基于CANopen协议的卷染机控制系统技术方案

本实用新型专利技术提供基于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。本实用新型专利技术具有实时性好、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。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及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协议的巻染机控制系统。
技术介绍
现阶段，巻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。但同时也使巻染机控制系统的设计面临新挑战一如果仍 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。传统的巻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.巻染机现场控制功能 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/0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。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种用于巻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协议的巻染机控制系统，包括CAN现场总线、监控中 心及巻染机构成，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；巻染机上有变频器CANopen分线盒、交流变频器l、 交流变频器2， CANopen分线盒的支线端口分别与变频器l、 2相连接。本技术的巻染机控制系统，其所述的可编程控制器的通信口为 Modbus总线通信接口。本技术的巻染机控制系统，其所述的交流变频器l、 2，采用张力 内环与速度外环的放巻辊控制结构。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 器完成收巻、放巻和张力控制任务；通过CAN现场总线形成分散控制与集中 管理的网络，釆用CAN叩en协议实现测量值与控制信号高速传输。本技术和现有技术相比，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，可用于平幅丝綢、锦棉、棉布、强力人 造丝绸等织物的活性、硫化、还原染色及退桨、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. 巻布直径大，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，縮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，本技术具有很好的推广应用价值。以下结合附图和实施例对本技术进一步说明。 图l是基于C腦open协议的巻染机控制系统的电路连接图。4图2是该巻染机控制系统的结构布置图。 图3是该巻染机控制系统的控制回路框图。图4是该巻染机控制系统的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。C認open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，CAN叩en定义了4类通讯对象1.网络管理醒T，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PD0，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SD0，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，详细说明对本技术的一个较佳的实施方案。 电路连接图如图l，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 (IO)信号接入模拟量输入模块。同时扩展了l块CANopen通讯模块。变频器l、 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，主要包括巻布辊(l)、圈数检测器(2)、巻布辊(3)、 减速器(4)、张力传感器(5)、张力辊(6)、织物(7)、电机1(S)、电机2(9)、 温度传感器(IO)、导布辊(ll)、光电编码器(12)、染槽(13)。本技术有进布、染色、水洗及出布等工况，进布时，将织物(7)从 进出布架巻绕至巻布辊(l)上，同时计巻绕圈数及布长。染色时，先进染料、 加温，然后启动变频器，使巻布辊(1)和巻布辊(3)—个处于收巻状态，另一个处于放巻状态。图2中箭头显示布的运行方向，实线方向时电机2(9)是 收巻电机，电机1(8)是放巻电机，同时计巻绕圈数、布长、染色道数。当 收巻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)变成收巻电机，电机2(9)是放巻电机。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巻布辊(3)收巻，巻布辊(l)放 巻。出布结束时，清除圈数、布长、道数等参数。本技术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，是一般变频巻染机经常出现的问题，本技术的稳定控制程序解 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；收巻辊的控制是恒线速度PID调节器；放巻辊采 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(ll)的光 电编码器(12)，反映了布运行的实际线速度。巻径计算单元完成巻径计算 任务。AV是张力调节输出，作为线速度修正。c^为角速度计算值，保证了 电机按计算出的巻径调节转速并加入张力调节影响值。co为最终实际输出 角速度，反馈至巻径计算单元参与巻径计算。对于AV部分的运算，釆用了 PI算法。由于电机侧未装测速装置，电机转速"通过CANopen通讯从变频器 侧读取当前转速输出。具体实施时，应本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢维，
申请(专利权)人：谢维，
类型：实用新型
国别省市：11