電子清紗器智能化中的抗干擾設(shè)計
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引 言
傳統(tǒng)的電子清紗器，不管是光電型的還是電容型的，在紗線信號被采集過來后，后端的清紗處理控制部分的電路都是通過模擬信號來完成的。因此存在以下缺點：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；無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計等高級功能。為此，對現(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。
為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)采用RS-485總線技術(shù)，實現(xiàn)了主從式通信。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
系統(tǒng)采用主從式多機通信系統(tǒng)，主機負(fù)責(zé)參數(shù)的設(shè)定、數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和系統(tǒng)的運行監(jiān)控。8個下位機每個負(fù)責(zé)15個紗錠數(shù)據(jù)的采集，并接收上位機設(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 主機系統(tǒng)
主機系統(tǒng)采用LCM240×320大屏幕液晶顯示，能提供足夠的顯示信息：實時時間、設(shè)定參數(shù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。通過鍵盤可以設(shè)定生產(chǎn)參數(shù)，并可查詢生產(chǎn)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)配有實時時鐘，以顯示當(dāng)前時間，并為生產(chǎn)時間提供依據(jù)。為便于工人上下班交接時核對產(chǎn)量，主機系統(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)存儲器。由于系統(tǒng)采用RS一485主從通信方式，因此，主機系統(tǒng)用MAXl480E實現(xiàn)了RS一485協(xié)議的串口通信。主機系統(tǒng)框圖如圖2所示。
3 從機系統(tǒng)
從機系統(tǒng)主要采集生產(chǎn)中的車速、走紗信號。車速信息用于實現(xiàn)產(chǎn)量的統(tǒng)計。系統(tǒng)根據(jù)走紗信息來判斷正常生產(chǎn)中是否存在不符合設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)的疵點紗線，并通過輸出切刀信號完成對疵點紗線的切除，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。從機系統(tǒng)同樣采用MAXl480E實現(xiàn)了RS一485協(xié)議的串口通信。從機系統(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。為了增強系統(tǒng)的可靠性，通過軟硬件的方法對現(xiàn)場的干擾進(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嚴(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)境下運行提供了可靠保證；從機通信驅(qū)動芯片選用有完全絕緣接口的MAXl480E，這對于傳輸總線上的高壓尖峰信號和可能受到的靜電沖擊(紡織車間這種干擾很嚴(yán)重)具有很好的抑制作用；為防止干擾引起從機死循環(huán)，采用看門狗復(fù)位電路，使從機程序恢復(fù)正常運行；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)中輸入信號和現(xiàn)場電磁的干擾。
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)的萬無一失，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
在實際使用中，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、花屏甚至死機的現(xiàn)象，而此時單片機卻沒有死，從而影響系統(tǒng)的正常運行。我們主要通過以下幾個方面的設(shè)計來防止這種現(xiàn)象的發(fā)生：
首先，對于花點現(xiàn)象，通過觀察發(fā)現(xiàn)，干擾點通常都在最后一次寫液晶數(shù)據(jù)的位置后面，其原因是寫完液晶數(shù)據(jù)后，光標(biāo)寄存器自動加1指向下一個位置，此時若受到干擾，就會在這個位置上出現(xiàn)花點。根據(jù)這個原因，設(shè)計液晶程序時每寫完一個正常顯示數(shù)據(jù)，就將液晶光標(biāo)指向屏幕看不到的數(shù)據(jù)區(qū)，這時即使有干擾數(shù)據(jù)，干擾點也不會出現(xiàn)在顯示界面上，這樣就大大減少了在顯示屏幕上產(chǎn)生干擾花點的幾率。
其次，對于花屏現(xiàn)象，觀察發(fā)現(xiàn)此時液晶并沒有死機，但是它的顯示參數(shù)由于寫控制字時受干擾被修改了。因此，在程序設(shè)計中每次刷新屏幕數(shù)據(jù)時，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)也會在較短的時間內(nèi)重新糾正，從而保證系統(tǒng)的正常運行。
最后，對于液晶死機現(xiàn)象，系統(tǒng)就必須對它進(jìn)行復(fù)位，設(shè)計中將液晶的復(fù)位引腳連到單片機的I／O口上。通過I／O口的操作對它復(fù)位，但問題的關(guān)鍵是如何知道液晶死機了。對于這個問題，我們在程序設(shè)計中安排對液晶的周期性監(jiān)測，具體就是對液晶寫個特殊數(shù)據(jù)然后讀這個數(shù)據(jù)。如果正確，表明系統(tǒng)運行正常；否則，便認(rèn)為液晶死機了。為保證不至于受干擾而誤復(fù)位，程序設(shè)計中只有監(jiān)測到連續(xù)10次讀寫錯誤時才認(rèn)為液晶確實死機了。
具體實現(xiàn)程序如下：
(2)可編程芯片的抗干擾設(shè)計
系統(tǒng)中如果設(shè)計有可編程芯片，則這類芯片也容易受到干擾而被復(fù)位，但通常這類芯片復(fù)位后都需要初始化才能正常工作。因此，一旦這類芯片受到干擾復(fù)位后，就無法進(jìn)行正常的工作了，而單片機卻不會因此死機，所以同樣會影響系統(tǒng)的正常運行。
在實際運用中，可編程芯片的復(fù)位不直接與系統(tǒng)復(fù)位連接，而由單片機的I／0口操作。系統(tǒng)正常運行時周期性地監(jiān)測芯片的固定輸出口，如果發(fā)現(xiàn)輸出口不是實際要求的信號，就對芯片復(fù)位并初始化。例如，8255正常工作時讓PB口的一個口線輸出低電平，一旦芯片受干擾復(fù)位，該口線就會為高。根據(jù)這一變化就可以判斷8255是否工作正常。
具體實現(xiàn)程序如下：
(3)通信抗干擾設(shè)計
現(xiàn)場的干擾將會直接影響從機的運行狀況，為了使這種干擾的影響減少，針對從機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、從機地址、雙幀長和校驗字等信息，為主從機準(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
為了保護(hù)從機系統(tǒng)中的有效數(shù)據(jù)，在單片機系統(tǒng)中對片外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，同時用P2．7做片外RAM的片選信號，而外部擴(kuò)展芯片則采用8位地址。這樣，在程序中對外部擴(kuò)展芯片操作時，就可以利用對P2．7的控制，有效地保護(hù)RAM中的重要數(shù)據(jù)。
結(jié) 語
工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，對生產(chǎn)過程的自動控制、信息整合提出了更高的要求?；诂F(xiàn)場總線的電子清紗器監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計結(jié)構(gòu)上，以RS一485物理協(xié)議為基礎(chǔ)，針對特殊現(xiàn)場設(shè)備自定通信協(xié)議，構(gòu)建了一個基于現(xiàn)場總線技術(shù)的數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，將各類分散的現(xiàn)場設(shè)備有機結(jié)合，實現(xiàn)了資源共享；同時提出的該現(xiàn)場總線系統(tǒng)軟件編寫的參考模型，使該系統(tǒng)實現(xiàn)了多類協(xié)議共存，構(gòu)建了一個開放的、標(biāo)準(zhǔn)總線與非標(biāo)準(zhǔn)多現(xiàn)場總線共存的系統(tǒng)，從此整個車間范圍內(nèi)的信息溝通了起來，為車間更好地進(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)場總線技術(shù)，使現(xiàn)場設(shè)備具有數(shù)字通信功能，所有現(xiàn)場設(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，且具有良好的開放性。
經(jīng)過反復(fù)實驗調(diào)試，目前該系統(tǒng)已投入現(xiàn)場實際使用，系統(tǒng)運行穩(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，也適用于各類大面積單機生產(chǎn)的信息化管理。因此，基于現(xiàn)場總線的電子清紗器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計思路及軟硬件抗干擾措施對于其他各類單機現(xiàn)場設(shè)備的設(shè)計都有廣泛的適用性，同時對于多現(xiàn)場總線共存的系統(tǒng)監(jiān)控軟件的編寫也具有一定的參考價值。
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