基于总线技术的梳棉机控制系统

杨锐彪

(青岛宏大纺织机械有限责任公司，山东 青岛 266101)

1 引言

纺织设备电气控制系统不断发展，智能化、信息化、模块化等技术的应用使显示终端可为用户提供生产、维护保养、能耗利用等方面的数据，便于用户掌握设备实时状态、管理生产和制定维护保养计划。但目前电控系统也有不少问题，如因项目周期短、个性化定制需求多、配套产品品牌多导致系统兼容性较差、自动化程度低，使用工需求大、设备能耗大、运维成本较高，并且传统的通讯连接和驱动器控制接线较多，会导致系统或单机可靠性较低等，因此亟需全新的控制系统方案，以保证数据和控制器的快速响应、实时性和稳定性。本文利用CAN总线技术、以太网总线的传输稳定性和先进性，以汇川公司产品为例，介绍一种基于总线技术的梳棉机控制方案，该方案在兼容性、稳定性、可靠性有很大提升。

2 基于CAN总线的多传控制方案

2.1 CAN总线介绍

CAN总线技术在自动化控制的应用非常广泛，其可使整个系统效率更高、响应更快、控制更加便利，适用于大数据量短距离或小数据量长距离通信及实时性要求比较高的应用[1]。CAN总线在工控应用中具有优势：废除传统的站地址模式，可以多主方式工作，数据通信没有主从之分，任意一个节点可以向任何其他(一个或多个)节点发起数据通信；采用非破坏性仲裁技术，以CAN总线方式连接的控制单元中有一个发生故障，其它控制单元仍可发送各自的数据，互不影响，有效避免了总线冲突；采用短帧结构，数据传输时间短，受干扰概率低，重新发送的时间短；每帧数据都有检错措施，保证了数据传输的高可靠性；采用双线串行通信方式，可在高噪声干扰环境中工作；根据实际应用对数据传输进行优化，大数据量短距离传输，小数据量长距离传输，保证实时性，同时具有抗电磁干扰能力强、成本低等优点。

2.2 系统框架

本控制系统以汇川H3U系列PLC为例，搭载MD810(由统一的整流单元模块以及多组驱动器构成的直流驱动系统)多传平台，以及10寸电容屏和智能操作键盘(如图1所示)，针对负载小的控制可以搭载二合一的驱动器(如图2所示)。

2.3 优势说明

全新控制系统比传统的控制系统具有以下优势：H3U系列PLC支持多种通讯协议，2路串口支持Modbus、监控等协议，1路CAN接口支持CANlink和CANopen协议，1路100 Mbps的以太网接口，同时支持Modbus TCP/IP和自由口协议，H3U系列PLC程序具有三重加密功能；CAN总线达到1 Mbps的通讯速度，可做到快速控制、快速响应；PLC通过Modbus协议与HMI相连接，PLC与MD810平台通过CAN通讯连接，MD810平台的整流模块和逆变模块通过直流母线相连接；接线简单、布线方便、节约成本、减少故障率；多传方案采用书本式模块化结构、节省安装控件、节省柜体空间、降低系统成本、共直流母线拓扑，相比传统变频方案实现省60%柜体空间；多传平台有着很好的可扩展性和延展性，可以做到一柜成系统，比传统的电气控制柜在空间上有很强的竞争力；在控制上多传平台配备了强大的总线系统，包括Modbus、CANLINK、CANOPEN等高达1 Mbps的通信速率可以应对不同的系统实时控制需求，保证数据交互的保密性，利用多传平台完善的参数加密功能，独立设置各参数组访问权限，多种权限选择，保护现场的设备相关工艺参数信息；深度模块化设计，多传平台与PLC在同一网络，接线调试方便，高效易用；伺服和变频平台一致、柜内风格统一，美观性好；智能操作键盘是变频器调速系统助手，支持多总线，适用于单机/多机传动系统，具备参数设置、状态监控、参数拷贝、故障分析定位、程序下载、USB中继/大容量存储等功能，便于现场快速指导用户运维；在梳棉机维护和检修过程中，锡林的制动是大家比较关注的问题，锡林惯性大，自由停车时间较长，如果通过制动单元进行减速制动会造成能量浪费，直流母线回馈电网技术可以将梳棉机停机时回馈的能量供给其他机台使用，对能量实现合理利用，同时降低锡林制动冲击对设备的损耗；该系统方案适用于清梳联各单机以及集中控制系统、通用性强；针对负载较小的应用，可以采用二合一多传驱动模块，降低空间、节省成本。

3 梳棉机一屏多机控制系统方案

随着自动化技术的不断提高和纺织行业对成本、占地、耗能等提出的更高要求，为满足纺织智能化工厂、无人化工厂、黑灯工厂的需要，在上述多传方案的基础上开发梳棉机一屏多机的控制系统方案(如图3所示)，配置方案为：PLC+HMI带网口或扩展网口，系统配置适当的网络交换机，每台机器都要具备通用接口(接口至少包含电源与网络的对接)，方便屏的随时对接。屏与主机对接，主要是方便现场的维护需求和故障排查，同时网络连接到E系统，便于用户对现场实时数据、生产数据以及故障等信息的掌握。

放弃了传统控制系统通讯端常用的“一主一从”和“一主多从”，采用以太网系统实现多主多从，配置带有以太网口的PLC或者增加网络模块进行组态，搭配配置有以太网口的HMI，可实现在任意一台梳棉机上对其他梳棉机进行查看和设定参数；以太网总线的应用通讯速率高，完全可以满足工业控制网络不断增长的带宽要求；在现场生产线可实现“一屏多用”，体现该系统的集成化、智能化；便于和其他系统对接，生产线梳棉机数据可以随时上传到清梳联集中控制系统、E系统等，便于清花系统实现精细化喂棉，保持系统稳定运行，提高产品质量指标；连锁信号由传统的开关量信号升级为由通讯完成，减少现场布线，提高稳定性、保密性、专有性；降低现场布线成本，基于TCP/IP的以太网采用国际主流标准，协议开放、容易互连具有互操作性，降低系统的整体成本，其通用性更有利于系统的开发和推广；简化程序，只增加设置机台IP地址画面，即可实现一屏对整个生产线的数据显示和设置。以此为基础实现整个清梳联系统的集中控制将更方便快捷[2]。通过以太网总线技术实现简易的梳棉机集中控制，实现了整个生产线梳棉机的数据整合和管理，便于和清花系统、E系统和远程运维系统完成系统连接，其中E系统实现整个清梳联以及整个生产系统的组网，远程运维系统实现远程访问和远程诊断，第一时间为用户提供技术支持和解决方案，提高设备运行效率。

4 结语

通过CAN总线技术和以太网总线技术的应用，实现了梳棉机智能化、一体化升级，构建的简易集中控制系统可为智能清梳联系统提供实时数据，验证了总线技术在智能化、一体化梳棉机控制系统在实时性、快速响应性、可靠性等方面具有明显优势。