劍桿織機(jī)控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)
微機(jī)控制系統(tǒng)中的可靠性設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在改造GA747型劍桿織機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過合理選擇和篩選元器件、提高電源的可靠性設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)可靠的印刷線路板、采用光電隔離及抗干擾軟件設(shè)計(jì)，有效解決了系統(tǒng)干擾問題，提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性。
微機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性、安全性已成為工業(yè)自動化、生產(chǎn)過程控制等領(lǐng)域中一個(gè)非常突出的問題。GA747型平絨劍桿織機(jī)原控制系統(tǒng)是以分離元件(可控硅、繼電器等)為主的模擬控制，其存在系統(tǒng)不穩(wěn)定、故障率高等現(xiàn)象，現(xiàn)將其改造成微機(jī)控制，并利用CAN總線技術(shù)聯(lián)網(wǎng)，集中控制與管理。利用集成度很高的單片微機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心，可靠性可以大大提高。但劍桿織機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)要在復(fù)雜甚至是惡劣的環(huán)境中長期、穩(wěn)定、安全、可靠地運(yùn)行，對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性要求很高。因此，在劍桿織機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)中滲入可靠性設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)在各種環(huán)境中的抗干擾能力具有很強(qiáng)的工程實(shí)用價(jià)值，且這種可靠性設(shè)計(jì)方法可以應(yīng)用到各種微機(jī)控制系統(tǒng)中。
1、硬件抗干擾措施
1.1合理選擇和篩選元器件
在生產(chǎn)中劍桿織機(jī)控制系統(tǒng)的故障大都是以元器件的各種損壞方式表現(xiàn)出來的?？刂葡到y(tǒng)電子元器件選用的主要原則是：優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)元器件，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)元器件比相應(yīng)的非標(biāo)準(zhǔn)元器件可靠性高；根據(jù)系統(tǒng)對電路性能參數(shù)的要求選擇元器件，盡量選集成度高的器件；盡可能壓縮品種和規(guī)格，提高電子元器件的復(fù)用率；核心元器件應(yīng)經(jīng)過老化篩選；考慮電器與環(huán)境條件來篩選元器件；考慮元器件瞬態(tài)承應(yīng)能力的及冗余設(shè)計(jì)。
1．2直流電源的可靠性設(shè)計(jì)
在橋式整流塊的四個(gè)引腳上分別加上0．01μF的電容器。電容器對交流50 Hz阻抗很大，對高頻干擾阻抗很小，高頻干擾基本上可以順利人地。在電源接通瞬間，由于各電容器兩端電壓不能突變，電容器處于短路狀態(tài)，并聯(lián)二極管上不會流過很大電流。因此，它可以進(jìn)一步濾去由變壓器引進(jìn)的高頻干擾，還可以保護(hù)二極管。
1．3設(shè)計(jì)可靠的印刷線路板
(1)合理布線。布線時(shí)盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應(yīng)噪聲；電源線和地線盡量粗，這樣除了可以降低線路壓降外，更重要的是降低耦合噪聲；布線長度盡可能短，以減少線路上的雜散電容、分布電容，增強(qiáng)其抑制感應(yīng)干擾的能力；電源線和信號線盡可能不要平行，也不要靠得太近。
(2)合理布置元器件。將晶振最可能地靠近C8051CPU，用地線將時(shí)鐘區(qū)隔離，并且晶振殼接地；8155擴(kuò)展的數(shù)碼顯示塊和鍵盤盡可能地遠(yuǎn)離C8051和2764芯片。
1．4光電隔離
在輸入和輸出通道上采用光電隔離器進(jìn)行信息傳輸，可將微機(jī)系統(tǒng)與各種傳感器、開關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)從電氣上隔離開，很大一部分干擾將被阻擋。
1．5直流退耦
在每一個(gè)獨(dú)立電路上的直流電源和地之間并接兩個(gè)電容器，一個(gè)大容量的電解電容器(47μF)，用以濾除低頻干擾；另一個(gè)小容量的非電解電容器(0．01μF)，用以濾除高頻干擾。
2、控制軟件的抗干擾
竄入系統(tǒng)的干擾其頻譜往往很寬，且具有隨機(jī)性，采用硬件抗干擾措施只能抑制某個(gè)頻段的干擾，仍有一些干擾會侵入控制系統(tǒng)。因此，還要采取軟件抗干擾措施。劍桿織機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)中采用了軟件陷阱技術(shù)和軟件“看門狗”技術(shù)兩種方法組合，以達(dá)到控制軟件抗干擾的目的。
2．1軟件陷阱的安排
(1)對未使用的EPROM空間的處理。本系統(tǒng)的控制軟件存于一片2764 EPROM芯片中，2764的容量為8 kbytes，本系統(tǒng)控制軟件的容量為6 kbytes多，并沒有將2764的容量全部用完，對控制程序后面的非程序區(qū)用0000020000數(shù)據(jù)填滿。最后一條填人的數(shù)據(jù)應(yīng)為020000。當(dāng)控制程序亂飛進(jìn)入此區(qū)后，便會迅速自動回位。
( 2)對未使用的中斷區(qū)的處理。當(dāng)未使用的中斷因干擾而開放時(shí)，在對應(yīng)的中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟件陷阱，就能及時(shí)使錯誤的中斷回位。
(3)運(yùn)行程序區(qū)。本系統(tǒng)將陷阱指令組分散放置在應(yīng)用程序各模塊之間空余的單元里。在正常程序中不執(zhí)行這些陷阱指令，保證應(yīng)用程序正常運(yùn)行。但當(dāng)程序亂飛一旦落人這些陷阱區(qū)，可以馬上將這些亂飛的程序拉回到位。陷阱的設(shè)置數(shù)目為每1 kbytes 6個(gè)～8個(gè)。
(4)中斷服務(wù)程序區(qū)。確定系統(tǒng)應(yīng)用程序的運(yùn)行范圍為addr1～addr2，本系統(tǒng)控制軟件的每一個(gè)中斷服務(wù)中都有判斷中斷斷點(diǎn)地址addrx的指令，如果addr1>addrx或addrx>addr2，則說明發(fā)生了程序亂飛，立即使PC=0000H，將程序拉回到正確的位置。
2．2軟件“看門狗(Watch Dog)”技術(shù)的應(yīng)用
本系統(tǒng)采用軟件“看門狗”技術(shù)來防止CPU程序進(jìn)入“死循環(huán)”，在計(jì)算機(jī)異常時(shí)能夠及時(shí)有效地強(qiáng)制“軟復(fù)位”而恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。借鑒HSC-1A型多頭智能繡花機(jī)控制系統(tǒng)中“看門狗”定時(shí)器的作用，用微處理機(jī)Cygnal C8051F0001片內(nèi)的一個(gè)定時(shí)器單元接收內(nèi)部時(shí)鐘提供的穩(wěn)定脈沖，當(dāng)此定時(shí)器溢出時(shí)提出中斷請求；對應(yīng)的中斷服務(wù)程序使計(jì)算機(jī)回到初始化程序的第一行，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制性“軟復(fù)位”。程序正常運(yùn)行時(shí)，軟件每隔一定的時(shí)間(小于定時(shí)器的溢出周期)給定時(shí)器置數(shù)，即可預(yù)防溢出中斷而引起的誤復(fù)位。
本系統(tǒng)軟件“看門狗”的設(shè)計(jì)思路：(1)“看門狗”定時(shí)器TO的設(shè)置。在初始化程序塊中設(shè)置TO的工作方式，并開啟中斷和計(jì)數(shù)功能。系統(tǒng)Fosc=12 MHz，TO為16位計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)值為(2的10次方)-1=65 535，TO輸入計(jì)數(shù)頻率是．Fosc/12，溢出周期為(65 535+1)／1=65 536(μs)。(2)計(jì)算主控程序循環(huán)一次的耗時(shí)?？紤]系統(tǒng)各功能模塊及其循環(huán)次數(shù)，本系統(tǒng)主控制程序的運(yùn)行時(shí)間約為16．6 ms。系統(tǒng)設(shè)置“看門狗”定時(shí)器TO定時(shí)30 ms(TO的初值為65 536—30 000=35 536)。主控程序的每次循環(huán)都將刷新TO的初值。如程序進(jìn)入“死循環(huán)”而TO的初值在30 ms內(nèi)未被刷新，這時(shí)“看門狗”定時(shí)器TO將溢出并申請中斷。(3)設(shè)計(jì)TO溢出所對應(yīng)的中斷服務(wù)程序。此子程序只須一條指令，即在TO對應(yīng)的中斷向量地址(000BH)寫入“無條件轉(zhuǎn)移”命令，把計(jì)算機(jī)拖回整個(gè)程序的第一行，對單片機(jī)重新進(jìn)行初始化并獲得正確的執(zhí)行順序。
3、結(jié)束語
在GA747型劍桿織機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中嵌入硬件和軟件抗干擾措施是系統(tǒng)工程實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)，可大大提高系統(tǒng)的可靠性，使織機(jī)具有良好的穩(wěn)定性。該系統(tǒng)已在某紡織企業(yè)累計(jì)穩(wěn)定運(yùn)行18個(gè)月，效果明顯。
