基于總線技術的梳棉機控制系統

楊銳彪

(青島宏大紡織機械有限責任公司，山東 青島 266101)

1 引言

紡織設備電氣控制系統不斷發展，智能化、信息化、模塊化等技術的應用使顯示終端可為用戶提供生產、維護保養、能耗利用等方面的數據，便于用戶掌握設備實時狀態、管理生產和制定維護保養計劃。但目前電控系統也有不少問題，如因項目周期短、個性化定制需求多、配套產品品牌多導致系統兼容性較差、自動化程度低，使用工需求大、設備能耗大、運維成本較高，并且傳統的通訊連接和驅動器控制接線較多，會導致系統或單機可靠性較低等，因此亟需全新的控制系統方案，以保證數據和控制器的快速響應、實時性和穩定性。本文利用CAN總線技術、以太網總線的傳輸穩定性和先進性，以匯川公司產品為例，介紹一種基于總線技術的梳棉機控制方案，該方案在兼容性、穩定性、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總線技術在自動化控制的應用非常廣泛，其可使整個系統效率更高、響應更快、控制更加便利，適用于大數據量短距離或小數據量長距離通信及實時性要求比較高的應用[1]。CAN總線在工控應用中具有優勢：廢除傳統的站地址模式，可以多主方式工作，數據通信沒有主從之分，任意一個節點可以向任何其他(一個或多個)節點發起數據通信；采用非破壞性仲裁技術，以CAN總線方式連接的控制單元中有一個發生故障，其它控制單元仍可發送各自的數據，互不影響，有效避免了總線沖突；采用短幀結構，數據傳輸時間短，受干擾概率低，重新發送的時間短；每幀數據都有檢錯措施，保證了數據傳輸的高可靠性；采用雙線串行通信方式，可在高噪聲干擾環境中工作；根據實際應用對數據傳輸進行優化，大數據量短距離傳輸，小數據量長距離傳輸，保證實時性，同時具有抗電磁干擾能力強、成本低等優點。

2.2 系統框架

本控制系統以匯川H3U系列PLC為例，搭載MD810(由統一的整流單元模塊以及多組驅動器構成的直流驅動系統)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動器(如圖2所示)。

2.3 優勢說明

全新控制系統比傳統的控制系統具有以下優勢：H3U系列PLC支持多種通訊協議，2路串口支持Modbus、監控等協議，1路CAN接口支持CANlink和CANopen協議，1路100 Mbps的以太網接口，同時支持Modbus TCP/IP和自由口協議，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；PLC通過Modbus協議與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、節約成本、減少故障率；多傳方案采用書本式模塊化結構、節省安裝控件、節省柜體空間、降低系統成本、共直流母線拓撲，相比傳統變頻方案實現省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，比傳統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，包括Modbus、CANLINK、CANOPEN等高達1 Mbps的通信速率可以應對不同的系統實時控制需求，保證數據交互的保密性，利用多傳平臺完善的參數加密功能，獨立設置各參數組訪問權限，多種權限選擇，保護現場的設備相關工藝參數信息；深度模塊化設計，多傳平臺與PLC在同一網絡，接線調試方便，高效易用；伺服和變頻平臺一致、柜內風格統一，美觀性好；智能操作鍵盤是變頻器調速系統助手，支持多總線，適用于單機/多機傳動系統，具備參數設置、狀態監控、參數拷貝、故障分析定位、程序下載、USB中繼/大容量存儲等功能，便于現場快速指導用戶運維；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，直流母線回饋電網技術可以將梳棉機停機時回饋的能量供給其他機臺使用，對能量實現合理利用，同時降低錫林制動沖擊對設備的損耗；該系統方案適用于清梳聯各單機以及集中控制系統、通用性強；針對負載較小的應用，可以采用二合一多傳驅動模塊，降低空間、節省成本。

3 梳棉機一屏多機控制系統方案

隨著自動化技術的不斷提高和紡織行業對成本、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上開發梳棉機一屏多機的控制系統方案(如圖3所示)，配置方案為：PLC+HMI帶網口或擴展網口，系統配置適當的網絡交換機，每臺機器都要具備通用接口(接口至少包含電源與網絡的對接)，方便屏的隨時對接。屏與主機對接，主要是方便現場的維護需求和故障排查，同時網絡連接到E系統，便于用戶對現場實時數據、生產數據以及故障等信息的掌握。

放棄了傳統控制系統通訊端常用的“一主一從”和“一主多從”，采用以太網系統實現多主多從，配置帶有以太網口的PLC或者增加網絡模塊進行組態，搭配配置有以太網口的HMI，可實現在任意一臺梳棉機上對其他梳棉機進行查看和設定參數；以太網總線的應用通訊速率高，完全可以滿足工業控制網絡不斷增長的帶寬要求；在現場生產線可實現“一屏多用”，體現該系統的集成化、智能化；便于和其他系統對接，生產線梳棉機數據可以隨時上傳到清梳聯集中控制系統、E系統等，便于清花系統實現精細化喂棉，保持系統穩定運行，提高產品質量指標；連鎖信號由傳統的開關量信號升級為由通訊完成，減少現場布線，提高穩定性、保密性、專有性；降低現場布線成本，基于TCP/IP的以太網采用國際主流標準，協議開放、容易互連具有互操作性，降低系統的整體成本，其通用性更有利于系統的開發和推廣；簡化程序，只增加設置機臺IP地址畫面，即可實現一屏對整個生產線的數據顯示和設置。以此為基礎實現整個清梳聯系統的集中控制將更方便快捷[2]。通過以太網總線技術實現簡易的梳棉機集中控制，實現了整個生產線梳棉機的數據整合和管理，便于和清花系統、E系統和遠程運維系統完成系統連接，其中E系統實現整個清梳聯以及整個生產系統的組網，遠程運維系統實現遠程訪問和遠程診斷，第一時間為用戶提供技術支持和解決方案，提高設備運行效率。

4 結語

通過CAN總線技術和以太網總線技術的應用，實現了梳棉機智能化、一體化升級，構建的簡易集中控制系統可為智能清梳聯系統提供實時數據，驗證了總線技術在智能化、一體化梳棉機控制系統在實時性、快速響應性、可靠性等方面具有明顯優勢。