基于现场总线的电子清纱器网络监控系统的实现

】　　摘要：本文描述了一个基于现场总线的电子清纱器网络监控系统的结构和实现方案。系统采用现场总线技术，利用MOXA CP-114IS构成双向串行多节点多总线协议共存的数字通信系统，实施对现场设备实时数据的采集和监控。文中阐述了系统各组成部分的功能和实现方案。重点介绍了主、从机之间的通信规约以及通信软件模块的编程思路。
　　关键词：现场总线, RS-485, 实时监控, 单片机, 消息, 多任务机制，COM
　　中图分类号：TP273
　　
　　引言
　　在络纱过程中清除纱线中的有害纱疵，是纺纱生产的关键工序之一。以往纺纱过程中的清纱管理只是单机管理，利用电子清纱控制器（一种由两级单片机构成的RS-422全双工总线式监控装置）实时进行120路纱线上的纱疵清除工作；并完成该机台相关参数的设定、统计、故障实时监测和LCD界面控制等工作；同时积累了大量生产数据，形成了“信息孤岛”，不利于全车间范围内的络纱生产和质量管理。为了提高车间的生产效率和管理水平，我们开发实现了一个基于现场总线的电子清纱器网络监控系统。该系统中，电子器清纱器具有了数字通信能力；同时增设工控机作为远程监控计算机，利用MOXA CP-114IS异步多串口卡组成以RS-485为物理层的现场总线，将单个分散的现场设备变成网络节点，实现现场设备与远程监控计算机之间的数据传输和信息交换。系统最大挂接127台电子清纱器，轮巡采集每一台电子清纱器中的相关数据，组建数据库并进行统计分析，及完成相关参数的统一设定；增设网络型温湿度传感器对纱线的生产条件自动监测纪录，避免了人工抄录的繁重工作；同时LED条屏显示器滚动显示生产通知以及岗位产量质量实时数据，增强了岗位间的竞争力。下面对该系统做详细阐述。
　　1 系统拓扑结构：
　　整个系统是一个基于RS-485物理协议，自定现场设备通信协议和标准现场总线协议共存，实现数据传输与信息交换的现场总线系统。包括监控层、通信层、现场设备层三部分。系统结构如图1所示。
　　
　　1.1监控层
　　用工控机作为车间级监控服务器，接收底层现场设备传送的数据并组建数据库，实现对现场设备的监控管理，进行工艺参数的设定和修改。同时可以通过Intranet/Internet技术与企业局域网或远程控制网站相连。
　　1.2通信层
　　约定通信协议与各底层现场设备通信。由MOXA CP-114IS、研华ADMA-4510S(中继器)形成基于RS-485物理协议的现场总线。其中，中继器主要是考虑到现场设备与车间级监控服务器通信距离远时选用。
　　1.3现场设备层
　　由数台电子清纱器、温湿度传感器以及LED条屏显示器构成。其中与电子清纱装置的连接是利用8251 USART（Universal Synchromous/Asynchronous Receiver/Transmitter）芯片，加入RS-485通信驱动电路形成数字通信接口，在保证原有功能不受影响的前提下，通过通信层与监控层交换数据。
　　2 通信层设计
　　2.1通信协议
　　监控层工控机(称主机，以下同)通过PCI通信控制卡（MOXA CP-114IS）的COM端口形成基于RS-485物理协议的现场总线，最大可与127台现场设备电子清纱器（称从机，以下同）进行主从通信。从机核心为Intel 8031单片机，异步串行通信波特率可达19.2Kbps；每一字节传送数据共有11位：1个起始位，8个数据位，1个奇偶校验位，1个停止位。主机与从机通过通信层以数据包形式传送数据，数据包格式如表1所示。