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当新型电脑织领横机控制器的设计及远程监控系

发布时间:2021-09-11 02:22:58 阅读: 来源:手动阀厂家
当新型电脑织领横机控制器的设计及远程监控系

新型电脑织领横机控制器的设计及远程监控系统(2)

3 控制器内部的CAN总线设计

传统织领横机控制器的通讯设计一般采用直接线缆连接,各功能模块问密密麻麻的电源/控制布线,增加了用户系统装机调试和故障判断的复杂性。针对客户端问题,本设一计鄙弃了常规的直接线缆操作,内部通讯采用CAN总线设计。

CAN总线是目前应用最广泛的现场总线之一,因其可靠性高,才能让我们的基业长青实时响应性好,通讯协议简单,系统成本低,适合纺织工业的高质量、低成本、多品种、小批量、快速响应、清洁生产的需要,所以CAN总线技术已经在纺织机械控制器中得到快速应用。在织领横机控制系统中应用CAN总线具有下列优点:

(1)CAN侧重于通讯方面,是专门应用于工业自动化领域的一种计算机通讯络,能够有效支持实时控制操作的织领横机控制系统。

(2)可靠性高:CAN总线的数据帧采用短帧结构,数据传输时间短,织机实时数据传输受干扰的概率低,重新发送的时间也短。

(3)实时性好:CAN总线的传输速率最高可达1Mbps,由于数据传输速度快,在织领横机生产过程中可对不同参数进行实时监测、采集并反馈给主CPU,构成实时性较强的反馈控制系统。

(4)通讯介质要求低:CAN总线采用双绞线就可以达到要求,从而使得采用CAN总线的织领横机控制器成本有所降低。

为了简化电路设计,并提高系统的整体性能,本设计的CAN总线控制节点采用CAN收发器MCP255 1+内嵌CAN模块的DSP(dsPIC33FJ256MC7 1 0),DSP片内具有2个增强型CAN模块。增强型CAN模块符合CANl.2、CAN2.0A和CAN2.08标准,带有8个发送缓冲区、32个接收缓冲区、l6个完全接收滤波器及3个接收屏蔽寄存器,当收到CAN报文时能自动唤醒器件,并能够自动处理远程发送请求等。

4 控制器设计的技术创新

(1)整机采用模块化设计,针对不同的电磁铁、步进电机等执行机构,只要拔插更换相应的驱动模块,保证控制系统稳定可靠。织机模块化设计的目的是以少变应多变,以尽可能少的投入产出尽可能多的产品,以最为经济的设计方法满足各种要求。织领横机的市场需求是千变万化的,不同用户对于织领横机的功能要求又不尽相同,所以织领横机控制器一般要进行定制化生产,具有不同功能的织领横机系统配置总是有所差别。由于模块具有不同的组合可以配置生成多样化的满足用户需求的产品的特点,同时模块又具有标准的工业接口和留意平常保护、保养一致的输入输出接口,而且模块的划分和接口定义符合企业批量化生产中采购、物流、生产和服务的实际情况,因此按照模块化设计模式配置出来的产品是符合批量化生产的实际情况,从而使定制化生产和批量化生产这对矛盾得到圆满解决。

(2)变频器采用目前最先进的1 80度控制技术(即正弦波驱动技术),本设计曲折:最大力、曲折强度、挠度、弹性模量等是基于IRMCF341微控制器的磁场定向矢量变频技术。传统织机的变频器一般采用120度控制技术(即方波驱动技术)存在着明显缺点:电机在转速和转矩发生变化时产生很大的转差率,导致大电流,能效比较低;转矩特性差,执行机构负载加大时会丢转速;低速转矩特性差,容易发生电机抖动。而磁场定向矢量变频技术是通过一定的坐标转换可以对磁通和转矩直接控制,实现电流和转速的双闭环控制,在不产生大电流的情况下实现快速的动态响应,即能效比高:转矩性能好,在不丢转速的情况下具有足够硬的转矩特性。该技术更适用于执行机

构动作快,动态响应要求高的织领横机控制器。

(3)电机驱动电路中引入IPM(智能功率模块)苻代分立元件,设计时选用IRAMXl 6UP60A模块,62mm×26mm×Smm小型绝缘封装集成了6个高压功率晶体管和电机驱动芯片等电路,同时具有过热、过流、欠压和驱动死区时间控制等保护功能,以便确保操作安全和系统可靠。与分立元件相比,该模块除了具有众所周知的优点(更小、更可靠、可视为单一元件)外,还能够避免分立元件设计常见的几个问题:模块具有很小的电路电感,可以降低电压尖峰,在较低的开关损耗下可以工作于较高的开关频率;所有低端和高端功率管的传输延迟匹配,可以防止直流电流加载到电机上;驱动死区时间控制提供充足死区时间防止低端和高端功率管短路;内置安全工作电路确保过流过压时自动停机,不用另行设计过流和过压保护电路。

5 基于CAN总线的织机群远程监控系统

织领横机的工作参数众多,包括织机针距、织针种类、机头系统结构、编织速度、度目选择、纱嘴配置、卷布设置以及自动六色换纱的实时控制等。对于织机群远程监控系统而言,其工作目标是在异地对织机群的工作参数完成采集,提供计算、统计、分析和查询功能,通过数据分析形成各类报表,为织机群的自动化生产提供信息管理服务。

尽管织领横机工作时状态参数繁多,但实际上不必将单台织机的各种数据全部集中到监控主机进行处理,因此远程监控系统需要采用分布式控制。由于CAN总线属于现场总线,能够有效支持分布式控制的通信络。与传统的控制系统只能按控制回路进行点对点连接的方式完全不同,CAN总线采用智能化设备,具有计算、实时控制和高速通信功能,通信速率最高可达lMbps,可以在现场完成数据采集与分析、实时控制等功能,并将有关数据发送到监控主机及单台织机的控制器,实现真正意义上的分布式控制。其内部结构如图3所示。

监控系统由单台织机的控制器管理级和监控主机的远程监控管理级两大部分组成。单台织机的控制器管理级核心在于DSP,主要完成织领横机的参数设置、运动控制及数据处理,实现自动六色换纱、自动调整度目,自动针床移位,自动故障停车等本地监控功能。监控主机的远程监控管理级主要由PC机(上位机)、RS232/CAN转换器、CAN总线以及外设如打印机等组成。本设计中CAN总线节点由CAN收发器MCP255 1和内嵌CAN控制器的DSP组成。

RS232/CAN转换器是用于CAN总线和上位机的RS232总线之间执行数据交换的协议转换器,转换器内部集成了l个RS232通道和1个CAN通道,可以很方便地嵌入上位机的通讯节点中,在不改变原有硬件结构的前提下使上位机获得CAN通讯接口,从而实现上位机和CAN络之间的有效连接和数据通讯。

监控系统开始工作时,上位机发出复位指令对各个CAN总线节点进行初始化,通过应切取6个接头进行复验;复验结果若仍有1个接头不符合要求CAN总线节点引导织领横机的执行机构准备进入工作状态,然后上位机向CAN总线发出读取各节点织机状态数据的指令。单台织机的DSP 不时读取织领机各传感器检测的运动状态数据,将步进电机、电磁铁、密度(度目)零位板、遥杆零位板及罗拉电机等机构的状态数据转化成数宁信号。DSP接收到上位机的指令后,将相关状态数据按照既定的CAN协议要求写入发送缓冲区,并启动发送指令,通过CAN总线反馈给上位机,由上位机完成数据采集、状态分析和织机群的整体控制等,实现监控系统的信息接收与发送。与此同时,DSP还要将工艺参数显示在织机显示屏上,以便现场操作员巡查核对。

6 结语

本文介绍了一种基于DSP为核心的嵌入式系统的电脑织领横机控制器,内部通讯采用CAN总线设计,充分提高了织机控制系统的可靠性和实时性,并通过模块化设计、磁场定向矢量变频技术及智能功率模块等技术创新,不断缩短上市周期的同时逐步降低成本。统计数据表明:该控制器的平均故障间隔时间(MTBF)高达4万小时,控制系统的中断响应时间仅为1.6微秒左右,从设计方案开始到批量销售所需的周期大约只要6个月。控制器上市后月销量都保持在500套左右,部分产品出口海外,年创造利润超过500万元;对于使用该控制器的最终客户而言,创新设计造就了生产周期比国内同类设备至少缩短25%。此外,基于CAN总线的织机群远程监控系统,消除了生产现场与控制现场相距较远且生产环境恶劣等因素的影响,进一步提高纺织企业生产管理的自动化水平。

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