总线判优技术在全自动智能纺纱机上的应用

张红岗，赵学敏，王龙云

（1. 陕西宝成航空仪表有限责任公司，宝鸡，721006； 2. 西安石油大学，西安，710065）

总线判优技术在全自动智能纺纱机上的应用

张红岗1，赵学敏2，王龙云1

（1. 陕西宝成航空仪表有限责任公司，宝鸡，721006； 2. 西安石油大学，西安，710065）

为了解决全自动智能纺纱机通信数据冲突影响生产效率的问题，在传统RS485总线基础上增加了总线判优控制功能，有效解决了总线数据冲突问题，提高了生产效率，在全自动智能纺纱机上应用效果良好。

RS485； 总线判优； 总线技术； 纺纱机

1　全自动智能纺纱机介绍

全自动智能纺纱机是集粗纱机、细纱机、全自动络筒机功能于一体，高度自动化、智能化的纺纱设备。它采用了喷气涡流纺纱技术，全自动控制理论，计算机网络技术，通信总线控制等技术，具有纺纱速度高、工艺流程短、低噪声、自动化、节省资源、智能化水平高，适纺性能较强等优点，处于当代纺纱技术国际领先水平。

全自动智能纺纱机由车头控制中枢系统 、空筒自动喂入系统、多路纺纱单元控制系统、自动捻接机系统、自动落纱机系统、自动移动清洁车系统、纱筒运送和提升机系统、回丝和风棉收集系统组成。其中，车头作为全自动智能纺纱机的控制中枢，管理着整机的电源、罗拉电机、风机、报警急停装置、移动清洁车、纱筒运送装置和回丝风棉收集装置等。每个多路纺纱单元控制系统管理4个纺纱单锭，每个纺纱单锭独立工作，将棉条纺成细纱，再将细纱绕到纱筒上，在纺纱过程中，纺纱单锭监测机器状态，一旦发生断纱，纺纱单锭自动分析原因，并作出相应处理，或请求自动捻接机重新接线，或报警请求人工处理。自动捻接机系统的作用是在接到纺纱单锭发出的接线请求后，自动移动到发出请求的纺纱单锭处，为断纱的纺纱单锭重新接好纱线，引导纺纱单锭继续自动纺纱。自动落纱机系统的作用是将纺纱单锭纺满的纱筒从纺纱单锭上取下来并重新为纺纱单锭铺上空的纱筒，引导纺纱单锭往空筒上继续纺纱。

图1　判优总线网络结构图

2　全自动智能纺纱机通信控制

全自动智能纺纱机各个功能执行模块之间通过通信网络紧密联系在一起，协同工作，实现整机的自动化生产。整台机器标准配置为：1个车头，1个空筒喂入装置，1个自动落筒机，4个自动捻接机和20个纺纱单元，共26个功能执行模块。这26个模块通过3条通信总线联系在一起。3个自动捻接机、自动落筒机、车头采用ARCNET总线与空筒喂入装置连接。20个纺纱单元采用CAN总线与空筒喂入装置连接。20个纺纱单元又采用全双工RS485总线以菊花链的形式与车头连接。

全自动智能纺纱机上的RS485总线在传统全双工RS485总线的基础上增加了总线判优功能，严格界定了节点间的主从关系，有效防止了总线上的数据冲突，增强了从节点的主动性，缩短了主从之间的效应时间，提高了通讯系统的效率。在全自动智能纺纱机上RS485总线采用9600bps波特率，主要用于纺纱单元向车头汇报生产数据和报警信息。

3　总线判优技术的原理和应用

在80锭的全自动智能纺纱机上，RS485总线连接1个车头控制板和20个纺纱单元控制板。网络中的21个节点采用菊花链的形式连接在一起。每个节点都有7根总线参与网络控制，包括：接收总线A和B、发送总线Z和Y、总线请求信号线BR、总线忙信号线BG和特权级信号线BPRN。其中，接收总线和发送总线组成全双工网络，用于传输数据，其余3条信号线用于总线使用权的分配和管理。总线结构如图1所示。

在全自动智能纺纱机的判优总线网络中，车头控制板作为主节点，纺纱单元控制板作为从节点。主节点硬件原理图分别如图2所示，从节点与主节点硬件部分类似。总线上主从关系明确，总线的使用均由主节点管理，从节点不能在未经主节点同意的情况下私自占用总线。一般情况下，通信过程采用“主问从答”的方式完成。如果发送紧急情况，从节点需要立即占用总线，则需要用到总线仲裁控制信号，从节点向主节点申请总线使用权，得到主节点仲裁后才可以占用总线。

为了避免从节点在得到总线特权后因自身出现故障时长时间独占总线，纺纱单元在硬件上做了处理，每次从节点占用总线的时间可以通过硬件电路设定，一旦从节点占用总线的时间超过设定时间，硬件系统自动切断总线特权，从节点无法继续占用总线发送数据。

在全自动智能纺纱机控制系统中，判优总线主要有3种用途：网络诊断、数据传输和报警。

3.1网络诊断。在机器初始上电开始运行时，车头控制中枢系统进行网络总线自检诊断，以确认总线连接和网络通讯是否正常。主节点采用广播方式要求从节点由1到20号依次汇报当前状态，检测20个从节点是否都在线。当主节点没有收到某个从节点的汇报时，主节点会采用“点名”方式在总线上对其单独呼叫，如果此时从节点仍然无应答，则认为此从节点掉线。车头在网络诊断结束后，如果发现总线异常或者有从节点掉线，则会发出相应报警信息，以供操作维护人员对机器进行维修时快速找到问题。

3.2数据传输。机器上电自检结束后，车头通过判优总线对在线的从节点下载纺纱需要的设置参数。所有参数下载完成以后方可开机生产。

在生产过程中，车头间隔固定时间在总线上下发一次生产数据要求帧，要求每个从节点由1号到20号按顺序汇报当前生产数据。

3.3报警。在正常生产过程中，如果纺纱单元出现故障不能继续纺纱，需要将报警信息及时汇报给车头。此时，发生报警的纺纱单元需要通过总线请求信号线向车头发出总线请求，车头主节点收到请求后，判断此时能否接收报警信息，如果可以，车头则通过特权级信号线向发生报警的纺纱单元授予总线使用权，然后纺纱单元才能占用总线汇报报警信息。

20个纺纱单元在硬件上进行了自然优先级处理，即小号码的纺纱单元使用判优总线的优先级要高于大号码的纺纱单元。当有两个纺纱单元同时出现故障需要发送报警时，小号码的纺纱单元优先获得总线使用特权，等到小号码的纺纱单元将报警信息发送完毕，自动让出总线，大号码的纺纱单元才能将报警信息发送给车头。

图2　主节点总线接口原理图

4　应用情况

将集中总线判优控制中的链式查询方式与传统RS485总线结合设计出具有总线仲裁机制的RS485全双工总线，有效的解决了RS485总线中的总线竞争和数据冲突问题，增强了从节点的主动性，极大缩短从节点的故障上报时间，能够使主节点快速定位和处理从节点故障，从而使从节点尽快恢复正常生产，提升了机器效率，增加了系统通信的可靠性和稳定性。

本文中设计的判优总线成本低廉，运行可靠，扩展节点简单方便。在全自动智能纺纱机的系统控制中得到了很好的应用，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

张红岗（1964—），男，陕西宝鸡，高级工程师，学士，主要研究方向：电子信息与自动控制.

赵学敏（1987—），男，陕西宝鸡，硕士，主要研究方向：信号与信息处理理论与技术.

王龙云（1988—），男，云南嵩明，助工，学士，主要研究方向：智能化工业控制.

［1］陕西宝成航空仪表有限责任公司.用于全自动智能纺纱机移动小车的控制方法［P］.中国：CN201510679573.6，2015-10-19.

［2］李德州，颜国华，张学军.No.861型涡流纺纱机的使用体会［J］.棉纺织技术，2010（8）： 519-522.