數(shù)據(jù)的完整性，具有光電隔離(2 kV)和浪涌保護(hù)(25 kVESD)功能，為系統(tǒng)在惡劣的工業(yè)環(huán)境下運(yùn)行提供了可靠保證；從機(jī)通信驅(qū)動(dòng)芯片選用有完全絕緣接口的MAXl480E，這對(duì)于傳輸總線上的高壓尖峰信號(hào)和可能受到的靜電沖擊(紡織車(chē)間這種干擾很?chē)?yán)重)具有很好的抑制作用；為防止干擾引起從機(jī)死循環(huán)，采用看門(mén)狗復(fù)位電路，使從機(jī)程序恢復(fù)正常運(yùn)行；通信線纜選用屏蔽雙絞線纜，以上選用的硬件有效地抑制了系統(tǒng)中輸入信號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)電磁的干擾。
4．2 軟件抗干擾措施
    任何系統(tǒng)采用了硬件抗干擾措施后，并不能保證系統(tǒng)的萬(wàn)無(wú)一失，而必須采用硬件抗干擾和軟件抗干擾相結(jié)合的方法。
    (1)液晶抗干擾設(shè)計(jì)
    在實(shí)際使用中，由于液晶屏是CMOS器件系統(tǒng)，容易受到外界的干擾而造成花點(diǎn)、花屏甚至死機(jī)的現(xiàn)象，而此時(shí)單片機(jī)卻沒(méi)有死，從而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。我們主要通過(guò)以下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)來(lái)防止這種現(xiàn)象的發(fā)生：
    首先，對(duì)于花點(diǎn)現(xiàn)象，通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，干擾點(diǎn)通常都在最后一次寫(xiě)液晶數(shù)據(jù)的位置后面，其原因是寫(xiě)完液晶數(shù)據(jù)后，光標(biāo)寄存器自動(dòng)加1指向下一個(gè)位置，此時(shí)若受到干擾，就會(huì)在這個(gè)位置上出現(xiàn)花點(diǎn)。根據(jù)這個(gè)原因，設(shè)計(jì)液晶程序時(shí)每寫(xiě)完一個(gè)正常顯示數(shù)據(jù)，就將液晶光標(biāo)指向屏幕看不到的數(shù)據(jù)區(qū)，這時(shí)即使有干擾數(shù)據(jù)，干擾點(diǎn)也不會(huì)出現(xiàn)在顯示界面上，這樣就大大減少了在顯示屏幕上產(chǎn)生干擾花點(diǎn)的幾率。
    其次，對(duì)于花屏現(xiàn)象，觀察發(fā)現(xiàn)此時(shí)液晶并沒(méi)有死機(jī)，但是它的顯示參數(shù)由于寫(xiě)控制字時(shí)受干擾被修改了。因此，在程序設(shè)計(jì)中每次刷新屏幕數(shù)據(jù)時(shí)，都重新設(shè)定顯示參數(shù)。這樣，即使液晶受干擾花屏，系統(tǒng)也會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)重新糾正，從而保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
    最后，對(duì)于液晶死機(jī)現(xiàn)象，系統(tǒng)就必須對(duì)它進(jìn)行復(fù)位，設(shè)計(jì)中將液晶的復(fù)位引腳連到單片機(jī)的I／O口上。通過(guò)I／O口的操作對(duì)它復(fù)位，但問(wèn)題的關(guān)鍵是如何知道液晶死機(jī)了。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，我們?cè)诔绦蛟O(shè)計(jì)中安排對(duì)液晶的周期性監(jiān)測(cè)，具體就是對(duì)液晶寫(xiě)個(gè)特殊數(shù)據(jù)然后讀這個(gè)數(shù)據(jù)。如果正確，表明系統(tǒng)運(yùn)行正常；否則，便認(rèn)為液晶死機(jī)
了。為保證不至于受干擾而誤復(fù)位，程序設(shè)計(jì)中只有監(jiān)測(cè)到連續(xù)10次讀寫(xiě)錯(cuò)誤時(shí)才認(rèn)為液晶確實(shí)死機(jī)了。
    具體實(shí)現(xiàn)程序如下：

    (2)可編程芯片的抗干擾設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)中如果設(shè)計(jì)有可編程芯片，則這類(lèi)芯片也容易受到干擾而被復(fù)位，但通常這類(lèi)芯片復(fù)位后都需要初始化才能正常工作。因此，一旦這類(lèi)芯片受到干擾復(fù)位后，就無(wú)法進(jìn)行正常的工作了，而單片機(jī)卻不會(huì)因此死機(jī)，所以同樣會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
    在實(shí)際運(yùn)用中，可編程芯片的復(fù)位不直接與系統(tǒng)復(fù)位連接，而由單片機(jī)的I／0口操作。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)周期性地監(jiān)測(cè)芯片的固定輸出口，如果發(fā)現(xiàn)輸出口不是實(shí)際要求的信號(hào)，就對(duì)芯片復(fù)位并初始化。例如，8255正常工作時(shí)讓PB口的一個(gè)口線輸出低電平，一旦芯片受干擾復(fù)位，該口線就會(huì)為高。根據(jù)這一變化就可以判斷8255是否工作正常。
    具體實(shí)現(xiàn)程序如下：

    (3)通信抗干擾設(shè)計(jì)
    現(xiàn)場(chǎng)的干擾將會(huì)直接影響從機(jī)的運(yùn)行狀況，為了使這種干擾的影響減少，針對(duì)從機(jī)USART 8251芯片不具備地址幀和數(shù)據(jù)幀區(qū)分的現(xiàn)狀，制定了較為完備的通信協(xié)議。數(shù)據(jù)包中含有的幀頭／幀尾、數(shù)據(jù)流向標(biāo)志、從機(jī)地址、雙幀長(zhǎng)和校驗(yàn)字等信息，為主從機(jī)準(zhǔn)確判斷數(shù)據(jù)包的完整性和正確性提供了可靠保證。
    (4)RAM數(shù)據(jù)抗干擾設(shè)計(jì)
    為了保護(hù)從機(jī)系統(tǒng)中的有效數(shù)據(jù)，在單片機(jī)系統(tǒng)中對(duì)片外RAM和外部擴(kuò)展芯片(如8255、8279等)的地址做了統(tǒng)一規(guī)劃。片外RAM單元采用16位地址，同時(shí)用P2．7做片外RAM的片選信號(hào)，而外部擴(kuò)展芯片則采用8位地址。這樣，在程序中對(duì)外部擴(kuò)展芯片操作時(shí)，就可以利用對(duì)P2．7的控制，有效地保護(hù)RAM中的重要數(shù)據(jù)。

結(jié) 語(yǔ)
    工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制、信息整合提出了更高的要求?；诂F(xiàn)場(chǎng)總線的電子清紗器監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上，以RS一485物理協(xié)議為基礎(chǔ)，針對(duì)特殊現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自定通信協(xié)議，構(gòu)建了一個(gè)基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，將各類(lèi)分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了資源共享；同時(shí)提出的該現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)軟件編寫(xiě)的參考模型，使該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多類(lèi)協(xié)議共存，構(gòu)建了一個(gè)開(kāi)放的、標(biāo)準(zhǔn)總線與非標(biāo)準(zhǔn)多現(xiàn)場(chǎng)總線共存的系統(tǒng)，從此整個(gè)車(chē)間范圍內(nèi)的信息溝通了起來(lái)，為車(chē)間更好地進(jìn)行生產(chǎn)、質(zhì)量管理以及人員、設(shè)備管理提供了條件。另外，由于采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有數(shù)字通信功能，所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都可以方便地掛接在兩條串行通信線上，大大節(jié)約了資金，提高了可靠性，且具有良好的開(kāi)放性。
    經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)調(diào)試，目前該系統(tǒng)已投入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，抗干擾效果好。該系統(tǒng)不僅適用于紡織工業(yè)中的電子清紗控制，也適用于各類(lèi)大面積單機(jī)生產(chǎn)的信息化管理。因此，基于現(xiàn)場(chǎng)總線的電子清紗器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及軟硬件抗干擾措施對(duì)于其他各類(lèi)單機(jī)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的設(shè)計(jì)都有廣泛的適用性，同時(shí)對(duì)于多現(xiàn)場(chǎng)總線共存的系統(tǒng)監(jiān)控軟件的編寫(xiě)也具有一定的參考價(jià)值。