基于CAN總線的分布式多電機(jī)同步控制系統(tǒng)

CAN總線節(jié)點(diǎn)要有效，實(shí)時(shí)的完成任務(wù)，軟件的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，也是難點(diǎn)。軟件的設(shè)計(jì)主要包括變頻器內(nèi)部模塊的信號(hào)流程設(shè)計(jì)和PC機(jī)中CAN通訊和控制軟件的設(shè)計(jì)兩部分。

圖3　PC控制系統(tǒng)軟件框圖

PC機(jī)中CAN通訊和控制軟件的設(shè)計(jì)
PC機(jī)中的軟件主要完成CAN卡的初始化，主令電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定，主令電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整，以適應(yīng)生產(chǎn)不同產(chǎn)品的工藝要求。同時(shí)應(yīng)具有故障報(bào)警功能。程序框圖如3所示。

主令電機(jī)變頻器控制信號(hào)流圖設(shè)計(jì)
Lenze9326為矢量控制型變頻器。變頻器內(nèi)部共提供996個(gè)參數(shù)用于設(shè)定變頻器內(nèi)部70個(gè)軟件模塊的工作狀態(tài)。但每次設(shè)定最多使用50個(gè)功能模塊。變頻器提供每個(gè)模塊的運(yùn)行時(shí)間。所選模塊的運(yùn)行時(shí)間總和不能超過(guò)規(guī)定的時(shí)間限定。

現(xiàn)給出設(shè)定好的控制主令電機(jī)的變頻器11的信號(hào)流程圖，如圖4所示。使其工作于最大轉(zhuǎn)矩限定的速度控制模式。圖4中功能塊均由變頻器提供，設(shè)定后即可使用。圖4中X5/E1～E5為數(shù)字量輸入端子，同PLC的數(shù)字量輸出點(diǎn)相連，用于控制電機(jī)的急停和互鎖。DIGIN為數(shù)字量輸入單元(設(shè)定數(shù)字輸入高或低電平有效)，控制R/L/Q輸入和電機(jī)點(diǎn)動(dòng)開(kāi)始(JOG)。R/L/Q用于控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)和急停，此處設(shè)為電機(jī)永遠(yuǎn)正轉(zhuǎn)和接受外部急停信號(hào)輸入這兩項(xiàng)功能，將R/L/Q的QSP輸出端同MCTRL塊的QSP輸入端相連，通過(guò)MCTRL塊最終實(shí)現(xiàn)電機(jī)急停。

AIN1為模擬量輸入單元，完成給定速度信號(hào)的放大功能，將此信號(hào)通過(guò)CAN總線發(fā)送到變頻器12和NSET塊(速度設(shè)定調(diào)節(jié)塊)，NSET塊根據(jù)NSET塊LOAD點(diǎn)和JOG1點(diǎn)輸入選擇輸出N(給定速度)或JOG1(固定速度)到MCTRL(電機(jī)控制塊)，NSET塊中LOAD點(diǎn)輸入由MCTRL塊QSP-OUT點(diǎn)(急停)輸出決定。MCTRL塊實(shí)現(xiàn)電機(jī)的相位控制、速度控制和電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制。MCTRL塊的RESOLVER連接旋轉(zhuǎn)變壓器，實(shí)現(xiàn)速度反饋。MCTRL塊的LO-M-LIM和HI-M-LIM設(shè)定電機(jī)的下、上最大轉(zhuǎn)矩限幅值。MCTRL塊的FLD-WEAK點(diǎn)根據(jù)所使用的變頻電機(jī)說(shuō)明設(shè)定電機(jī)勵(lì)磁。MCTRL塊的PHI-LIM設(shè)定相位控制功能的修正值，MCTRL塊的MMAX和IMAX輸出顯示電機(jī)是否運(yùn)行于轉(zhuǎn)矩限幅狀態(tài)和電流限幅狀態(tài)。MCTRL塊的NSET輸出點(diǎn)(電機(jī)的實(shí)際線速度)同CMP塊(比較塊)輸入相連，檢測(cè)電機(jī)速度是否大于50r/min，將結(jié)果送往STAT塊(此塊信息自動(dòng)發(fā)送到CAN總線供PLC接收，決定生產(chǎn)線處于手動(dòng)控制狀態(tài)/自動(dòng)控制狀態(tài))。

DCTRL塊控制變頻器處于不同的工作狀態(tài)(跳閘、跳閘復(fù)位、快停、正常)，且將狀態(tài)信息通過(guò)DIGOUT塊(數(shù)字量輸出塊)和STAT塊輸出，分別供PLC和PC監(jiān)控機(jī)接收。跟隨電機(jī)的控制變頻器信號(hào)流程圖中主速度設(shè)定來(lái)自于CAN總線，用于修正的輔助速度設(shè)定來(lái)自于集成一體化激光位移傳感器。

圖4　變頻器11信號(hào)流程圖

CAN總線參數(shù)設(shè)定
由于變頻器距被控制電機(jī)約50m。根據(jù)文獻(xiàn)[1]Lenze變頻器9326設(shè)置手冊(cè)，此時(shí)傳輸速率應(yīng)設(shè)為1Mbits/s能保證通信正常。PC中的CAN卡和可編程控制器的CAN接口傳輸速率也必須設(shè)為1Mbits/s。為了實(shí)現(xiàn)各段生產(chǎn)線運(yùn)行速度的自動(dòng)跟隨，將變頻器11的CAN地址設(shè)為1，發(fā)送號(hào)設(shè)為258，變頻器12的CAN地址設(shè)為2，CAN-IN2接收號(hào)設(shè)為258，CAN-OUT2發(fā)送號(hào)設(shè)為259，變頻器13的CAN地址設(shè)為3，CAN-IN2接收號(hào)設(shè)為259，CAN-OUT2發(fā)送號(hào)設(shè)為260，變頻器14的CAN地址設(shè)為4，CAN-IN2接收號(hào)設(shè)為260。

結(jié)論

CAN總線的優(yōu)點(diǎn)已得到公認(rèn)。因其高性能，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等突出優(yōu)點(diǎn)得到越來(lái)越多的研發(fā)人員的青睞。文中的控制策略已在某廠生產(chǎn)線的集散控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用。生產(chǎn)運(yùn)行表明，整個(gè)系統(tǒng)具有控制精度高。運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便及維護(hù)方便等特點(diǎn)。可以滿足生產(chǎn)高質(zhì)量、高精度產(chǎn)品的要求。