3 現(xiàn)場設備層設計

3.1現(xiàn)場設備層硬件設計

現(xiàn)場設備層每臺現(xiàn)場設備均由16個前級數(shù)據(jù)采集處理器(實時采集120路紗線信號，采用RS-422全雙共總線與后級單片機通信)和1個后級單片機構成監(jiān)控裝置。為了實現(xiàn)與上位監(jiān)控層的數(shù)字通信，加入RS-485通信驅(qū)動電路。硬件原理框圖如圖3所示。

圖3 現(xiàn)場設備層硬件原理框圖

3.2現(xiàn)場設備層軟件設計

作為現(xiàn)場設備的電子清紗器是一個24小時不間斷運行的多任務實時監(jiān)控裝置。由于該裝置要檢測跑紗平均速度為600m/min，共120路紗線的紗線截面變化信號，使其具有很高的實時性要求;同時還要實現(xiàn)相應的動作控制(如對有害紗疵的切除等)以及后級單片機系統(tǒng)的實時處理，顯示、統(tǒng)計等功能，又決定了該裝置的多任務性。這樣在保證原系統(tǒng)的實時性和多任務性的同時，加入現(xiàn)場設備層的通信軟件在編寫時就有了一定的特殊性。我們借鑒Windows編程的原理，在單片機編程中進入消息概念，進行基于消息的多任務機制編程。從機的監(jiān)控軟件主要流程如圖4所示(主要對通信部分說明)。

圖4 從機監(jiān)控軟件主要流程圖(左—主程序 ，右—T0中斷程序通信部分)

其中：主程序主要完成上電自檢、消息巡檢、按照消息隊列組織通信信息體、數(shù)據(jù)發(fā)送、功能鍵散轉(zhuǎn)、驗校設備等工作。為了保證系統(tǒng)的實時性，必須減少中斷服務的時間占用，因此在中斷程序中只做簡短的消息標志處理和必要工作。大量的消息響應工作則利用中斷的間隙進行處理。

T0中斷每0.5毫秒產(chǎn)生一次，該段程序是整個從機任務的管理員，是現(xiàn)場設備程序的核心。T0主要完成總線上數(shù)據(jù)的接收和判斷、采用時間片算法完成對紗線信號采集器的通信控制、車速的采集、產(chǎn)質(zhì)量記錄等任務。值得說明的是，為了保證從機的實時性，沒有采用常規(guī)的中斷通信接收或等待查詢的接收編程方式，而是結合T0中斷時間的周期性和異步串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c，定時做數(shù)據(jù)接收端的掃描，完成數(shù)據(jù)的接收(這部分程序占時不應大于60個機器周期,否則影響主程響應的實時性);當主程監(jiān)測到有完整數(shù)據(jù)包到來標志后，進行數(shù)據(jù)包的流向、地址以及正確性分析并置欲發(fā)送信息的裝配標志;同樣當主程巡檢消息隊列時發(fā)現(xiàn)信息裝備標志后，則分析主機命令、裝備信息、建立發(fā)送標志，并以消息的形式通知主程用查詢方式發(fā)送數(shù)據(jù)包。這樣做不僅可以提高中斷的響應速度，又不影響數(shù)據(jù)的處理和其他任務的執(zhí)行。很好的解決了多中斷實時數(shù)據(jù)響應與數(shù)據(jù)處理耗時之間的矛盾，從而提高了系統(tǒng)的實時性。

由于8251 USART芯片沒有數(shù)據(jù)幀和地址幀的區(qū)分功能，也就是說總線上的所有從機必須監(jiān)聽所有在總線上的數(shù)據(jù)，這樣會由于各從機時時監(jiān)聽數(shù)據(jù)，嚴重影響系統(tǒng)的實時性。為了解決這個矛盾，我們定義了完備的通信協(xié)議，其中加入了地址碼、數(shù)據(jù)流向標志和雙幀長等通信規(guī)約，以幫助主、從機迅速判斷數(shù)據(jù)包的流向，完整性以及是否做處理的標志，當從機接收到非自己的數(shù)據(jù)包或錯包時，根據(jù)各種消息標志快速退出通信處理過程。同時T0中的數(shù)據(jù)掃描避免了簡單利用多中斷機制在監(jiān)聽大量隨機總線數(shù)據(jù)時，頻繁的中斷對整個軟件時間片劃分的破壞，以及由于接收數(shù)據(jù)的隨機性使得查詢接收方式不可行的缺點，從而最大限度的保證了系統(tǒng)實時性。

4 監(jiān)控層軟件設計

監(jiān)控層軟件作為現(xiàn)場總線系統(tǒng)監(jiān)控軟件是在Windows 2000 Sever 、Delphi 6.0 以及 SQL Sever 2000的環(huán)境下開發(fā)而成。主要由通信組態(tài)模塊、權限管理模塊、系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)控模塊、報表管理模塊、現(xiàn)場LED條屏顯示管理模塊、Intranet/Internet接入模塊(預留模塊)六部分組成。由于這類監(jiān)控軟件編制方法趨于成熟規(guī)范，在此僅在建立該現(xiàn)場總線系統(tǒng)軟件參考模型的基礎上，對數(shù)據(jù)組織的核心模塊——通信組態(tài)模塊的一些特殊處理加以說明。

眾所周知，現(xiàn)場總線技術的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了多種現(xiàn)場總線，且各具特色;同時我們也看到不同的現(xiàn)場總線有著不同的應用領域，尚不存在一種能解決所有工業(yè)問題的現(xiàn)場總線;即便是同一類型產(chǎn)品，也存在著用不同的現(xiàn)場總線實現(xiàn)的可能性;同時多種現(xiàn)場總線集成在一個系統(tǒng)中，讓不同的總線充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢可以更好地共同完成控制任務。因此，在工業(yè)系統(tǒng)中必然會出現(xiàn)多種現(xiàn)場總線并存的局面。這就為監(jiān)控層系統(tǒng)軟件對多種現(xiàn)場總線的兼容性、擴充性提出了更高的要求。為了適應這樣的發(fā)展趨勢，我們在系統(tǒng)軟件(監(jiān)控層軟件)設計時構造如下的參考模型，一定程度上解決了多種現(xiàn)場總線并存于一個系統(tǒng)的問題，使系統(tǒng)軟件具有了較好的可擴展性。目前，該系統(tǒng)軟件主要是針對在紡織企業(yè)中廣泛使用的普通絡筒系列電子清紗器(RS-485現(xiàn)場總線，自定協(xié)議)設計;考慮行業(yè)發(fā)展方向，軟件同時對自動絡筒系列的電子清紗器(CAN現(xiàn)場總線)以及其他現(xiàn)場總線協(xié)議設備具有良好的兼容性。