Modicon M340在教育行業(yè)的應用

引言

項目介紹

施耐德電氣與2006年啟動大學計劃，旨在通過與中國頂尖高校間長
期的雙贏合作，改善中國高等教育質(zhì)量，交流知識，并為青年人才提
供支持和激勵。施耐德電氣推動此計劃的益處在于將在未來的招聘工
作中吸引和培訓更多的優(yōu)秀學生，同時產(chǎn)生并實現(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的集中體現(xiàn)。
施耐德電氣大學計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)上對大學和學生提供幫助與支持。
東華大學—施耐德電氣聯(lián)合實驗室創(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)過多次磋商和論證，雙方確定了聯(lián)合實驗
室的建設內(nèi)容以交流變頻和伺服驅(qū)動為主線，可編程序控制器為核
心、工業(yè)網(wǎng)絡為基礎(chǔ)、包括各種傳感器和其它低壓電器應用。此實
驗系統(tǒng)上可以開展單機學習，如變頻、伺服、人機界面、PLC的基本
使用方法；可以開展以小組為單位 (兩臺伺服、一臺人機界面、一臺
PLC)的基于CANBUS的協(xié)調(diào)運動控制，如以具有編碼器反饋的變頻調(diào)
速系統(tǒng)為主令機，伺服系統(tǒng)為從動機的多單元協(xié)調(diào)速度控制；可以開
展對所有小組實施基于以太網(wǎng)的遠程上位機監(jiān)控的學習等。

1、基于CANBUS和工業(yè)以太網(wǎng)的運動控制系統(tǒng)

為了體現(xiàn)工程應用，在現(xiàn)有的系統(tǒng)框架下，設計了一套以平網(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)印花機因能印制絕大多數(shù)花型，尤其是特精細和特大花回的圖案，而被印染、家紡、針織、
絲綢等行業(yè)廣泛使用。平網(wǎng)印花機系統(tǒng)通常有多臺印花單元，每個印花單元負責一種顏色的刮
印，由中央控制單元PLC 統(tǒng)一指揮。 因此，每個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、行程等信號傳遞到上位機；同時每個印花單元能接受來自上位機的控制信
號，執(zhí)行刮印命令；還可以通過上位機修改印花單元上的參數(shù)。這些信息的傳遞通過現(xiàn)場總線完
成。CAN總線控制使印花單元具有了現(xiàn)場總線通信功能，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)場總線控制網(wǎng)絡。這樣的設計可以非常方便完成印花機內(nèi)部的數(shù)字
化通信網(wǎng)絡，并且使印花單元與主機PLC 的通信速率由以前的4.8KB/s提高到1MB/s，以完成現(xiàn)場
狀態(tài)檢測和控制。 現(xiàn)場總線技術(shù)的使用不僅提高了通信能力和印花機的運行可靠性，而且能節(jié)
省系統(tǒng)安裝時的布線費用和硬件費用，更加容易對印花機進行管理和維護。
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
實驗室的基本結(jié)構(gòu)原理如下圖所示。實驗室可以分成10個組，每個組的配置相同，主要有PC
機二臺，Modicon M340 PLC一臺，伺服Lexium05A二臺，變頻ATV71一臺，觸摸屏XGTBT
一個。
PLC與變頻器，伺服，觸摸屏的通訊采用CANopen通訊方式，PLC與PC機通訊可以采用USB
方式或以太網(wǎng)方式。每個組的系統(tǒng)處于同一個局域網(wǎng)內(nèi)，PLC與PLC之間可以采用以太網(wǎng)通
訊，通過這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)單組運動控制，也可實現(xiàn)組間協(xié)調(diào)工作，并可以利用Vijeo Citect
上位機組態(tài)軟件對每個組的運動情況進行監(jiān)控。

利用上述結(jié)構(gòu)，我們定義每一組作為一個相對獨立的平網(wǎng)印花系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括風機控制，導帶控制，刮印控制三部分。在該系統(tǒng)中，我們可以對風機實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、加速度、減速度以及低壓轉(zhuǎn)矩提升等控制；對導帶控制包括：導帶前進距離控制、速度、加速度和減速度控制等；對刮印控制包括：刮印次數(shù)、距離、速度、加速度及減速度等控制。導帶與刮印系統(tǒng)的運動主要有：導帶運行一定距離，將待印布匹運精確送至指定印花位置，刮印機開始工作，來回刮印數(shù)次后回到原位，導帶與刮印機如此交替工作。

1.2 UnityPro實現(xiàn)
UnityPro軟件配合Modicon M340編程簡單，操作人性化，以其強大的智能化、靈活性和開放性可以大大提高工作效率。變頻器ATV71和兩臺伺服Lexium05的CANopen Node ID分別為2，3，4。3號節(jié)點伺服控制導帶，4號節(jié)點伺服控制刮印。2號節(jié)點的Atv71主要控制系統(tǒng)的風機，該風機主要負責烘房通風。導帶伺服控制工作在點到點相對運動模式，根據(jù)要求只要給定Target_position值即可；刮印伺服工作在點到點絕對運動模式，以實現(xiàn)來回刮印，由此，需對刮印伺服設定原點位置Target_position=0和終點位置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個不同形式的感應開關(guān)分別對風機、伺服電機以及系統(tǒng)緊急停止做了相應處理。如上基本變量中的switch2，當swith2=1時，表示系統(tǒng)緊急停止。

1.3 Vijeo Designer實現(xiàn)
本系統(tǒng)選用觸摸屏型號為XBT-G2330。該平網(wǎng)印花模擬系統(tǒng)主要控制界面如下圖所示。觸摸屏對各部分的控制主要包括了分機設定、導帶設定、刮印設定以及主監(jiān)控界面。對伺服電機的各個參數(shù)設定都可通過觸摸屏操作。

風機、導帶、刮印的各項參數(shù)設置可以很方便的在觸摸屏上完成。對各項參數(shù)的設定全部通過CANopen通訊方式。如對風機控制中，要求可以用CAN總線控制實現(xiàn)2點壓頻比V/F曲線。在UnityPro中，用ST語言編程，程序段如下：

1.4 PowerSuite實現(xiàn)
通過施耐德電氣的設備配置監(jiān)控軟件PowerSuite，無需編程即可方便有效地對伺服、變頻驅(qū)動器的各項參數(shù)進行調(diào)整，許多不需要用戶修正的參數(shù)即可用PowerSuite來設定和整定。以對伺服驅(qū)動器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)對速度、位置、電流等各種輸出的影響。如左圖所示為點到點模式下的速度曲線，根據(jù)自動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控制電機轉(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傳感器，并對傳感器的模擬
量進行適當?shù)男Ｕ哉_反映檢測的距離。Vijeo Designer設計的觸
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，不僅要求可以實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速與傳感器的反饋值相關(guān)聯(lián)，
而且還要實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速隨檢測距離值線性變化。由此，本系統(tǒng)需要對
傳感器反饋值進行非線性校正。反應在實際系統(tǒng)中即為經(jīng)過校正后的
傳感器反饋值與實際標尺刻度成線性關(guān)系，如左圖所示。