楊銳彪

(青島宏大紡織機械有限責(zé)任公司，山東 青島 266101)

1 引言

紡織設(shè)備電氣控制系統(tǒng)不斷發(fā)展，智能化、信息化、模塊化等技術(shù)的應(yīng)用使顯示終端可為用戶提供生產(chǎn)、維護保養(yǎng)、能耗利用等方面的數(shù)據(jù)，便于用戶掌握設(shè)備實時狀態(tài)、管理生產(chǎn)和制定維護保養(yǎng)計劃。但目前電控系統(tǒng)也有不少問題，如因項目周期短、個性化定制需求多、配套產(chǎn)品品牌多導(dǎo)致系統(tǒng)兼容性較差、自動化程度低，使用工需求大、設(shè)備能耗大、運維成本較高，并且傳統(tǒng)的通訊連接和驅(qū)動器控制接線較多，會導(dǎo)致系統(tǒng)或單機可靠性較低等，因此亟需全新的控制系統(tǒng)方案，以保證數(shù)據(jù)和控制器的快速響應(yīng)、實時性和穩(wěn)定性。本文利用CAN總線技術(shù)、以太網(wǎng)總線的傳輸穩(wěn)定性和先進性，以匯川公司產(chǎn)品為例，介紹一種基于總線技術(shù)的梳棉機控制方案，該方案在兼容性、穩(wěn)定性、可靠性有很大提升。

2 基于CAN總線的多傳控制方案

2.1 CAN總線介紹

CAN總線技術(shù)在自動化控制的應(yīng)用非常廣泛，其可使整個系統(tǒng)效率更高、響應(yīng)更快、控制更加便利，適用于大數(shù)據(jù)量短距離或小數(shù)據(jù)量長距離通信及實時性要求比較高的應(yīng)用[1]。CAN總線在工控應(yīng)用中具有優(yōu)勢：廢除傳統(tǒng)的站地址模式，可以多主方式工作，數(shù)據(jù)通信沒有主從之分，任意一個節(jié)點可以向任何其他(一個或多個)節(jié)點發(fā)起數(shù)據(jù)通信；采用非破壞性仲裁技術(shù)，以CAN總線方式連接的控制單元中有一個發(fā)生故障，其它控制單元仍可發(fā)送各自的數(shù)據(jù)，互不影響，有效避免了總線沖突；采用短幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸時間短，受干擾概率低，重新發(fā)送的時間短；每幀數(shù)據(jù)都有檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃裕徊捎秒p線串行通信方式，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作；根據(jù)實際應(yīng)用對數(shù)據(jù)傳輸進行優(yōu)化，大數(shù)據(jù)量短距離傳輸，小數(shù)據(jù)量長距離傳輸，保證實時性，同時具有抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點。

2.2 系統(tǒng)框架

本控制系統(tǒng)以匯川H3U系列PLC為例，搭載MD810(由統(tǒng)一的整流單元模塊以及多組驅(qū)動器構(gòu)成的直流驅(qū)動系統(tǒng))多傳平臺，以及10寸電容屏和智能操作鍵盤(如圖1所示)，針對負載小的控制可以搭載二合一的驅(qū)動器(如圖2所示)。

2.3 優(yōu)勢說明

全新控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：H3U系列PLC支持多種通訊協(xié)議，2路串口支持Modbus、監(jiān)控等協(xié)議，1路CAN接口支持CANlink和CANopen協(xié)議，1路100 Mbps的以太網(wǎng)接口，同時支持Modbus TCP/IP和自由口協(xié)議，H3U系列PLC程序具有三重加密功能；CAN總線達到1 Mbps的通訊速度，可做到快速控制、快速響應(yīng)；PLC通過Modbus協(xié)議與HMI相連接，PLC與MD810平臺通過CAN通訊連接，MD810平臺的整流模塊和逆變模塊通過直流母線相連接；接線簡單、布線方便、節(jié)約成本、減少故障率；多傳方案采用書本式模塊化結(jié)構(gòu)、節(jié)省安裝控件、節(jié)省柜體空間、降低系統(tǒng)成本、共直流母線拓撲，相比傳統(tǒng)變頻方案實現(xiàn)省60%柜體空間；多傳平臺有著很好的可擴展性和延展性，可以做到一柜成系統(tǒng)，比傳統(tǒng)的電氣控制柜在空間上有很強的競爭力；在控制上多傳平臺配備了強大的總線系統(tǒng)，包括Modbus、CANLINK、CANOPEN等高達1 Mbps的通信速率可以應(yīng)對不同的系統(tǒng)實時控制需求，保證數(shù)據(jù)交互的保密性，利用多傳平臺完善的參數(shù)加密功能，獨立設(shè)置各參數(shù)組訪問權(quán)限，多種權(quán)限選擇，保護現(xiàn)場的設(shè)備相關(guān)工藝參數(shù)信息；深度模塊化設(shè)計，多傳平臺與PLC在同一網(wǎng)絡(luò)，接線調(diào)試方便，高效易用；伺服和變頻平臺一致、柜內(nèi)風(fēng)格統(tǒng)一，美觀性好；智能操作鍵盤是變頻器調(diào)速系統(tǒng)助手，支持多總線，適用于單機/多機傳動系統(tǒng)，具備參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)拷貝、故障分析定位、程序下載、USB中繼/大容量存儲等功能，便于現(xiàn)場快速指導(dǎo)用戶運維；在梳棉機維護和檢修過程中，錫林的制動是大家比較關(guān)注的問題，錫林慣性大，自由停車時間較長，如果通過制動單元進行減速制動會造成能量浪費，直流母線回饋電網(wǎng)技術(shù)可以將梳棉機停機時回饋的能量供給其他機臺使用，對能量實現(xiàn)合理利用，同時降低錫林制動沖擊對設(shè)備的損耗；該系統(tǒng)方案適用于清梳聯(lián)各單機以及集中控制系統(tǒng)、通用性強；針對負載較小的應(yīng)用，可以采用二合一多傳驅(qū)動模塊，降低空間、節(jié)省成本。

3 梳棉機一屏多機控制系統(tǒng)方案

隨著自動化技術(shù)的不斷提高和紡織行業(yè)對成本、占地、耗能等提出的更高要求，為滿足紡織智能化工廠、無人化工廠、黑燈工廠的需要，在上述多傳方案的基礎(chǔ)上開發(fā)梳棉機一屏多機的控制系統(tǒng)方案(如圖3所示)，配置方案為：PLC+HMI帶網(wǎng)口或擴展網(wǎng)口，系統(tǒng)配置適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)交換機，每臺機器都要具備通用接口(接口至少包含電源與網(wǎng)絡(luò)的對接)，方便屏的隨時對接。屏與主機對接，主要是方便現(xiàn)場的維護需求和故障排查，同時網(wǎng)絡(luò)連接到E系統(tǒng)，便于用戶對現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及故障等信息的掌握。

放棄了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)通訊端常用的“一主一從”和“一主多從”，采用以太網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)多主多從，配置帶有以太網(wǎng)口的PLC或者增加網(wǎng)絡(luò)模塊進行組態(tài)，搭配配置有以太網(wǎng)口的HMI，可實現(xiàn)在任意一臺梳棉機上對其他梳棉機進行查看和設(shè)定參數(shù)；以太網(wǎng)總線的應(yīng)用通訊速率高，完全可以滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不斷增長的帶寬要求；在現(xiàn)場生產(chǎn)線可實現(xiàn)“一屏多用”，體現(xiàn)該系統(tǒng)的集成化、智能化；便于和其他系統(tǒng)對接，生產(chǎn)線梳棉機數(shù)據(jù)可以隨時上傳到清梳聯(lián)集中控制系統(tǒng)、E系統(tǒng)等，便于清花系統(tǒng)實現(xiàn)精細化喂棉，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行，提高產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)；連鎖信號由傳統(tǒng)的開關(guān)量信號升級為由通訊完成，減少現(xiàn)場布線，提高穩(wěn)定性、保密性、專有性；降低現(xiàn)場布線成本，基于TCP/IP的以太網(wǎng)采用國際主流標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)議開放、容易互連具有互操作性，降低系統(tǒng)的整體成本，其通用性更有利于系統(tǒng)的開發(fā)和推廣；簡化程序，只增加設(shè)置機臺IP地址畫面，即可實現(xiàn)一屏對整個生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)顯示和設(shè)置。以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)整個清梳聯(lián)系統(tǒng)的集中控制將更方便快捷[2]。通過以太網(wǎng)總線技術(shù)實現(xiàn)簡易的梳棉機集中控制，實現(xiàn)了整個生產(chǎn)線梳棉機的數(shù)據(jù)整合和管理，便于和清花系統(tǒng)、E系統(tǒng)和遠程運維系統(tǒng)完成系統(tǒng)連接，其中E系統(tǒng)實現(xiàn)整個清梳聯(lián)以及整個生產(chǎn)系統(tǒng)的組網(wǎng)，遠程運維系統(tǒng)實現(xiàn)遠程訪問和遠程診斷，第一時間為用戶提供技術(shù)支持和解決方案，提高設(shè)備運行效率。

4 結(jié)語

通過CAN總線技術(shù)和以太網(wǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了梳棉機智能化、一體化升級，構(gòu)建的簡易集中控制系統(tǒng)可為智能清梳聯(lián)系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)，驗證了總線技術(shù)在智能化、一體化梳棉機控制系統(tǒng)在實時性、快速響應(yīng)性、可靠性等方面具有明顯優(yōu)勢。