陈静
摘 要：智能料槽控制系统采用了3个检测器和一个主控制器的结构方式，系统通讯采用了分布式的通讯方式，每个检测器有5个检测点，主控器管理着3个检测器的15个检测点，通过主控器可以对15个检测点的参数进行监控和更改。
关键词：PROTOS卷接机；分布式通讯；计量槽；单片机
中图分类号：TS43 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）01-0055-02
PROTOS70卷接机组是我国于上个世纪90年代从德国虹霓公司引进的先进的卷接机组设备，其中VE70是PROTOS70卷接机组的供料成条机，其作用是将前置工序加工的烟丝进行整理、定量并均匀连续的将烟丝条传输给下游的卷烟机部分。这一过程需要控制的环节有：送丝风管的进丝、气闸落料、烟丝储料的料位、计量槽料位、烟丝进入烟枪以及烟丝的循环利用。其中计量槽料位检测采用的是9点矩阵式逻辑控制板和运算控制板组合的检测方式。这种9点矩阵式检测系统的缺陷是：料位控制不够稳定，易造成堆料槽满、陡角电机频繁启停或堆料槽空、或堆料槽内堵塞而导致主机停车等，直接影响到生产效率和产品质量。为此，对VE70计量槽料位控制系统进行了技术改进。将原来的9点控制改为15点控制，更改后的计量槽料位相对均匀、供料平稳，不发生堵塞、空料现象。
1 系统组成
本系统采用典型的分布式控制系统设计技术，系统由3个一次检测器和1个主控制器组成（如图1所示）。每个检测器上分布了5个检测点，主控制器用于对3个检測器进行管理和参数设置；为了保证检测的快速性，分布式系统的检测信息采用独占通道的串行通讯，而对检测器的管理与参数设置使用双向总线通讯方式。
2 硬件配置
每个检测器为5点式红外线反射式检测器，可以精确检测烟丝的位置。单片机将获得的烟丝位置信息采用串行输出方式输出给级联的上位机，即#1检测器输出给#2检测器，#2检测器将自身的检测结果以及#1检测器的检测结果一同输出给#3检测器，#3检测器再将自身的检测结果以及#2检测器传来的检测结果一同输出给主控制器。通过主控制器可以对3块检测器上的每一个点进行管理和参数设置。
主控制器以单片机为核心，有一个4位的8段数码显示器、一个6键键盘、一个双向总线接口和一个串行单工接收口等组成。主控制器从串行单工接收口获得检测器的检测结果，经过处理后以OC门的方式输出为卷接机控制设备，供上位机使用；同时也以段码“E”的方式在数码管上显示5点的状态，15点都没有烟丝时显示为“EEE”，使得操作人员直接了解各个检测位置上的烟丝供应量的情况。
对各个检测器的参数设置从另外一个双向总线接口输出。各个检测器的设定参数保存在主控制器的非易失存储器中。每次上电初始，主控制器读取各个检测器的设置参数，按选定地址推送到4位数字显示器；需要进行修改时，主控制器将人为修改的参数填入通讯帧，从双向总线上发送给各个检测器，各个检测器依据数据中的接收方身份ID辨识自己的数据，并将设置参数存入本身的内存中，然后激活工作点。
主控制器以三极管输出的方式输出15个检测光电管的状态以及1个有效性标志位。输出的极性可以通过软件更改，而软件的极性翻转由主控制器电路板的跳线控制。操作人员可以根据大系统的设备需求变更输出极性。同时主控制器仍然可以以串行通讯的方式向上位机提供检测状态，以适应各种不同的应用场合。
3 分布式通讯技术设计
为了保证分布式系统的分布特性，避免长距离通讯带来的噪声影响通讯的可靠性，本系统的通讯全部采用差分驱动方式的双线串行通讯技术。为了防止长线传输出现的边界反射现象带来噪声干扰，差分驱动线路均使用了去反射耦合技术。
为了保证检测的快速性，检测结果的传输采用了独占式RS485串行通讯，保证下位机向上位机发送数据时没有其他设备占用通道，这是分布式控制系统快速性的核心技术。
为了实现主控制器对各个检测器的管理与控制，传输管理信息和设置参数采用了双向总线的RS485通讯技术。主控制器与各个检测器的通讯采用主从的应答方式，各个检测器必须等待主控制器的“点名”，点到自己的时候才发送自己的信息，保证总线无冲突。
为了提高通讯的可靠性，对整帧使用了CRC校验，抛弃出现错误的帧，保证数据与系统运行的可靠性。
本系统设计了2套通讯协议，一套用于检测器上报检测结果，另一套用于主控制器与多个检测器之间的信息交互与管理。
主控制器与各个检测器之间的一对多通讯相对比较复杂。由于有4个对象要共同使用一套总线，而避免总线冲突的技术较为复杂，多数串行总线都采用了主从制通讯方式，即有一个通讯单元作为主导方，其余通讯对象作为从属，听从主导方的通讯调度。本系统中，主控制作为主导方，各个检测器作为从属方。
主控制器利用这个总线向各个检测器写入特定的工作参数设置值，获取各个检测器的工作状态，因此对通讯可靠性有很高的要求。为了满足可靠性的要求，通讯协议设计成字符方式。
通讯帧采用字符传输方式，因此采用了特殊符号@作为帧头标志；接收方地址采用两个（A_H、A_L）ASCII字符表示一个字节的十六进制数值（0～9，A～F）；操作指令采样单字节命令，单个字母表示不同含义的命令（R读，W写，S自学习，F恢复出厂值，读L逻辑状态，D应答数据，M写FLASH）；各个检测器的工作参数存放在给定地址的内存中，连续存放，对这些数据的读写需要给定地址或首地址，该地址的表示方式与通讯接收方地址的表示方式相同，即CH_H 、CH_L；对检测器的参数写入、读取都是整组实现，每组的长度由数据长度决定，即LEN_H、LEN_L；然后就是写入的数据（读取指令中没有具体数据）D0～Dn，每个字节数据也都是采用2个ASCII字符表示；数据之后是校验码；最后是一个回车符，表示一个帧的结束。
操作指令除了对内存中工作参数的读写之外，还包含的特定的动作，如启动自学习进程、恢复出厂值、用FLASH保存数据等。
各个检测器接收到指令后首先检查帧的完整性和正确性，然后判断是否给自己的命令，如果是就执行，如果不是则抛弃。
这种帧设计技术极大的提高了通讯的可靠性，同时也实现了主从方式的一对多通讯，是单片机中普遍使用的方法之一。
4 系统运行结果
改造后的计量槽料位检测装置比以往的单纯硬件电路板相比，安装方便，工作稳定可靠；同时操作人员可以对各个监测点的工作状况可以通过数码显示器直观了解。由于计量槽料位检测装置采用分布式检测技术，可以对检测点进行裁剪和扩充，满足不同场合的适用需求。本系统还可以对工作参数可以修改设定适应不同的工作介质，输出方式既有晶体管阵列输出，也保留了一个串行通讯输出口，可用于具有通讯接口的上位系统使用，适应不同的控制系统。
参考文献
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