專利名稱：基于CANopen協(xié)議的卷染機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于染整設(shè)備檢測(cè)與控制，特別是 一種基于CANopen協(xié)議的巻染機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)階段，巻染機(jī)上配備了較多的電控單元，使整機(jī)的性能及安全性都 得到大幅度改善。但同時(shí)也使巻染機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)面臨新挑戰(zhàn)一如果仍 采用傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)布線方式，勢(shì)必造成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給制造成本降低、 診斷和維修帶來(lái)困難。
傳統(tǒng)的巻染機(jī)控制系統(tǒng)存在以下不足1.系統(tǒng)無(wú)法提高生產(chǎn)效率和品 質(zhì)，無(wú)法滿足新工藝要求；2.系統(tǒng)成本高，操作復(fù)雜，必須由經(jīng)驗(yàn)豐富的 工程技術(shù)人員才能將系統(tǒng)調(diào)試到理想的技術(shù)指標(biāo)；3.巻染機(jī)現(xiàn)場(chǎng)控制功能 過(guò)于集中，通訊效率低，擴(kuò)展性差；4.系統(tǒng)布線多而雜，抗干擾性差，可 靠性下降，并帶來(lái)材料、安裝和維修費(fèi)用。
傳統(tǒng)控制系統(tǒng)是建立在I/0信息的基礎(chǔ)上的。隨著基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制 系統(tǒng)的出現(xiàn)，采用開放總線連接各種設(shè)備，只要引出兩根或很少的數(shù)據(jù)線， 就可將各種設(shè)備連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的配置、監(jiān)視、控制和操作?，F(xiàn)場(chǎng)總線 公開的通信規(guī)約，可以使不同制造商的產(chǎn)品互連、互操作，實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品 的互換性，方便了系統(tǒng)配置和維護(hù)。抗干擾性提高，安全可靠，能有效降 低系統(tǒng)投資。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種用于巻染機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控控制系統(tǒng)， 它針對(duì)CANopen協(xié)議總線的特點(diǎn)，所采用的技術(shù)方案是
一種基于CANopen協(xié)議的巻染機(jī)控制系統(tǒng)，包括CAN現(xiàn)場(chǎng)總線、監(jiān)控中 心及巻染機(jī)構(gòu)成，其特征在于監(jiān)控中心上有觸摸屏、可編程控制器、CANopen 通訊模塊，觸摸屏與可編程控制器的通信口相連接，可編程控制器擴(kuò)展連接了CANopen通訊模塊；巻染機(jī)上有變頻器CANopen分線盒、交流變頻器l、 交流變頻器2， CANopen分線盒的支線端口分別與變頻器l、 2相連接。
本實(shí)用新型的巻染機(jī)控制系統(tǒng)，其所述的可編程控制器的通信口為 Modbus總線通信接口。
本實(shí)用新型的巻染機(jī)控制系統(tǒng)，其所述的交流變頻器l、 2，采用張力 內(nèi)環(huán)與速度外環(huán)的放巻輥控制結(jié)構(gòu)。
可編程控制器擔(dān)當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)總線主站、邏輯控制、染液溫度控制任務(wù)；觸 摸屏實(shí)現(xiàn)過(guò)程工藝參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、故障信息處理任務(wù)；2臺(tái)變頻 器完成收巻、放巻和張力控制任務(wù)；通過(guò)CAN現(xiàn)場(chǎng)總線形成分散控制與集中 管理的網(wǎng)絡(luò)，釆用CAN叩en協(xié)議實(shí)現(xiàn)測(cè)量值與控制信號(hào)高速傳輸。
本實(shí)用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)、控制精 度高、操作簡(jiǎn)便、維護(hù)工作量小、有利于網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)管理和批量化生產(chǎn)的 特點(diǎn)；通過(guò)吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，可用于平幅絲綢、錦棉、棉布、強(qiáng)力人 造絲綢等織物的活性、硫化、還原染色及退槳、煮練、漂白、皂洗、水洗 加工，還能用來(lái)糾正連續(xù)染色生產(chǎn)線上造成的色差；此外還具有以下優(yōu)點(diǎn)
1. 巻布直徑大，可滿足多品種、小批量、快交貨；中批量織物能一次 加工完成，加工效果一致，具有良好的工藝重現(xiàn)性。
2. 采用雙交流變頻傳動(dòng)，起動(dòng)、停車、運(yùn)轉(zhuǎn)及各類輔助操作平穩(wěn)可靠。
3. 線速度無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，設(shè)定后在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中保持恒定。
4. 小張力調(diào)節(jié)尤其適合于絲綢、錦棉等輕薄嬌嫩織物。
5. 降低水、電、蒸汽及染料消耗，減少污染，縮短設(shè)備投資償還期限。
6. 提高工藝自控水平，科學(xué)設(shè)定參數(shù)能保證品質(zhì)及安全性，避免人為 或其他損失，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。
因而，本實(shí)用新型具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。以下結(jié)合附圖
和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。 圖l是基于C腦open協(xié)議的巻染機(jī)控制系統(tǒng)的電路連接圖。
4圖2是該巻染機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置圖。 圖3是該巻染機(jī)控制系統(tǒng)的控制回路框圖。
圖4是該巻染機(jī)控制系統(tǒng)的CANopen通訊程序原理圖。
具體實(shí)施方式

首先，對(duì)所采用的CANopen協(xié)議作簡(jiǎn)要介紹。C認(rèn)open是由CiA制定的分 布式自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用層通信標(biāo)準(zhǔn)。CANopen協(xié)議傳輸?shù)拿恳粋€(gè)數(shù)據(jù)都是某 一特定類的對(duì)象，CAN叩en定義了4類通訊對(duì)象1.網(wǎng)絡(luò)管理醒T，用于網(wǎng) 絡(luò)中主節(jié)點(diǎn)對(duì)從節(jié)點(diǎn)監(jiān)控和管理，控制從節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)；2.過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì) 象PD0，用于傳輸網(wǎng)絡(luò)操作中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，傳遞系統(tǒng)的控制變量；3.服務(wù) 數(shù)據(jù)對(duì)象SD0，用于傳輸節(jié)點(diǎn)參數(shù)和與結(jié)構(gòu)有關(guān)的組態(tài)數(shù)據(jù)，完成系統(tǒng)的參 數(shù)配置、組態(tài)、設(shè)定過(guò)程數(shù)據(jù)PDO的格式；4.特殊功能對(duì)象SFO，用于同步、 應(yīng)急指示和時(shí)間標(biāo)記的特定對(duì)象，配合上述的三種通訊。
下面參照說(shuō)明書附圖，詳細(xì)說(shuō)明對(duì)本實(shí)用新型的一個(gè)較佳的實(shí)施方案。 電路連接圖如圖l，采用施耐德Twido可編程控制器，2個(gè)圈數(shù)檢測(cè)器(2)、 測(cè)速用光電編碼器(12)信號(hào)接入高速計(jì)數(shù)器。張力傳感器(5)、溫度傳感器 (IO)信號(hào)接入模擬量輸入模塊。同時(shí)擴(kuò)展了l塊CANopen通訊模塊。
變頻器l、 2采用施耐德ATV31變頻器，自帶CANopen通訊口，并具有較 強(qiáng)的過(guò)載能力。
采用施耐德XBTG觸摸屏，具有圖文顯示功能，可顯示工藝圖、過(guò)程參 數(shù)、設(shè)定張力值、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、故障信息。還可完成各種系統(tǒng)操作，減 少操作面板上各種儀表和控制按鈕、指示燈的數(shù)量及操作面板的面積。
結(jié)構(gòu)布置圖如圖2，主要包括巻布輥(l)、圈數(shù)檢測(cè)器(2)、巻布輥(3)、 減速器(4)、張力傳感器(5)、張力輥(6)、織物(7)、電機(jī)1(S)、電機(jī)2(9)、 溫度傳感器(IO)、導(dǎo)布輥(ll)、光電編碼器(12)、染槽(13)。
本實(shí)用新型有進(jìn)布、染色、水洗及出布等工況，進(jìn)布時(shí)，將織物(7)從 進(jìn)出布架巻繞至巻布輥(l)上，同時(shí)計(jì)巻繞圈數(shù)及布長(zhǎng)。染色時(shí)，先進(jìn)染料、 加溫，然后啟動(dòng)變頻器，使巻布輥(1)和巻布輥(3)—個(gè)處于收巻狀態(tài)，另一個(gè)處于放巻狀態(tài)。圖2中箭頭顯示布的運(yùn)行方向，實(shí)線方向時(shí)電機(jī)2(9)是 收巻電機(jī)，電機(jī)1(8)是放巻電機(jī)，同時(shí)計(jì)巻繞圈數(shù)、布長(zhǎng)、染色道數(shù)。當(dāng) 收巻輥圈數(shù)達(dá)到設(shè)定值后，停止該方向運(yùn)行，自動(dòng)改變布的運(yùn)行方向，這 時(shí)電機(jī)1(8)變成收巻電機(jī)，電機(jī)2(9)是放巻電機(jī)。當(dāng)染色道數(shù)達(dá)到設(shè)定道 數(shù)時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入擺動(dòng)運(yùn)行即低速往復(fù)運(yùn)行。此時(shí)如按下停車按鈕即可停車， 并自動(dòng)排液。水洗時(shí)，先進(jìn)水、加溫、噴淋，然后啟動(dòng)變頻器，運(yùn)行方式 類同于染色。出布時(shí)，由變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)使巻布輥(3)收巻，巻布輥(l)放 巻。出布結(jié)束時(shí)，清除圈數(shù)、布長(zhǎng)、道數(shù)等參數(shù)。
本實(shí)用新型的控制策略如下交流調(diào)速系統(tǒng)具有節(jié)能降耗、減少維修、 價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，采用雙變頻閉環(huán)控制，恒張力恒線速度在線反饋控制把速 度和張力波動(dòng)控制到最小。因內(nèi)部控制電流干擾到產(chǎn)生飛車、剎車失控等 現(xiàn)象，是一般變頻巻染機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，本實(shí)用新型的穩(wěn)定控制程序解 決了以往染色生產(chǎn)中無(wú)法解決的飛車等問(wèn)題，提高了產(chǎn)品質(zhì)量?？刂乒δ?由可編程控制器程序完成；收巻輥的控制是恒線速度PID調(diào)節(jié)器；放巻輥采 用串級(jí)控制，內(nèi)環(huán)是張力環(huán)，外環(huán)是速度環(huán)，控制回路框圖如圖3。
張力的控制通過(guò)速度的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，線速度信號(hào)V來(lái)自于導(dǎo)布輥(ll)的光 電編碼器(12)，反映了布運(yùn)行的實(shí)際線速度。巻徑計(jì)算單元完成巻徑計(jì)算 任務(wù)。AV是張力調(diào)節(jié)輸出，作為線速度修正。c^為角速度計(jì)算值，保證了 電機(jī)按計(jì)算出的巻徑調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速并加入張力調(diào)節(jié)影響值。co為最終實(shí)際輸出 角速度，反饋至巻徑計(jì)算單元參與巻徑計(jì)算。對(duì)于AV部分的運(yùn)算，釆用了 PI算法。由于電機(jī)側(cè)未裝測(cè)速裝置，電機(jī)轉(zhuǎn)速"通過(guò)CANopen通訊從變頻器 側(cè)讀取當(dāng)前轉(zhuǎn)速輸出。
具體實(shí)施時(shí)，應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破鞒绦蛑饕梢韵履?塊組成
1. 主程序。完成整個(gè)控制程序的組織任務(wù)。
2. CANopen通訊子程序。完成可編程控制器主站與各從站之間的接收或 發(fā)送，根據(jù)CANopen協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。3. 邏輯控制子程序。主要完成整個(gè)工藝流程中的邏輯關(guān)系處理。
4. 溫度控制子程序。染槽溫度控制采用可編程控制器的數(shù)字PID功能組 成溫度調(diào)節(jié)器。
5. 故障處理子程序。用于處理各種故障信息，用于報(bào)警、停車等。 巻染機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有儲(chǔ)布、張力架等緩沖裝置，速度的微小變化
就可能引起張力的很大變化，所以對(duì)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求較高，在通訊 過(guò)程中如有延遲，極易引起系統(tǒng)振蕩。采用C細(xì)open通訊方式，將變頻器的 狀態(tài)字、命令字、速度給定值、實(shí)際速度反饋值等配置成PDO方式，實(shí)時(shí)將 可編程控制器內(nèi)的運(yùn)算值傳輸至變頻器內(nèi)，從而迅速改變電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。
如圖4， CANopen通訊子程序編程首先取出狀態(tài)字，然后進(jìn)行判斷； 如果順序完成初始化的流程步驟，則使CANopen通訊從"應(yīng)用程序復(fù)位"轉(zhuǎn) 移到"初始"狀態(tài)；如果判斷狀態(tài)字為故障復(fù)位，則使CANopen通訊從"停 止"轉(zhuǎn)移到"應(yīng)用程序復(fù)位"狀態(tài)；如果判斷接收到外部操作，則發(fā)出相 應(yīng)的命令字，使CANopen通訊從"預(yù)操作"轉(zhuǎn)移到"操作"狀態(tài)，執(zhí)行相應(yīng) 的控制。
除說(shuō)明書所述的技術(shù)特征外，均為本專業(yè)技術(shù)人員的已知技術(shù)。
權(quán)利要求1. 一種基于CANopen協(xié)議的卷染機(jī)控制系統(tǒng)，包括CAN現(xiàn)場(chǎng)總線、監(jiān)控中心及卷染機(jī)構(gòu)成，其特征在于監(jiān)控中心上有觸摸屏、可編程控制器、CANopen通訊模塊，觸摸屏與可編程控制器的通信口相連接，可編程控制器擴(kuò)展連接了CANopen通訊模塊；卷染機(jī)上有變頻器CANopen分線盒、交流變頻器1、交流變頻器2，CANopen分線盒的支線端口分別與變頻器1、2相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的巻染機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的可編 程控制器的通信口為Modbus總線通信接口 。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的巻染機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的交流 變頻器l、 2，采用張力內(nèi)環(huán)與速度外環(huán)的放巻輥控制結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型提供基于CANopen協(xié)議的卷染機(jī)控制系統(tǒng)，將CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于染整設(shè)備檢測(cè)與控制。它由位于監(jiān)控中心的觸摸屏、可編程控制器、CANopen通訊模塊，和位于卷染機(jī)內(nèi)的變頻器CANopen分線盒、交流變頻器1、2構(gòu)成。可編程控制器在系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)總線主站、邏輯控制、染液溫度控制等任務(wù)；觸摸屏實(shí)現(xiàn)過(guò)程工藝參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、故障信息處理等任務(wù)；2臺(tái)變頻器完成收卷、放卷和張力控制等任務(wù)；通過(guò)CAN現(xiàn)場(chǎng)總線形成分散控制與集中管理的網(wǎng)絡(luò)，采用CANopen協(xié)議實(shí)現(xiàn)測(cè)量值與控制信號(hào)高速傳輸。本實(shí)用新型具有實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)、控制精度高、操作簡(jiǎn)便、維護(hù)工作量小、有利于網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)管理和批量化生產(chǎn)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/418GK201298168SQ20082010822
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2008年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月2日
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