3
顾剑锋 1
，肖轶 2
，张海霞 3
，陈帄 2
( 1 南通职业大学 ，南通 226007; 2 安徽工业大学 ，马鞍山 243032;
3 南通纺织职业技术学院 ，南通 226007 )
摘要 ：当前提花机控制系统大多采用低成本单处理器 ，或为了提高性能采用 x86的通用处理器 ，存在效率低 、无组件故障 诊断功能等缺点 。因此提出一种基于分布式控制的组件故障同步诊断方法 ，采用多个微处理器协同工作 ，将输出数据和 组件故障诊断分别由不同的微处理器处理 ，提高机器工作效率 。 关键词 ：电子提花机 ；多 CPU 协同 ；同步故障诊断
中图分类号 : TH69 文献标识码 : A 文章编号 : 1671—3133 ( 2009) 11 —0146 —04
A syn c hron o u s fa ilure d ia g n o s i s m e t hod of h igh speed e l ec t ron ic
ja c qua r d m a c h in e suba ssem b l i e s
G U J i an 2feng 1
, X I A O Yi 2
, ZHAN G H a i 2xi a 3
, CH E N P i ng 2
( 1 N a n t ong Voca t i o na l Co ll ege, N a n t ong 226007 , J i angsu, CHN; 2 A n hu i U n i ve rsity of Techno l o gy, M a an s han 243032 , A n hu i , CHN;
3 N a n t ong Textil e Voca t i o na l Techno l o gy Co l l ege, N a n t ong 226007 , J i angsu, CHN )
A b stra c t: The e lec tron ic jacqua rd is a va lue 2added equ ipm en t in mode rn textile indu stry . The app lica ti o n of e lec t r on i c c on t r o l techno l o g y rea lized the jacqua rd componen ts c
on t r o l w ith h ig h re liab ility and l o w p roduc ti o n co sts . Sin gle ch i p p r oce ss o r o r x 86 g ene ra l p r oce sso r a re app lied in cu rren t con tr o l syste m. The d isadvan tag e of them is low effic iency and lack of fa ilu re d i a g n o s is func tion . A synch r on izing fa ilu re d iag no sis m e thod ba sed on d istribu ting modu le s wa s in troduced . The con tr o l system app l i e d s ev 2 e r a l m ic r o p r oce s s o r s to i m p r ove effic i ency, da t a ou t p u t and fa i lu r e d i agno s is we r e p roce s sed by d i ffe r en t p r oce s s o r s . Key word s : e l ec t r on i c jacqua r d ; m u l ti 2CPU coop e r a t e; synch r on i zing fa i lu r e d i ag no sis
刀下降时 , 选片钩停在上面的位置 , 相对的另一把提 刀同时带着选片钩向上运动 ，选片钩通过滑轮提升综
丝 ; 若电 磁 阀不 吸选 片 钩 , 则 选 片钩在 回综 弹 簧 的 作 用 下 随 着 提刀一起下降 ，则综丝不提升 。 笔 者 设 计 的 电 子 提 花 机 可 以控制 8192 针 , 每 个 选 针 机 构 的驱动 电 流 为 75mA , 最 大 驱 动 电流为 61414A 。由于驱动电流 大 ，对电子线路和电源的要求很 高 ，组件 (选针机构 )上电磁线圈 将产生大量的热 ，会造成线圈击
0 引言
提花织物的图案 ，主要是由经纱的提升与不提升
的不同组合而获得 。高速电子织带机由电磁力驱 动 选针 ，机械力控制经纱升降 , 完成开 口 过程 。织带 机 经纱提升结构如图 1所示 。
提花控制箱的功能 是 传送 提花 数 据信 号 。按 照 所编织图案设计控制规则 , 通过信号接口驱动线圈 , 即执行机 构 中 电 磁 阀 按 该 控 制 规 则 动 作 (吸 合 与 打 开 ) 。左右提刀在提综机构的带动下 , 始终做反方向 的上下运动 。当提刀带动选片钩上升到电磁阀的 作 用范围内时 , 完成控制箱的信号转换 , 提升经纱而形 成相应的梭口 。当电磁阀吸合 , 则经纱 提 升 ; 当电 磁 阀打开 ，则经纱不提升 。若电磁阀吸选 片 钩 , 则当 提
图 1 织带机经纱
提升结构
穿或烧断 ，从而产生击穿和线圈 烧断 两 种 组 件 故 障 模 式 如 图 2
3 南通市应用研究计划项目 ( K 2008037 )
飞行棋棋盘146
设备设计 /诊断维修 /再制造
现代制造工程 2009年第 11期
所示 。线圈击穿可能出现的火灾对纺织公司来说 是 致命的 , 针对组件可能出现的这一故障问题 , 笔者研 究了基于多 CPU 技术的故障诊断方法 。
有 128 针的数据 , 64个 I/O 可以控制 64 ×128 针 。对 于监控 T M S 320 F 2812来说 ，每一个 I/O 可以监控一路
128 针数据 ，共有 64个 I/O ，可以监控 64 ×128针的数
据 ，与驱动 T M S320 F2812 相对应 。系统原理如图 4 所 示 。
图 2 线圈组件故障模式
1 基于多 C PU 的控制系统工作原理
控制系统由上位机和下位机组成 ，下位机的设计 使用两块美国 Ti 公司 T M S 320 F 2812 数字信号处理器
(D S P )和一块 A T M E L 公司的 AVR 单片机构成控制 、
监控和驱动三个模块 。D S P 处理器 T M S 320 F 2812 的 最高工 作 频 率 为 150MH z ; D SP 芯 片 内 置 18 k ×16 b it
SR AM , 4 k ×16 b it BOO T R OM , 1 k ×16 b i t O P T R OM ;
D SP 芯片内置 128 k ×16 b it FL A SH；外扩 32 k ×16 b it 的
程序 R AM , 32 k ×16 b it 的 数 据 R AM ; 4MB 程序 、数 据 寻址空间 ；带 SP I 和增强型区域网络控制器 eC AN 。
A t m e ga128 单片机是一款基于基本结构 (AVR )内
核的 ，采用 R IS C 结构的增强型低功耗 C MO S 8位微控
制器 。大部分指令在一个时钟周期内完成 ，具有高达
1M I PS /MH z 的数据吞吐率 。其拥有优化功率消耗结
构 ，在功耗相对较少的情况下可以进行复杂的数据处
理 ，带 SP I，具有四路外部中断和两个定时器 。
下 位 机 和 上 位 机 用 数 据 总 线 ( C AN ) 相 连 ,
T M S320 F2812 本身自带 C AN 总线接口 ，而 A t m ega128
不 带 C AN 接 口 , 使 用 A t m age128 + M CP2515 +
MCP2551 转成 C AN 接口 。所有的微处理器 (MCU )都
挂在 C AN 总线上 ，并为每个微处理器 (MC U ) 分配一
图 4 系统原理
2 监控原理
门窗防盗网封盾提花机的组件是基于移位寄存器设计的 ，多个移
位寄存器级联可以传输多位数据 。在本论文的提 花 机组件中添加了同步信号检测 SC ANA 和 SC ANB ，用 来反馈数据的准确性和判断第几行 、第几列的组件故 障 ，如图 5 所示 。
图 5 组件级联电路
组件专用模块的引脚 SCK 、RCK 、CL K 、Se r I N ( i )与
钢骨架塑料复合管下位机主板上的相应引脚 SCK 、RCK 、CL K 、Se r OU T ( i ) 连接 ，下 位机 中 Con t r o l 2AVR 的 计数 器 0 和计 算 器 1 分别用来对原编码器的 A 相 、B 相进行计数 ，当满足条 件时产生中断 ，通过 AVR 单片机的中断服务程序 ，产 生相应的控制命令 ，控制两个镜像 D S P 。下位机通过 C AN 总线与上位机相连 。下位机通过总线接收到上 位机的 ON 命令后进入正常工作模式 ，编码器产生计 数脉冲 , Con tr o l 2AVR 单片机开始计数并等待计数器中 断 。Con tr o l 2AVR 单片机进入计数器 0 中断服务程序 后 ，通知 sup e r viso r 、d r i ve r (D SP2812 )准备接受 1 k 字节 数据的命令 ，并同时通过系统总线要求上位机向下发 送数据 。上位机接收到请求后 , 开始向下 发送 1 k 字 节数据 。 sup e r viso r 、d r i ve r ( D SP2812 ) 接 收 完 数 据 后 ,
147
图 3 控制系统结构
图 3中设计了两个镜像 D S P，一个用于数据发送 , 另一个用于数据监控 。对于驱动 T M S 320 F 2812 来说
每一个 I/O + RCK + CL K 可以控制一路数据的传输 ,
现代制造工程 2009 年第 11 期
设备设计 /诊断维修 /再制造
d r i v
e r (D S P2812 )进入等待数据发送状态 , sup e r viso r 进
入监控状态 , Con t r o l 2AVR 为一个 I/O 高电帄时 , sup e r 2
viso r 进入监控 ; 为低电帄时 , sup e rviso r 不对组件的
故 障进行检测 ，如图 6所示 。 Con tr o l 2AVR 单片机计数器
1 中断 ，通知 d ri ve r (D SP281
2 )发出发送 1 k b it 数据的
命令 。 d ri ve r (D S P2812 ) 接到命令后 ，开始发送 1 k b i t 数据给专用控制模块 , 64 位 I/O 同时发送 128 b it 数 据 ，数据通过专用控制模块中的功率器件作用 , 以驱
当组件出现故障时 ，系统状态标记 ERR 出现高电 帄 ，多 CPU 停止工作 ，系统进入自检状态 。图 8 为系 统故障图 ，图 9为系统自检图 。
图 8 故障图
图 9 自检图
图 6 故障检测原理
当开始进入正常工作模式后 ，监测模块等待上位 机通过总线向下位机发送 1 k b it 数据 。下位机接收到 数据 后 存 储 在 事 先 开 设 的 内 存 数 组 中 。当 d r i ve r (D S P2812 ) 发 送 数 据 给 专 用 控 制 模 块 时 , sup e r viso r (D SP2812 )用第一组数据和通过专用控制模块传回的 数据进行比较 ，以监测专用控制模块的工作情况 。当 回传数 据 与 监 测 模 块 预 存 数 据 不 一 致 时 , sup e r vi s o r (D SP2812 )立即向 Con tr o l 2AVR 报警 。 Con tr o l 2AVR 接 到报警后给 d ri ve r (D SP2812 ) 和 sup e rviso r (D SP2812 ) 发出 ST O P 命令 ，使它们都退出正常工作模式 ，进入等 待命令状态 。然后 Con t r o l 2AVR 发出自检命令使 d ri v 2 e r (D SP2812 )和 sup e rviso r (D SP2812 )同时进入自检工 作状态 。当组件中的电磁线圈短路时 ，线圈中的电流 远大于专 用 组 件 功 率 驱 动 模 块 中 允 许 的 最 大 电 流 。 芯片烧毁后 , QH 脚的输出一直为 0 ，通过比较 , sup e r 2 viso r (D S P2812 ) 就 可 发 现 组 件 故 障 , 同 时 给 Con t r o l 2
AVR 一个 end 2scan 信号 。 Con t r o l 2AVR 接到信号后发
出 ST O P 命令 ，退出自检状态并将故障组件的位置信 息通过总线传送给上位机 。
系统下位 机 从 上 位 机 接 收 数 据 后 , 下 位 机 通 过
d r i v
e r (D SP2812 )发送数据并保存 ，直到中断服务程序
结束 ，发出清零信号 。图 7 所示为系统正常工作时序 图 。
3 半实物仿真 2人工故障检测技术
通电后上位机即发送 ON 命令 ，专用控制模块上
QH 有输出 101010
的数据 ，可用示波器检测数据
串波形 。当组件中的线圈烧断时 , QH 的输出为高电 帄 ，当组件中的线圈击穿时 , QH 为低电帄 。当人为用
低电帄或高电帄碰 接任 意 专用 控制 模块 上 的 QH 引 脚 ，仿真提花机组件故障时 , 下位机立即停止提花机 供电 , 并把故障信息通过总线上传至上位机 , 上位机 通过下位机传来的信息判断是第几路中第几组件发 生故障 ，还 可 以 通 过 数 据 判 断 是 烧 断 还 是 击 穿 的 故 障 。通过此方法测试故障诊断能力和判断的准确性 。
4 结语
经现场测试 ，两路专用模块和组件的性能达到测 试目标 。单独 测量 1 k b i t 数 据从 上位 机 到下 位机 返 回 ，极限时长为 18m s 。即上位机从发送 1 k b it 数据时 开始计时 ，到下位机接到 1 k b it 数据后 ，立即向上发送 数据和请求命令 , 上位机接到数据后停止计时 , 所用 时间为 18m s 。在理想状态下 ，这种速度意味着外部传 感器转速达 到 2800 rad /m i n, 系统 高 速 运 转 是 有 可 能 的 。
本文介绍的高速电子提花机组件 故 障同 步诊 断 方法 , 通过试验验证 , 可以满足提花机对数据传输和 故障诊断的实时性 、可靠性要求 。
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图 7 正常工作时序图
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[ 5 ] 作者简介 ；顾剑锋 ，讲师 ，硕士 ，主要研究方向 ：机电一体化技术等 。
肖轶 ，工程师 ，硕士研究生 , 主要研究方向 : 先进控制策 略与系统 。
张海霞 , 讲师 , 硕士 , 主要研究方向 : 制造系统 检测 、控 制 、诊断与维护技术 。 陈帄 ，硕士研 究生 , 主 要研究 方向 : 嵌 入式 智能测 控系 统 。
E 2m a il: n tz ydxxjh@ 163. c om
收稿日期 : 2009 206 208
[ 6 ]
智能断句
[ 7 ] [ 8 ]
(上接第 131页 )
上 ，估算接头的承载能力 ，并根据退化参数 SD EG 的变
化 ，来预测接头的强度以及胶层断裂失效扩展情况 , 并得出铝管对接处的胶层 ，对接头轴向方向的强度影 响较小的结论 。
3 )由于胶接接头的强度与粘接剂 、母材 、加工过 程和胶层厚度等因素有关 ，对胶接接头的强度需要考 虑更多的因素 ，将有待于更进一步的研究 。
4 )本方法可直接应用于实际 ，为工程上合理选择
胶接材料 、快速估算胶接接头的承载能力及改进接头 结构设计 ，具有较高的参考价值 。
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作者简介 ：赵宁 ，工学博士 ，教授 ，博士生导师 ，主要研究领域 : 机械
动力学及其控制 、CAD /CA E /数字仿真技术 。
欧阳海彬 ，硕士研究生 ，研究方向 : 机械系统的计算机辅 助设计 。
E 2m a il: z ha on@ nwp u. edu . cn 收稿日期 : 2009 203 218
[ 5 ]
[ 6 ]
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