基于通讯协议的提花控制研究.pdf

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1、第2 7 卷第5 期 2 0 0 6 年5 月 纺织学报 J o u m a lo f1 b x t i l eR e a r c h V 0 1 2 7N o 5 M a v2 0 0 6 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 6 ) 0 5 0 0 2 9 0 5 基于通讯协议的提花控制研究 沈炜1 ，胡钦彤2 ，李慧3 ( 1 浙江理工大学信息电子学院，浙江杭州3 1 0 0 1 8 ；2 杭州奇汇电子提花机有限公司，浙江杭州3 1 0 0 2 l ； 3 浙江传媒学院传播科技系，浙江杭州3 1 0 0 1 8 ) 摘要织机与提花机控制系统之间基于通讯协议进行的连接与

2、传统连接方式相比，在可靠性、扩展性和标准化 等方面有更大的优势，但也更为复杂。深入分析了提花机控制系统与织机之间基于通讯协议数据交互的各方面内 容，包括硬件接口、协议的基本信息及通讯中所使用的各种会话等。并以P i c a n o l 和v 蛐a t e x 织机为例，介绍了提花 机控制系统在织造过程中与织机进行通讯的方法，给出采用通讯协议控制器来实现基于通讯协议的提花控制的解 决方案。 关键词会话；通讯协议；电子提花机；控制系统 中图分类号：T s l 0 3 1 3 3 2 ；m 0 5文献标识码：A R e s e a r c ho nj a c q u a r dc o n t r o

3、 lb 嬲e do nc o 舢l l I l i 明t i o np r o t o c o l s s H E Nw e i l ，H uQ i n t o n 9 2 ，uH u i 3 ( 1 坳m n 如n 肼唧r o n 妇c 0 Z 幻e ，z 她昭S c i z 如，觇H 蚵，月缸，l g 洳“，z 蛔，l g3 1 0 0 1 8 ，仍打m ； 2 协，动o uQ i ，l 越眈以嘞如c q 肼dc o ，删，月口，瞥幻，z k 洳增 3 1 0 0 2 1 ，蕊i 眦；3 c o m ，n H ，暑池幻w 死曲，l o 妇) ，却口n M m ，z k 洳n g 洳瑙渺旷胁

4、矗缸dc o m m 妇如m ，骨a ，蟹幻“，z 心洳愕3 1 0 0 1 8 ，饥i 眦) A b s t r a c tT h ec o n n e c t i o nb e t w e e nj a c q u a r da n dl o o mb a s e do nc o m m u n i c a t i o np m t o c o l sh a sa d v a n t a g e so v e r t h et m d i t i o n a lo n ei nm a n ya s p e c t s ， i n c l u d i n gr e l i a b i l i

5、 t y ，e x p a n s i b i l i t ya n ds t a n d a 耐i z a t i o n ， e t c ， b u ti ti s m o r ec o m p l e xt h a nt h el a t t e r r 1 1 1 i sp 印e ri sd e v o t e dt oa na 1 1 - r o u n dd i s c u s s i o no nt h ed a t ai n t e r a c t i o nb e t w e e n j a c q u a r dc o n t m ls y s t e ma n dl o

6、o mo n 也eb a s i so ft h ec o l I 眦n i c a t i o np r o 妣o l s ，i n v o l V i n gh a r d w a r ei n t e 商托e ， b a s i ci n f o n n a t i o n ，s e s s i o n si nc o m m u n i c a t i o n sa n ds oo n T a k i n gP i c a n 0 1a n dV a m a t e xl o o m sf o re x a m p l e s ，i t e x p l a i n sh o wt h

7、ej a c q u a r dc o n t m ls y s t e mt oc o m m u n i c a t e 谢t ht h e1 0 0 md u r i n gw e a v i n g F i n a l l y ，t h es o l u t i o n f o r 印p l y i n gap m t o c o lc o n t m l l e rt ot h ej a c q u a 耐c o n t m lo nt h eb a s i so ft h ec o m m u n i c a t i o np m t o c 0 1 si sp u t f b r

8、 w a r d K e yw o r d s s e s s i o n s ；c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l s ；e l e c t m n i cj a c q u a r d ；c o n t r o ls y s t e m 纺织设备之间信息的传递有多种方式，主要有 机械传动、电信号控制和通讯协议3 种形式。机械 传动方式由于速度慢、可靠性差，目前采用的不多。 电信号控制方式则是被广泛采用的一种，这种方式 的优点是实现简单，具有较好的可靠性；缺点是不能 传递比较复杂的信息。原因有两方面，一是控制信 号增加到一定数量后，不可能再采用增

9、加传输线路 的方式，因为这将导致连接器件复杂性和成本难以 控制；二是各个厂家的纺织设备连接器件是不同的， 而且所使用的信号也不相同，这使得纺织设备之间 的接口比较混乱，难以实现复杂的信息传递。为了 解决上述两方面的问题，在纺织机械间采用了基于 通讯协议的数据传输技术。这也是目前高档无梭织 机采用较多的控制信息传递方式。 采用通讯协议的方式进行控制信息的传输，相 比于传统的数据传输方式，具有以下突出的优点：1 ) 通讯可靠性高。由于硬件线路采用数字差分传输方 式，再加上数据校验机制，从而使数据传输有很强的 收稿日期：2 0 0 5 一0 8 2 1修回日期：2 0 0 5 1 1 0 4 基金项

10、目：浙江省创新基金资助项目( 2 0 0 3 D 4 0 0 1 5 ) 作者简介：沈炜( 1 9 7 3 一) ，男，博士。主要研究方向为工业控制与自动化技术。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【3 0 】 纺织学报第2 7 卷 抗干扰能力。2 ) 通讯数据量大。由于采用通讯协议 的连接方式，设备间的数据交互没有数量上的限制， 可以一次传递相当大的数据量，完成极为复杂的应 用。3 ) 扩展性强。任何新的应用，都可以通过增加 新的通讯过程来实现。4

11、 ) 标准化接口。纺织机械的 接口普遍采用标准化数字接口，因而遵循此类标准 的设备完全不必担心因制造商不同所引起的接口差 异，有着很好的通用性。同时，各种设备都遵循相同 的通讯协议，因此，不同的设备都能够很好地进行协 同工作。 提花机与织机的互连也是这样的情况，在这一 领域，机械控制方式已经不是主流，电信号方式虽然 应用得比较广泛，但不能适用于复杂的项目，而且各 个厂家的信号并不通用，必须采用特殊的方式加以 解决。一些高档织机都采用通讯协议的方式与提 花机控制系统进行数据交互。本文研究了基于通讯 协议的提花机控制系统与织机间的数据交互，并以 P i c a n o l 、v a m a t e

12、 x 织机心纠为例，说明提花机控制系统 如何在织造过程中与织机进行通讯，最后，给出在原 有提花机控制系统上增加实现通讯协议的独立器件 的方案。 1协议 1 1 基本信息 协议的目的是为了确定2 台纺织设备之间的数 据交换接口，包括软硬件2 个方面。 在硬件方面规定：每台单独的设备至少有一个 独立的数据交互接口，从而可与另一台设备进行互 连。协议所使用的接口硬件必须与I E E E 的R s 4 8 5 或者R S 4 2 2 H o 一致。从目前使用的纺织设备来看， 普遍采用的是R s 4 2 2 接口。R s 4 2 2 是使用4 根数 据线( 2 根用于接收，2 根用于发送) 的平衡差分传

13、输 机制，具有良好的抗干扰能力，理论上最大的传输距 离约12 1 9m ，最大传输速率为1 0M b s 。但是，实际上 达到最大传输距离时，传输速率大约只有1 0 0k b s ， 不过，这个速度足以满足织造要求。 硬件接口发送字符的格式：1 个开始位，8 个数 据位，1 个校验位( 采用偶校验) ，1 个停止位。发送 的速度一般是1 92 0 0b s ，或者更高。目前使用通讯 协议的织机均采用1 92 0 0b s ，正常织造时，在一个 投梭周期内，提花机控制系统和织机之间交互的数 据量大约为2 0 个字节，从理论上说，这个速率可以 满足72 0 0 梭，I I l i n 的织造速度，

14、因而是足够的。 在本文中，把为了2 台设备达到一个特定的控 制目的而进行的有序的一系列数据交换称为一个会 话。这个定义确定了会话必须是点对点的，因此，在 设备间，即使硬件允许，也不会出现数据广播的情 况。会话允许从连接的2 台设备的任意一端发起， 开始会话的一端称为发起方，另一端称为接收方。 会话采用的数据格式遵循标准D I N6 6 2 6 7 【5 1 ，会话的 控制遵循标准D I N6 6 2 5 8 ( 6 ，会话中数据的校验遵循 标准D I N6 6 2 1 9 7 | 。 在会话中，一次连续被发送的字符组成一个包。 包分为两类，一类专门用于通讯控制，另一类用于传 输与织造相关的控制

15、信息。织造控制信息称为所在 的这个包的有效载荷，在这个包中其它被传输的字 符也都是用于通讯控制的。一个有效载荷的典型结 构分为标识、数据长度和数据，标识用于区分有效载 荷的类型，数据长度使接收方能够确定有效载荷是 否接收完毕，数据则表示控制信息。 根据有效载荷的不同，可以区分和命名不同的 会话。最主要的几个会话是初始化会话、织机操作 会话和投梭控制会话。 1 2 初始化会话 提花机和织机中，任何一台设备进行复位以后， 必须先进行初始化会话，典型的情况是通电重启。 一般情况下，初始化会话的发起方是提花机控制系 统，但不同的织机对初始化会话的处理方式不同， v a m a t e x 织机要求初始

16、化必须由提花机控制系统发 起，而P i c a n 0 1 织机允许由织机要求提花机控制系统 开始一个新的初始化会话。因此，v a m a t e x 织机一般 将电源和提花机控制系统的电源连接在一起，这样 织机和提花机控制系统可以同时复位；而P i c a n o i 织 机的电源则可以与提花机控制系统的电源分开，允 许双方各自复位。 初始化交换的信息有提花机信息、织机配置信 息和花型信息。 提花机信息由提花机控制系统发送给织机，内 容包括提花机类型、提花机控制系统软件版本、提花 机反向转动禁止停机的起始及终止角度、提花机正 向转动禁止停机的起始及终止角度和提花机当前角 度等。需要注意的是并

17、不是每一种织机所使用的信 息内容都是相同的，这需要参考织机的技术参数。 禁止停机的起始和终止角度的意思是如果提花机在 这个范围内停机，将会破坏前后开口的完整性，从而 导致织造异常。禁止停机的角度范围有2 个，一个 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第5 期沈炜等：基于通讯协议的提花控制研究【3 1 】 是正向的，另一个是反向的，这2 个数据必须传送给 织机，使织机不会在相应的角度范围内停机。 v a m a t e x 和P i c a I l o

18、l 织机都使用了8 位的编码器来描 述织机当前的角度，描述角度的数值取值范围是 0 2 5 5 ，因此必须进行相应的转换。 织机配置信息由织机发送给提花机控制系统， 内容包括织机类型、织机配置、织机正向运行所需要 的投梭控制数据缓冲区内存单元数( 假定该数为 ) 、织机反向运行所需要的投梭控制数据缓冲区内 存单元数( 也是) 和织机当前的角度等。 花型信息由提花机控制系统发送给织机，内容 包括织造的花型名称、当前纬的序号、提花机当前位 置、花型所使用的不同纬纱数、花型的总纬纱数和 ( 2 + 1 ) 纬的投梭控制数据( 包括纬线序号、纬密等 信息) 等。 v a 呦t e x 织机和P i c

19、 a n o l 织机的初始化会话如 图l ，2 所示，图2 中的虚线表示为可选步骤。 提花机控制系统织机 提花机信息 + 一织机配置信息 花型信息 图1v 舢t e x 织机的初始化会话 提花机控制系统织机 一初始化请求- 提花机信息 一织机配置信息花型信息 图2P i n d 织机的初始化会话 1 3 织机操作会话 每一次织机改变当前的运行状态前，都会由织 机发起织机操作会话。目的是让织机和提花机交换 当前的状态数据，从而使双方能够正确地执行下一 次操作。交换的数据内容包括织机操作请求和提花 机状态信息。 织机操作请求由织机发送给提花机控制系统， 内容包括操作类型、运行方向和补充数据j 操

20、作有 慢车启动、快车启动、停车等步骤；运行方向则用来 说明是正向还是反向，补充数据用来补充说明操作 的相关信息，比如说停车操作，补充数据就用来说明 是纬停还是经停，还是人为停车等。 提花机状态信息由提花机控制系统发送给织 机，内容包括提花机状态、当前纬序号及提花机当前 角度。提花机状态用来表示提花机当前是否出现故 障，如果存在故障，则织机操作请求不被允许，提花 机当前角度用来与织机进行同步。 包括v a m a t e x 和P i c a n 0 1 织机在内的操作会话都 比较一致，过程如图3 所示。 提花机控制系统 一织机操作请求 织机 提花机状态信息一 图3 织机操作会话 1 4 投梭控

21、制会话 投梭控制会话与其它会话不同，投梭控制会话 的发生是确定的，无论织机当前的运转方向如何，在 织机转动到综平位置时必定发生，由提花机控制系 统作为发起方。投梭控制会话只有一个有效载荷， 内容包括投梭控制缓冲区序号、纬纱序号和织机控 制等。 纬纱序号表示当前要投第几号纬纱，取值范围 是1 1 6 。 织机控制包括纬密、毛高( 用于织造毛圈织物) 等信息。 使用通讯协议的织机，在投梭控制上，使用了缓 冲区机制。缓冲区是存放若干纬投梭控制数据的内 存空间，一般存放( 2 + 1 ) 纬数据，包括反向投梭数 据纬、当前纬，正向投梭数据纬。V a m a t e x 织机 值为5 ，P i c a

22、n o l 织机值为1 0 ，图4 为v a m a t e x 织 机投梭控制缓冲区示意图。 反向投梭指针当前纬正向投梭指针 图4 哪a t e x 织机投梭控制缓冲区示意圈 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【3 2 】 纺织学报第2 7 卷 缓冲区的中间内存单元存放的是当前纬的投梭 控制数据。理论上讲，整个缓冲区都是可写的，但研 究结果发现，只有缓冲区两端的内存单元是可写的， 原因是一旦缓冲区欠载，将导致错误的投梭控制。 这2 个内存单元分别由

23、反向投梭指针和正向投梭指 针所指向。 缓冲区的数据是动态变化的，以V a m a t e x 织机 为例来分析。在初始化会话时，织机要求提花机控 制系统传递1 1 纬的投梭控制数据给织机，假设当前 纬序号为搿，则发送给织机投梭数据的纬序号为算 一5 至戈一1 ，菇，髫+ 1 至戈+ 5 ，如图4 所示。当织机 在图4 的状态后正向转过综平位置，缓冲区会向右 移动一个单元，这样，正向投梭指针指向的内存单元 省+ 6 便为空，此时需要进行一次投梭控制会话，由 提花机控制系统将投梭数据发送给织机，存放在内 存单元戈+ 6 中，完毕后的缓冲区如图5 所示。当织 机在图4 的状态后反向转过综平位置，缓冲

24、区会向 左移动一个单元，这样，反向投梭指针指向的内存单 元菇一6 便为空，此时需要进行一次投梭控制会话， 由提花机控制系统将投梭数据发送给织机，存放在 内存单元z 一6 中，完毕后的缓冲区如图6 所示。 但实际生产时，控制更为复杂，因为提花机控制 反向投梭指针当前纬正向投梭指针 图5 缓冲区正向移动 反向投梭指针当前纬正向投梭指针 图6 缓冲区反向移动 系统向提花机发送的数据和提花机当前织造的数据 并不相同，还必须考虑这中间的差异，才能正确发送 投梭控制数据，实现提花机与织机之间的同步控制。 1 5 其它会话 除了上述这些与织造关系比较密切的会话以 外，还有其它一些会话，这些会话的主要目的是保

25、存 当前的织机配置信息，进行生产管理。例如P i c a n o l 织机通过织机设置下载会话，将织机当前的所有配 置信息保存下来，也可以通过织机设置上传会话，将 保存的配置信息上传到织机；这2 个会话也可以同 时用于管理，通过设置下载会话来了解P i c a n o l 织机 当前的班次、织造速度等信息。 1 6 错误处理 由于硬件接口和协议的设计，使织机与提花机 之间的通讯相当稳定，因此协议对错误信息处理相 当简单，方式是当接收方校验收到的数据，如果发现 错误，接收方会直接发送一个错误信息给发送方，要 求重新启动发送过程。在实际应用中，如果织机正 处于停车或慢车状态，重新启动发送过程是可行

26、的； 但如果织机正处于快车状态，通讯错误将直接导致 停车。不过从目前织造的情况看，快车状态下由于 干扰而导致通讯错误的情况从未出现。但在研究过 程中，却出现了多次由于织机器件原因导致通讯错 误的状况。从体系上看，协议的错误处理机制显得 比较薄弱，这个缺陷随着织机速度进一步提高，会变 得更加严峻。 2 解决方案 实现基于通讯协议的提花控制方案有2 种，一 种是直接在提花机控制系统内增加对通讯协议的支 持；另一种是在提花机控制系统与织机通讯端口之 间，增加一个通讯协议控制器，由控制器来完成对协 议的支持。对比而言，第2 种方案对原有的提花机 控制系统修改较小，因为不需要提花机控制系统来 处理琐碎的

27、协议控制细节，也简化了系统的设计。 另外，由于控制器是独立的，因此，可以按需要进行 添加或卸载，而不会影响提花机控制系统的功能。 目前第2 种方案已经实现。其通讯协议控制器 采用了以A R M 7 T D M I s 为核心的P H I u P SL P c 2 1 1 x 系列嵌入式c P u ，整个控制器实现的控制流程的有 限状态自动机如图7 所示。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第5 期沈炜等：基于通讯协议的提花控制研究【3 3 】 控制器

28、 图7 通讯协议控制器有限状态自动机 3结论 内实现了国产提花机与使用通讯协议织机的配套。 从研究中也发现，高档织机普遍使用了编码器等用 于精确控制的数字设备，这也是该领域技术发展的 方向，从而对国产提花机的研制也提出了更高的要 求。今后应采用类似技术进一步提升我国提花机控 制系统的研发水平，以满足更高的织造要求。渊 参考文献： 1 2 3 4 5 6 基于通讯协议的提花控制系统相比于传统的连 接方式有更大的优势，但也更为复杂。本文深入分 析了基于通讯协议的提花控制的各个方面，并以会， 话的形式研究了提花控制的各个过程，最后给出了 。1 使用通讯协议控制器实现织造的方案。 目前，通讯协议控制器

29、已经应用于实践，并在国 ( 上接第2 8 页) 参考文献： 1 焦李成神经网络的应用与实现 M 西安：西安电 子科技大学出版社，1 9 9 3 1 9 7 2 张贤达，保铮非平稳信号分析与处理 M 北京：国 防工业出版社，1 9 9 8 1 0 9 1 5 2 3 边肇祺，张学工模式识别 M 北京：清华大学出版 社。2 0 0 0 1 6 l 一1 7 2 ，2 8 5 2 8 7 4 V l a d i m i rNV a p n i k T h eN a t u r eo fS t a t i s t i c a lL e 锄i n g T h e o r y l M N e wY o r

30、 k ：S p r i n g e r - V e d a g ，1 9 9 5 9 0 1 5 6 5 高晓丁，汪成龙，左贺，等基于直方图统计的织物疵 6 7 8 9 沈炜，王弋，王伯奇通用电子提花机控制系统设计 方案 J 纺织学报，2 0 0 4 ，2 5 ( 5 ) ：1 1 3 一1 1 4 P i c a n 0 1 S p e c m c a t i o nf o rs e r i 8 lc o m m u n i c a t i o n s z 1 9 9 8 P e z z i c aG S e r i a ll i r d cb e t 佗e nS I M O D8 J 1

31、dj a c q u a r d m a c h i n e z 1 9 9 4 B BE l e c t m l l i c 8 R S 4 2 2a r I dR s 4 8 5a p p l i c a t i o nn o t e z 1 9 9 7 D I N6 6 2 6 7 ，I n d u “a la u t o m a t i o n ；d a t 8 i n t e r c h 卸g e w i t I l N C 哪a c l l i n e s ； i n t e r f a c ea n db a s i cl i n kc o n t r o lp r o c e

32、d u r e s D I N6 6 2 5 8 ，I n t e 南c e 锄d b 鹊i cd 8 t al i n kc o n 呐lp m c e d u r e s f o rd a t ac o m m u r I i c a t i o n ；b a l a n c e di n t e d I a c ef o rs t 8 n s t o p 咖s m i s s i o nu s i r 嗜b a s i cd a t ah n kc o n t r 0 Ip m c e d u r e so n p o i m t o p o i n tc o n n e c t i o

33、 n s D I N6 6 2 1 9 D e u t s c h ei n d u s t r i en o 珊f u e re i nv e 面h r e n 孤r b l o c k p m e f I l n g b e i d a t e i u e b e r t m g u n g i m u e b e 瑚i t n u n g - s a b s c h n i t t s 点识别算法 J 纺织学报，2 0 0 5 ，2 6 ( 2 ) ：1 2 l 一1 2 3 A n d r e wRW e b b S t a t i s t i c a lP a t t e mR e

34、c o g n i t i o nlM J S e c o n dE d i t i o n C a m b r i d g e ：J o h nW i l e y S o n s ，I n c ， 2 0 0 2 1 3 5 2 0 1 潘锋，王宣银基于支持向量机的复杂背景下的人体 检测 J 中国图像图形学报，2 0 0 5 ，1 0 ( 2 ) ：1 8 1 1 8 5 P l a t tJ F h s t7 1 1 r a i n i n go fS V MU s i n gS e q u e n t i a lM i n i m a l 0 p t i m i z a t i o nA d v a n c e s i nK e m e lM e t h o d sS u p p m tV e c t o r M a c h i n e M U S A ：M I TP r e s s ，1 9 9 9 1 8 5 2 0 8 易继锴，侯嫒彬智能控制技术 M 北京：北京工业 大学出版社，1 9 9 9 9 5 1 3 6 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark