机电集群控制系统中的实时通信协议研究

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随着技术的飞速发展,工业系统规模的扩大,机电集群控制系统的应用更加广泛,电锭细纱机作为电机集群控制系统的典型代表,也向着智能化的方向发展。在如今的纺织工厂中,要求能够实时监测电锭细纱机的速度、工作电压、张力、环境温度、射度等信息,这样可在极短的时间内完成检测细纱断头、故障判别、锭子自动停止、粗纱停止喂入等一系列动作,降低细纱机的功耗。除此之外,在纺织行业这个低附加值加工领域,承担和消化高端技术在行业的应用所需要的成本是巨大的,因而要求通讯成本必须低,这就要求多使用廉价的单片机作为控制器及其自带的通信接口。由于在纺机厂的电锭细纱机组通常数量较多,每台细纱机的电锭数量大,故而进行通讯的时候终端数较多,这就导致数据通信中信息传输以及交互量大,如何利用价格低廉的串口通讯实现大数据量的信息传输成为了降低电锭细纱机成本的关键所在。为此,本文设计了一种基于RS-485的主从式通信系统。  首先,本文针对电锭细纱机控制系统的通讯需求,提出了独特的三层通讯结构,该通信体系利用RS-485总线和单片机的价格优势,在保证大数据量的信息传输要求情况下,有效地降低了每锭轮询的周期。充分发挥单片机的串口功能,能够大幅降低电锭细纱机的通讯成本。  其次,充分利用了现有技术,结合电锭细纱机的系统需求,本文以单 片机作为现场数据采集设备,研究了Modbus通讯协议在上位机与下位单片机之间的应用,并以此为基础,设计了一种自定义RS485通讯协议。该协议在简短查询数据帧长度的同时,加强了查询指令的通用性。重点研究了基于Modbus通讯协议的数据传输原理,详细论述了基于LabVIEW的上位PC机和单片机通信程序的设计思路以及在物理平台上的实现过程,并对通讯系统的时间数据进行了实时性分析。  最后,本文在分析通讯机制的基础上,构建了硬件物理系统平台对所提方案进行模拟通讯,完成了电机参数监控系统的上位机界面显示,并进行了通讯的调试验证。结果表明了基于LabVIEW技术和RS-485总线的监控系统能充分实现通讯的实时性和可靠性,对在实际电锭细纱机控制系统中的应用具有很高的实用价值和现实意义。
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