剑杆织机无线监控体系建构

剑杆织机经过近５０年的发展，目前其最高车速可达７００ｒ／ｍｉｎ，引纬率可达１６１２ｍ／ｍｉｎ，最大织造幅宽为４６００ｍｍ，最多可织１６色纬纱［１］。但是目前使用的有线监控系统由于存在监控点位置死板和线路布局复杂等诸多不利因素，影响了剑杆织机的实际生产过程，不利于发挥剑杆织机高速、智能、高质量和高效率的优良性能。与有线监控系统相比，无线通讯技术在剑杆织机监控系统的应用，使得剑杆织机的主监控器与各控制单元分离，这样可以优化剑杆织机内部线路布局，减少了复杂的现场总线数量和故障发生机率，也提高了剑杆织机的生产效率。一旦剑杆织机无线监控系统得到实际应用，会使得剑杆织机的主监控器不受空间位置的限制，监控点移动灵活，并且无线监控系统安装简单方便。这样不仅有利于优化织机的整体外部结构设计和便于主监控器的集中监控，而且不需要费用高、耗时长的布线施工并解决了有线监控调试困难的问题。对于利用剑杆织机从事纺织品生产的企业来说，无线监控系统的应用能够节省大量的费用，降低企业的生产、管理和维修成本，可从总体上提高企业的利润空间和市场竞争力。

１无线监控系统方案

１．１剑杆织机无线监控原理

ＧＰＲＳＤＴＵ是能实现串口数据与ＩＰ数据相互转换并通过ＧＰＲＳ进行实时数据双向传输的无线终端设备，其ＤＴＵ硬件主要由中央处理器、无线通讯模块和电源模块三部分组成。ＧＰＲＳＤＴＵ系统包含ＴＣＰ／ＩＰ协议栈及ＴＣＰ／ＩＰ数据通信的功能。将ＯＰＣ技术引入到ＧＰＲＳＤＴＵ系统中，ＯＰＣ服务器与无线监控终端采用ＴＣＰ／ＩＰ协议进行实时双向通讯，无线ＯＰＣ服务器具备固定的公网ＩＰ地址或固定的域名，ＯＰＣ客户端和无线ＯＰＣ服务器之间采用ＣＯＭ／ＤＣＯＭ进行通信［２］。剑杆织机无线监控的过程实质上是ＧＰＲＳＤＴＵ与无线ＯＰＣ服务器的通讯连接过程。将一张开通ＧＰＲＳ功能的ＳＩＭ卡插入到ＤＴＵ中，ＤＴＵ上电后会注册到ＧＰＲＳ网络上，由于无线ＯＰＣ服务器的公共ＩＰ地址或固定的域名作为参数存储在ＧＰＲＳＤＴＵ内，ＤＴＵ可以通过ＧＰＲＳ网络主动发起与无线ＯＰＣ服务器的通讯连接，并保持通讯连接一直存在；如果出现通信连接中断，ＧＰＲＳＤＴＵ将立即重新与无线ＯＰＣ服务器握手［３］。一旦双向通讯连接成功，ＧＰＲＳＤＴＵ将接收到的剑杆织机各控制信号的串口数据立即封装在一个ＴＣＰ包里，发送给无线ＯＰＣ服务器；反之，当ＧＰＲＳＤＴＵ收到来自无线ＯＰＣ服务器发来的ＴＣＰ包时，会从中取出数据内容，立即通过串口发送给剑杆织机各执行机构。剑杆织机无线监控的工作原理如图１所示。

１．２无线监控系统设计

１．２．１无线监控终端设计

设计一套剑杆织机的无线监控终端应满足两方面要求。一方面无线监控终端要能够准确实时地监测到剑杆织机的织机编号和动态数据，再通过无线通讯模块连接到无线监控网络，传输到主监控器上；另一方面在调看各织机的动态参数后，对各台织机下达的控制指令传输到无线监控终端后，无线监控终端能准确地传输给各控制单元，及时驱动剑杆织机各执行机构的运动。如此反复就可通过无线监控系统来完成剑杆织机的整个生产过程。

１．２．２无线监控系统结构图设计

剑杆织机无线监控终端采用模块化设计方式，可分为ＣＰＵ、实时时钟模块、数据存储模块、ＡＩ数据采集通道、无线通讯模块和电源模块。ＣＰＵ以Ａｔｍｅｇａ１２８处理器为核心，负责整个无线监控系统的管理和调度工作［３］。移动通讯ＧＰＲＳ是通用分组无线业务的英文简称，是在现有的ＧＳＭ网络基础上通过增加ＧＰＲＳ网关支持节点ＧＧＳＮ和ＧＰＲＳ服务支持节点ＳＧＳＮ发展出来的一种新的数据传输技术，为现有数据传输系统提供一种便捷的无线传输方式。ＤＴＵ是指数据终端设备，能够为通信数据提供透明无线传输通道。基于ＧＰＲＳ的无线通讯模块采用ＤＴＵ作为通信平台承载着无线监控终端与ＯＰＣ服务器通讯的主要任务［４］。在剑杆织机的实际工作过程中，其主要模拟信号有光电编码位置信号、经纱张力信号、纬纱张力信号、卷径检测信号、主轴转速检测信号、经纱线速度检测信号和断经、断纬停车检测信号，这些信号经过Ａ／Ｄ转换器和ＣＰＵ通过ＲＳ－４８５传送到无线监控终端；无线监控终端检测到这些信号后再通过无线通讯技术传输到主监控器。在主监控器上下达控制指令后，指令经无线监控终端和ＲＳ－４８５后传输到ＣＰＵ上，再经Ｄ／Ａ转换器后分别控制剑杆织机的控钮控制信号、织机主轴、织轴、电子多臂、卷布辊、引剑剑轮、信号中断停车和产量、引纬率等参数显示［５］。主监控器对剑杆织机的实时工作参数可以通过Ｆｌａｓｈ数据存储器和同步动态随机存储器进行动态储存，以丰富数据库信息和方便调阅数据。剑杆织机无线监控系统结构图如图２所示。

２剑杆织机无线监控程序设计

剑杆织机无线监控程序设计如图３所示。剑杆织机主监控器是ＯＰＣ服务器的客户应用，可以利用Ｖｉｓ－ｕａｌＢａｓｉｃ语言来编写一套适合剑杆织机信号无线监控的人机交互界面；界面实行友好设计，有足够的储存空间，能够满足剑杆织机实时数据的双向监控和历史数据的调阅。在实际剑杆织机的监控工作中，操作人员首先开启主监控器，应用程序进入初始化状态，人机交互界面打开，此时会出现图标显示ＧＰＲＳＤＴＵ是否与无线ＯＰＣ服务器握手成功；待网络连接畅通之后界面进入待机状态，这时操作人员不仅可以调出织机运行的历史数据，也可以选定需要即将工作的织机并根据工作状况设置参数［６］。当所选织机不能正常工作时，操作人员可以下达指令检测织机故障原因；当所选织机工作正常时，操作人员会下达控制指令来检测选定织机的实时工作参数。对于在正常工作过程中织机出现断经和断纬现象时，织机会立即自动停车以防出现疵点。织机结束工作时，数据会自动保存到数据库系统中方便下次调阅。