CN201298168Y - 基于CANopen协议的卷染机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供基于CANopen协议的卷染机控制系统，将CAN现场总线技术应用于染整设备检测与控制。它由位于监控中心的触摸屏、可编程控制器、CANopen通讯模块，和位于卷染机内的变频器CANopen分线盒、交流变频器1、2构成。可编程控制器在系统中担当现场总线主站、逻辑控制、染液温度控制等任务；触摸屏实现过程工艺参数设置、运行状态监控、故障信息处理等任务；2台变频器完成收卷、放卷和张力控制等任务；通过CAN现场总线形成分散控制与集中管理的网络，采用CANopen协议实现测量值与控制信号高速传输。本实用新型具有实时性好、抗干扰能力强、控制精度高、操作简便、维护工作量小、有利于网络化生产管理和批量化生产等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及CAN现场总线技术应用于染整设备检测与控制，特别是一种基于CANopen协议的卷染机控制系统。
背景技术
现阶段，卷染机上配备了较多的电控单元，使整机的性能及安全性都得到大幅度改善。但同时也使卷染机控制系统的设计面临新挑战—如果仍采用传统的点到点布线方式，势必造成系统结构复杂，给制造成本降低、诊断和维修带来困难。
传统的卷染机控制系统存在以下不足：1.系统无法提高生产效率和品质，无法满足新工艺要求；2.系统成本高，操作复杂，必须由经验丰富的工程技术人员才能将系统调试到理想的技术指标；3.卷染机现场控制功能过于集中，通讯效率低，扩展性差；4.系统布线多而杂，抗干扰性差，可靠性下降，并带来材料、安装和维修费用。
传统控制系统是建立在I/O信息的基础上的。随着基于现场总线的控制系统的出现，采用开放总线连接各种设备，只要引出两根或很少的数据线，就可将各种设备连接起来实现灵活的配置、监视、控制和操作。现场总线公开的通信规约，可以使不同制造商的产品互连、互操作，实现不同产品的互换性，方便了系统配置和维护。抗干扰性提高，安全可靠，能有效降低系统投资。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种用于卷染机的现场总线监控控制系统，它针对CANopen协议总线的特点，所采用的技术方案是：
一种基于CANopen协议的卷染机控制系统，包括CAN现场总线、监控中心及卷染机构成，其特征在于监控中心上有触摸屏、可编程控制器、CANopen通讯模块，触摸屏与可编程控制器的通信口相连接，可编程控制器扩展连接了CANopen通讯模块；卷染机上有变频器CANopen分线盒、交流变频器1、交流变频器2，CANopen分线盒的支线端口分别与变频器1、2相连接。
本实用新型的卷染机控制系统，其所述的可编程控制器的通信口为Modbus总线通信接口。
本实用新型的卷染机控制系统，其所述的交流变频器1、2，采用张力内环与速度外环的放卷辊控制结构。
可编程控制器担当现场总线主站、逻辑控制、染液温度控制任务；触摸屏实现过程工艺参数设置、运行状态监控、故障信息处理任务；2台变频器完成收卷、放卷和张力控制任务；通过CAN现场总线形成分散控制与集中管理的网络，采用CANopen协议实现测量值与控制信号高速传输。
本实用新型和现有技术相比，具有实时性好、抗干扰能力强、控制精度高、操作简便、维护工作量小、有利于网络化生产管理和批量化生产的特点；通过吸收国内外先进技术，可用于平幅丝绸、锦棉、棉布、强力人造丝绸等织物的活性、硫化、还原染色及退浆、煮练、漂白、皂洗、水洗加工，还能用来纠正连续染色生产线上造成的色差；此外还具有以下优点：
1.卷布直径大，可满足多品种、小批量、快交货；中批量织物能一次加工完成，加工效果一致，具有良好的工艺重现性。
2.采用双交流变频传动，起动、停车、运转及各类辅助操作平稳可靠。
3.线速度无级调节，设定后在整个运行过程中保持恒定。
4.小张力调节尤其适合于丝绸、锦棉等轻薄娇嫩织物。
5.降低水、电、蒸汽及染料消耗，减少污染，缩短设备投资偿还期限。
6.提高工艺自控水平，科学设定参数能保证品质及安全性，避免人为或其他损失，进一步降低生产成本。
因而，本实用新型具有很好的推广应用价值。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是基于CANopen协议的卷染机控制系统的电路连接图。
图2是该卷染机控制系统的结构布置图。
图3是该卷染机控制系统的控制回路框图。
图4是该卷染机控制系统的CANopen通讯程序原理图。
具体实施方式
首先，对所采用的CANopen协议作简要介绍。CANopen是由CiA制定的分布式自动化系统的应用层通信标准。CANopen协议传输的每一个数据都是某一特定类的对象，CANopen定义了4类通讯对象：1.网络管理NMT，用于网络中主节点对从节点监控和管理，控制从节点的工作状态；2.过程数据对象PDO，用于传输网络操作中的实时数据，传递系统的控制变量；3.服务数据对象SDO，用于传输节点参数和与结构有关的组态数据，完成系统的参数配置、组态、设定过程数据PDO的格式；4.特殊功能对象SFO，用于同步、应急指示和时间标记的特定对象，配合上述的三种通讯。
下面参照说明书附图，详细说明对本实用新型的一个较佳的实施方案。电路连接图如图1，采用施耐德Twido可编程控制器，2个圈数检测器(2)、测速用光电编码器(12)信号接入高速计数器。张力传感器(5)、温度传感器(10)信号接入模拟量输入模块。同时扩展了1块CANopen通讯模块。
变频器1、2采用施耐德ATV31变频器，自带CANopen通讯口，并具有较强的过载能力。
采用施耐德XBTG触摸屏，具有图文显示功能，可显示工艺图、过程参数、设定张力值、系统运行状态、故障信息。还可完成各种系统操作，减少操作面板上各种仪表和控制按钮、指示灯的数量及操作面板的面积。
结构布置图如图2，主要包括卷布辊(1)、圈数检测器(2)、卷布辊(3)、减速器(4)、张力传感器(5)、张力辊(6)、织物(7)、电机1(8)、电机2(9)、温度传感器(10)、导布辊(11)、光电编码器(12)、染槽(13)。
本实用新型有进布、染色、水洗及出布等工况，进布时，将织物(7)从进出布架卷绕至卷布辊(1)上，同时计卷绕圈数及布长。染色时，先进染料、加温，然后启动变频器，使卷布辊(1)和卷布辊(3)一个处于收卷状态，另一个处于放卷状态。图2中箭头显示布的运行方向，实线方向时电机2(9)是收卷电机，电机1(8)是放卷电机，同时计卷绕圈数、布长、染色道数。当收卷辊圈数达到设定值后，停止该方向运行，自动改变布的运行方向，这时电机1(8)变成收卷电机，电机2(9)是放卷电机。当染色道数达到设定道数时，自动进入摆动运行即低速往复运行。此时如按下停车按钮即可停车，并自动排液。水洗时，先进水、加温、喷淋，然后启动变频器，运行方式类同于染色。出布时，由变频器驱动电机使卷布辊(3)收卷，卷布辊(1)放卷。出布结束时，清除圈数、布长、道数等参数。
本实用新型的控制策略如下：交流调速系统具有节能降耗、减少维修、价格低等优点，采用双变频闭环控制，恒张力恒线速度在线反馈控制把速度和张力波动控制到最小。因内部控制电流干扰到产生飞车、刹车失控等现象，是一般变频卷染机经常出现的问题，本实用新型的稳定控制程序解决了以往染色生产中无法解决的飞车等问题，提高了产品质量。控制功能由可编程控制器程序完成；收卷辊的控制是恒线速度PID调节器；放卷辊采用串级控制，内环是张力环，外环是速度环，控制回路框图如图3。
张力的控制通过速度的调节实现，线速度信号V来自于导布辊(11)的光电编码器(12)，反映了布运行的实际线速度。卷径计算单元完成卷径计算任务。ΔV是张力调节输出，作为线速度修正。ω1为角速度计算值，保证了电机按计算出的卷径调节转速并加入张力调节影响值。ω为最终实际输出角速度，反馈至卷径计算单元参与卷径计算。对于ΔV部分的运算，采用了PI算法。由于电机侧未装测速装置，电机转速ω通过CANopen通讯从变频器侧读取当前转速输出。
具体实施时，应进行系统软件设计。可编程控制器程序主要由以下模块组成：
1.主程序。完成整个控制程序的组织任务。
2.CANopen通讯子程序。完成可编程控制器主站与各从站之间的接收或发送，根据CANopen协议对数据进行转换。
3.逻辑控制子程序。主要完成整个工艺流程中的逻辑关系处理。
4.温度控制子程序。染槽温度控制采用可编程控制器的数字PID功能组成温度调节器。
5.故障处理子程序。用于处理各种故障信息，用于报警、停车等。
卷染机在运行过程中没有储布、张力架等缓冲装置，速度的微小变化就可能引起张力的很大变化，所以对控制系统的实时性要求较高，在通讯过程中如有延迟，极易引起系统振荡。采用CANopen通讯方式，将变频器的状态字、命令字、速度给定值、实际速度反馈值等配置成PDO方式，实时将可编程控制器内的运算值传输至变频器内，从而迅速改变电机的运转速度。
如图4，CANopen通讯子程序编程：首先取出状态字，然后进行判断；如果顺序完成初始化的流程步骤，则使CANopen通讯从“应用程序复位”转移到“初始”状态；如果判断状态字为故障复位，则使CANopen通讯从“停止”转移到“应用程序复位”状态；如果判断接收到外部操作，则发出相应的命令字，使CANopen通讯从“预操作”转移到“操作”状态，执行相应的控制。
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。
Claims (3)
1.一种基于CANopen协议的卷染机控制系统，包括CAN现场总线、监控中心及卷染机构成，其特征在于：监控中心上有触摸屏、可编程控制器、CANopen通讯模块，触摸屏与可编程控制器的通信口相连接，可编程控制器扩展连接了CANopen通讯模块；卷染机上有变频器CANopen分线盒、交流变频器1、交流变频器2，CANopen分线盒的支线端口分别与变频器1、2相连接。
2.根据权利要求1所述的卷染机控制系统，其特征在于：所述的可编程控制器的通信口为Modbus总线通信接口。
3.根据权利要求1所述的卷染机控制系统，其特征在于：所述的交流变频器1、2，采用张力内环与速度外环的放卷辊控制结构。
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