Modicon M340在教育行業(yè)的應(yīng)用

引言

項(xiàng)目介紹

施耐德電氣與2006年啟動(dòng)大學(xué)計(jì)劃，旨在通過(guò)與中國(guó)頂尖高校間長(zhǎng)
期的雙贏合作，改善中國(guó)高等教育質(zhì)量，交流知識(shí)，并為青年人才提
供支持和激勵(lì)。施耐德電氣推動(dòng)此計(jì)劃的益處在于將在未來(lái)的招聘工
作中吸引和培訓(xùn)更多的優(yōu)秀學(xué)生，同時(shí)產(chǎn)生并實(shí)現(xiàn)行的創(chuàng)新理念。這
也是施耐德電氣的本土化和回饋社會(huì)的集中體現(xiàn)。
施耐德電氣大學(xué)計(jì)劃包括一套整體的合作方案，在課程和教育、研發(fā)
合作以及人才培養(yǎng)上對(duì)大學(xué)和學(xué)生提供幫助與支持。
東華大學(xué)—施耐德電氣聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)立與2008年6月，如左圖所示。
旨在培養(yǎng)全方位的人才。經(jīng)過(guò)多次磋商和論證，雙方確定了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)
室的建設(shè)內(nèi)容以交流變頻和伺服驅(qū)動(dòng)為主線，可編程序控制器為核
心、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、包括各種傳感器和其它低壓電器應(yīng)用。此實(shí)
驗(yàn)系統(tǒng)上可以開(kāi)展單機(jī)學(xué)習(xí)，如變頻、伺服、人機(jī)界面、PLC的基本
使用方法；可以開(kāi)展以小組為單位 (兩臺(tái)伺服、一臺(tái)人機(jī)界面、一臺(tái)
PLC)的基于CANBUS的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制，如以具有編碼器反饋的變頻調(diào)
速系統(tǒng)為主令機(jī)，伺服系統(tǒng)為從動(dòng)機(jī)的多單元協(xié)調(diào)速度控制；可以開(kāi)
展對(duì)所有小組實(shí)施基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程上位機(jī)監(jiān)控的學(xué)習(xí)等。

1、基于CANBUS和工業(yè)以太網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

為了體現(xiàn)工程應(yīng)用，在現(xiàn)有的系統(tǒng)框架下，設(shè)計(jì)了一套以平網(wǎng)印花為背景的控制方案。

1. 平網(wǎng)印花部分流程模擬系統(tǒng)
平網(wǎng)印花機(jī)因能印制絕大多數(shù)花型，尤其是特精細(xì)和特大花回的圖案，而被印染、家紡、針織、
絲綢等行業(yè)廣泛使用。平網(wǎng)印花機(jī)系統(tǒng)通常有多臺(tái)印花單元，每個(gè)印花單元負(fù)責(zé)一種顏色的刮
印，由中央控制單元PLC 統(tǒng)一指揮。 因此，每個(gè)印花單元都必須將其工作狀態(tài)及刮印參數(shù)如刮刀
刮印的次數(shù)、速度、行程等信號(hào)傳遞到上位機(jī)；同時(shí)每個(gè)印花單元能接受來(lái)自上位機(jī)的控制信
號(hào)，執(zhí)行刮印命令；還可以通過(guò)上位機(jī)修改印花單元上的參數(shù)。這些信息的傳遞通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線完
成。CAN總線控制使印花單元具有了現(xiàn)場(chǎng)總線通信功能，不用增加任何硬件就可以使多套印花單
元和中央控制PLC 一起構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)。這樣的設(shè)計(jì)可以非常方便完成印花機(jī)內(nèi)部的數(shù)字
化通信網(wǎng)絡(luò)，并且使印花單元與主機(jī)PLC 的通信速率由以前的4.8KB/s提高到1MB/s，以完成現(xiàn)場(chǎng)
狀態(tài)檢測(cè)和控制。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的使用不僅提高了通信能力和印花機(jī)的運(yùn)行可靠性，而且能節(jié)
省系統(tǒng)安裝時(shí)的布線費(fèi)用和硬件費(fèi)用，更加容易對(duì)印花機(jī)進(jìn)行管理和維護(hù)。
本文呈現(xiàn)的是平網(wǎng)印花部分流程模擬系統(tǒng)。

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成
實(shí)驗(yàn)室的基本結(jié)構(gòu)原理如下圖所示。實(shí)驗(yàn)室可以分成10個(gè)組，每個(gè)組的配置相同，主要有PC
機(jī)二臺(tái)，Modicon M340 PLC一臺(tái)，伺服Lexium05A二臺(tái)，變頻ATV71一臺(tái)，觸摸屏XGTBT
一個(gè)。
PLC與變頻器，伺服，觸摸屏的通訊采用CANopen通訊方式，PLC與PC機(jī)通訊可以采用USB
方式或以太網(wǎng)方式。每個(gè)組的系統(tǒng)處于同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，PLC與PLC之間可以采用以太網(wǎng)通
訊，通過(guò)這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)單組運(yùn)動(dòng)控制，也可實(shí)現(xiàn)組間協(xié)調(diào)工作，并可以利用Vijeo Citect
上位機(jī)組態(tài)軟件對(duì)每個(gè)組的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)控。

利用上述結(jié)構(gòu)，我們定義每一組作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的平網(wǎng)印花系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)控制，導(dǎo)帶控制，刮印控制三部分。在該系統(tǒng)中，我們可以對(duì)風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、加速度、減速度以及低壓轉(zhuǎn)矩提升等控制；對(duì)導(dǎo)帶控制包括：導(dǎo)帶前進(jìn)距離控制、速度、加速度和減速度控制等；對(duì)刮印控制包括：刮印次數(shù)、距離、速度、加速度及減速度等控制。導(dǎo)帶與刮印系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)主要有：導(dǎo)帶運(yùn)行一定距離，將待印布匹運(yùn)精確送至指定印花位置，刮印機(jī)開(kāi)始工作，來(lái)回刮印數(shù)次后回到原位，導(dǎo)帶與刮印機(jī)如此交替工作。

1.2 UnityPro實(shí)現(xiàn)
UnityPro軟件配合Modicon M340編程簡(jiǎn)單，操作人性化，以其強(qiáng)大的智能化、靈活性和開(kāi)放性可以大大提高工作效率。變頻器ATV71和兩臺(tái)伺服Lexium05的CANopen Node ID分別為2，3，4。3號(hào)節(jié)點(diǎn)伺服控制導(dǎo)帶，4號(hào)節(jié)點(diǎn)伺服控制刮印。2號(hào)節(jié)點(diǎn)的Atv71主要控制系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)主要負(fù)責(zé)烘房通風(fēng)。導(dǎo)帶伺服控制工作在點(diǎn)到點(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)模式，根據(jù)要求只要給定Target_position值即可；刮印伺服工作在點(diǎn)到點(diǎn)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)模式，以實(shí)現(xiàn)來(lái)回刮印，由此，需對(duì)刮印伺服設(shè)定原點(diǎn)位置Target_position=0和終點(diǎn)位置Target_position=Cycle。系統(tǒng)主要功能梯形圖如下：

在本系統(tǒng)中，還利用面板上3個(gè)不同形式的感應(yīng)開(kāi)關(guān)分別對(duì)風(fēng)機(jī)、伺服電機(jī)以及系統(tǒng)緊急停止做了相應(yīng)處理。如上基本變量中的switch2，當(dāng)swith2=1時(shí)，表示系統(tǒng)緊急停止。

1.3 Vijeo Designer實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)選用觸摸屏型號(hào)為XBT-G2330。該平網(wǎng)印花模擬系統(tǒng)主要控制界面如下圖所示。觸摸屏對(duì)各部分的控制主要包括了分機(jī)設(shè)定、導(dǎo)帶設(shè)定、刮印設(shè)定以及主監(jiān)控界面。對(duì)伺服電機(jī)的各個(gè)參數(shù)設(shè)定都可通過(guò)觸摸屏操作。

風(fēng)機(jī)、導(dǎo)帶、刮印的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置可以很方便的在觸摸屏上完成。對(duì)各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定全部通過(guò)CANopen通訊方式。如對(duì)風(fēng)機(jī)控制中，要求可以用CAN總線控制實(shí)現(xiàn)2點(diǎn)壓頻比V/F曲線。在UnityPro中，用ST語(yǔ)言編程，程序段如下：

1.4 PowerSuite實(shí)現(xiàn)
通過(guò)施耐德電氣的設(shè)備配置監(jiān)控軟件PowerSuite，無(wú)需編程即可方便有效地對(duì)伺服、變頻驅(qū)動(dòng)器的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，許多不需要用戶修正的參數(shù)即可用PowerSuite來(lái)設(shè)定和整定。以對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器PI參數(shù)調(diào)節(jié)為例，利用PowerSuite中的示波器功能，可以觀察到調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)速度、位置、電流等各種輸出的影響。如左圖所示為點(diǎn)到點(diǎn)模式下的速度曲線，根據(jù)自動(dòng)控制理論和觀察到的輸出曲線，很容易整定得到比較滿意的響應(yīng)質(zhì)量。

2、傳感器控制系統(tǒng)
2.1 系統(tǒng)介紹
該系統(tǒng)主要目的是利用傳感器的反饋值來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)使用具
有模擬量功能的超聲波傳感器和金屬感應(yīng)傳感器，并對(duì)傳感器的模擬
量進(jìn)行適當(dāng)?shù)男Ｕ哉_反映檢測(cè)的距離。Vijeo Designer設(shè)計(jì)的觸
摸屏程序界面如左圖所示。

2.2 原理分析與程序?qū)崿F(xiàn)
在本系統(tǒng)中，不僅要求可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與傳感器的反饋值相關(guān)聯(lián)，
而且還要實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速隨檢測(cè)距離值線性變化。由此，本系統(tǒng)需要對(duì)
傳感器反饋值進(jìn)行非線性校正。反應(yīng)在實(shí)際系統(tǒng)中即為經(jīng)過(guò)校正后的
傳感器反饋值與實(shí)際標(biāo)尺刻度成線性關(guān)系，如左圖所示。