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案例頻道CAN總線多軸系統(tǒng)解決方案在絲網(wǎng)商標(biāo)印刷機(jī)上的應(yīng)用
關(guān)鍵詞：
485、CAN總線、伺服驅(qū)動器、色標(biāo)、刮刀
1 引言
絲網(wǎng)印花機(jī)是一種在一塊材料上整齊有序地印制多種色彩、標(biāo)簽、字符等標(biāo)示符的設(shè)備。能印刷材料相當(dāng)廣泛，比如絲帶、膠帶、膠貼、橡筋帶、棉帶、人字帶、布帶和織邊帶等等外，還包括人造皮革和膠料。其中輪轉(zhuǎn)式印刷機(jī)系列還可以印制成衣、鞋帽、玩具及各種帶類的商標(biāo)。目前國內(nèi)多色印花機(jī)基本上采用的多PLC控制方案，系統(tǒng)由一個主PLC協(xié)調(diào)整體系統(tǒng)工作，每個工位配置（一個工位印制一種花色）一個小PLC，該P(yáng)LC的作用主要是協(xié)調(diào)該色位的兩個電機(jī)之間的動作，一個動作是由步進(jìn)電機(jī)帶動色標(biāo)電眼去檢測誤差；另一個動作是刮刀伺服電機(jī)補(bǔ)償色標(biāo)電源檢測到的誤差并帶動印刷設(shè)備開始印刷工作。下圖是其中一個工位的部件指示圖：
2 系統(tǒng)要求
絲網(wǎng)印花機(jī)是一個由印花工位、烘干工位、拖膜工位、收料工位組成的系統(tǒng)，其中印花工位最為重要，如何保證每一個印花工位所印制的花色能夠準(zhǔn)備無誤地套在前一個色上是控制系統(tǒng)必須實現(xiàn)的功能之一。印花工位1（第一道工位）處于整條生產(chǎn)線的最前端，在這個工位上印制第一到花色，在該工位印制第一到花色后，后面的幾個工位在印制前要確保所印制花色的位置與第一到花色位置成一定位置關(guān)系，否則就會出現(xiàn)錯位的現(xiàn)象。因第一個工位處于系統(tǒng)最前面，所以無需要進(jìn)行誤差檢測。印花工位2/3/4/5/6/7/8（第2/3/4/5/6/7/8道工位）處于整條生產(chǎn)線的后端，在這幾個工位上印花前，必需確保所印制花色的位置與第一到花色的位置成一定位置關(guān)系，否則就會出現(xiàn)印花錯位的現(xiàn)象；因此在這幾個工位上有一個專門的色標(biāo)檢測電眼，通過電眼來檢測前一到工位所印花色的位置，從而調(diào)整本到工位應(yīng)該印制的位置，進(jìn)而起到校準(zhǔn)的作用。
3 以前方案介紹
整套系統(tǒng)中PLC之間采用485的通訊方式，主站PLC通過485來協(xié)調(diào)下面各個工位PLC之間的動作并交換各種數(shù)據(jù)，交換的數(shù)據(jù)包括報警信息、印制長度等，整套系統(tǒng)中所使用的PLC根據(jù)工位的增加而增加。
方案特點(diǎn)：
i.通訊速度慢、響應(yīng)不及時：采用485通訊方式，由于目前設(shè)備較長（8色機(jī)長度達(dá)到40米），要贏得穩(wěn)定的通訊，必須使用較低的通訊速率，因此整套系統(tǒng)響應(yīng)比較慢；
ii. 編程量大：系統(tǒng)中采用了多臺PLC，而PLC之間的數(shù)據(jù)交換必須通過編程來完成，每個PLC均要進(jìn)行獨(dú)立的編程操作，因此給編程、維護(hù)造成了大量的工作量；
iii.印刷速度慢、效率低：一個工作流程中各個工位與主PLC間交換數(shù)據(jù)的次數(shù)多，系統(tǒng)在交換數(shù)據(jù)上花費(fèi)了太多時間，造成了系統(tǒng)效率低下，印刷速度提不上去；
iv.升級能力不足：由于系統(tǒng)的印花數(shù)跟控制器有關(guān)，如果想增加新的花色還需要購買新的控制器和相關(guān)附件，因此增加了系統(tǒng)的改造成本；同時系統(tǒng)使用的主PLC也屬于小型PLC，如果新增工位，必然會對系統(tǒng)的整體性能產(chǎn)生較大影響，因此不利于系統(tǒng)的升級換代；
v. 系統(tǒng)成本高：每一個工位使用單獨(dú)的PLC進(jìn)行控制，增加了系統(tǒng)成本；
vi.接線眾多，距離長，抗干擾能力差：系列中每個印花工位都有汽缸，而這些汽缸都是統(tǒng)一由主PLC控制，系統(tǒng)從生產(chǎn)線的頭段到最后一個汽缸之間的距離很長，導(dǎo)致系統(tǒng)接線距離長，同時成本高，而且布線不便，故障檢查繁瑣等等問題；
4 現(xiàn)在采用方案
CANopen總線解決方案是當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域非常流行的總線解決方案，所有的硬件設(shè)備均連接到CAN總線上，設(shè)備間的數(shù)據(jù)交換通過總線來完成，由于具有很高的數(shù)據(jù)傳輸率，因此系統(tǒng)具有很高的實時性和很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。主PLC與各個工位之間的通訊全部采用總線，交換的數(shù)據(jù)可以更多，速度也更快，系統(tǒng)中印花工位的增加對控制器沒有任何成本影響，而且對整個系統(tǒng)的性能影響也甚小！
方案簡介：
1、系統(tǒng)配置
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名稱 |
型號 |
數(shù)量(Pcs) |
說明 |
|
PLC |
Kinco K406CN-24AT |
1 |
具有CAN總線通訊能力，支持標(biāo)準(zhǔn)CANopen 2.0A/B協(xié)議，能夠連接32個從站 |
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HMI |
MT4500T |
1 |
10.4寸TFT，65536色 |
|
刮刀伺服驅(qū)動器 |
ED430-0075-AA |
8 |
功率750W，具有CAN總線通訊能力 |
|
色標(biāo)伺服驅(qū)動器 |
ED100-AA |
7 |
功率400W，具有CAN總線通訊能力，能驅(qū)動步進(jìn)電機(jī) |
|
刮刀伺服電機(jī) |
80S-0075-30AA |
8 |
功率750W |
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色標(biāo)步進(jìn)電機(jī) |
2S56Q-02976 |
7 |
功率400W |
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遠(yuǎn)程I/O模塊 |
CANopen I/O |
3 |
具有CAN總線通訊能力，
8DI/8DO |
2、每個工位的操作面板
印刷左移：控制伺服電機(jī)帶動印刷臂左移
印刷右移：控制伺服電機(jī)帶動印刷臂右移
追色左移：控制色標(biāo)電機(jī)帶動色標(biāo)左移
追色右移：控制色標(biāo)電機(jī)帶動色標(biāo)右移
這4個按鈕開關(guān)信號均直接接入ED伺服驅(qū)動器，通過在伺服驅(qū)動器內(nèi)部對這4個輸入信號進(jìn)行編程，即可實現(xiàn)對伺服電機(jī)的控制，不需PLC在發(fā)送任何信號，為PLC節(jié)省了資源。另外ED系列伺服驅(qū)動器可以通過數(shù)字輸入接口進(jìn)行位置、速度、扭矩控制的功能：最多可以存儲256段包含位置、速度、加速度等控制指令的運(yùn)動控制程序，可通過多達(dá)8個的數(shù)字輸入信號選擇執(zhí)行不同的運(yùn)動控制程序，另外ED系列伺服還具有兩個可編程設(shè)定的數(shù)字輸出反饋信號，可以通過這兩個信號去控制汽缸等外部裝置。
3、印花工位控制
印花工位的控制是整個控制系統(tǒng)的核心，分為色標(biāo)電機(jī)控制和刮刀電機(jī)控制兩部分，控制要求即是在前一個色印刷完成后，本工位如何通過色標(biāo)來檢查誤差，然后把這個誤差傳輸?shù)焦蔚峨姍C(jī)，由刮刀電機(jī)來補(bǔ)償這個誤差，由此來實現(xiàn)準(zhǔn)確的套色。
a)色標(biāo)補(bǔ)償電機(jī)控制：
色標(biāo)補(bǔ)償電機(jī)的控制采用絕對定位模式和3模式來完成，在拖膜完成后，PLC通過CAN總線發(fā)送PDO命令到色標(biāo)伺服驅(qū)動器，然后色標(biāo)伺服驅(qū)動器即控制誤差補(bǔ)償步進(jìn)電機(jī)以絕對定位的方式運(yùn)行到目標(biāo)位置，然后自動切換成3模式返回，返回過程中檢查到色標(biāo)，即停止運(yùn)行，同時記錄下誤差；
b)刮刀電機(jī)控制：
刮刀電機(jī)的控制采用絕對定位模式，刮刀長度、刮刀速度均通過CAN傳送給伺服驅(qū)動器。刮刀目標(biāo)位置由色標(biāo)補(bǔ)償伺服驅(qū)動器把檢測到的誤差通過CAN總線傳遞給刮刀伺服，然后由刮刀伺服自動計算出電機(jī)運(yùn)行目標(biāo)位置，這個計算過程直接由工位上的兩臺伺服完成，無需PLC參與計算。刮板動作的開始與停止均通過PLC發(fā)送PDO來實現(xiàn)；
c)刮板氣缸控制：
刮板氣缸的啟動和停止通過PLC來完成，但氣缸的狀態(tài)則由伺服驅(qū)動器自身所帶DI接收，然后通過CAN傳送給PLC；
4、系統(tǒng)每個印花工位控制流程圖
PDO1：拖膜伺服走完定長后，需要給每個工位的色標(biāo)電機(jī)啟動運(yùn)行信號，發(fā)送內(nèi)容為0X6041、0X2170，色標(biāo)伺服收到信息后則觸發(fā)SEQUENCE(伺服內(nèi)部程序段，ED伺服內(nèi)部可編寫256段程序)進(jìn)入查找色標(biāo)狀態(tài)；
PDO2：色標(biāo)伺服在找到色標(biāo)后，把實際位置和輸入狀態(tài)發(fā)送到刮刀伺服驅(qū)動器（即當(dāng)前位置值 0X6063、輸入端狀態(tài)（0X2170），刮刀伺服通過接收0X6063并計算得到所實際的誤差值，再在刮刀電機(jī)目標(biāo)位置上加上該誤差，得到新的刮刀電機(jī)的目標(biāo)位置；而0X2170的作用是觸發(fā)刮刀電機(jī)進(jìn)入刮刀工作模式；當(dāng)然0X2170也可以通過硬件方式實現(xiàn)，即色標(biāo)電機(jī)找到色標(biāo)后，輸出一個OUT信號，再把這個OUT信號連接到刮刀電機(jī)的輸入端，通過輸入端去觸發(fā)一個SEQUENCE使電機(jī)進(jìn)入刮刀模式；
5 CAN總線解決方案為客戶帶來的直接好處：
b)采用總線控制方式，由伺服直接通過PDO進(jìn)行交換，減少了PLC之間的數(shù)據(jù)交換時間，系統(tǒng)循環(huán)時間大幅降低，生產(chǎn)效率得到大幅提高，比以前采用多PLC的方式提高20%；
c)印刷精度比以前提高1倍；
d)采用遠(yuǎn)程I/O，極大的減少了系統(tǒng)布線，降低了系統(tǒng)故障率；
e)系統(tǒng)擴(kuò)展能力大幅增強(qiáng)，可以很方便增加印刷工位；
f)開放式系統(tǒng)，客戶可以根據(jù)自身需求來更換系統(tǒng)部件；
g)總線式結(jié)構(gòu)、智能式伺服驅(qū)動器，可以很方便監(jiān)控系統(tǒng)各個工位的運(yùn)行狀態(tài)；
6 CAN總線解決方案比傳統(tǒng)方案的優(yōu)勢:
a)效率更高、速度更快：采用數(shù)字伺服控制控制、驅(qū)動技術(shù)，伺服能夠工作在加速、運(yùn)速、減速三種模式下；由于采用總線，系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性更好，減去了很多中間數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)，從而極大的提高了印刷速度；
b)實時性更強(qiáng)：由于采用CAN總線通訊，通訊波特率能夠高達(dá)1M，因此系統(tǒng)的實時響應(yīng)能力得到了很大的提升，主站與各個工位之間數(shù)據(jù)通訊更流暢、更及時；
c)減少工作量：整個系統(tǒng)采用一個主PLC控制，PLC只需要把所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)發(fā)送到總線上，每個工位的從站（伺服驅(qū)動器）會自動接收所需要的數(shù)據(jù)并自動進(jìn)行處理，因此極大的減少了工程的編程和維護(hù)量；
d)便于系統(tǒng)擴(kuò)展：采用了CAN總線方案，系統(tǒng)中所有設(shè)備均連接到總線上，由主PLC進(jìn)行調(diào)度，如果不需要某個工位或者要添加一個工位，那么只需把工位上的伺服驅(qū)動器折掉或連接到總線上，而不需添加別的任何控制設(shè)備，程序的改動量也很少，從而有效地減少客戶開支；
e)節(jié)約成本：省去了各個工位的控制器及其他相關(guān)設(shè)備，因此系統(tǒng)的成本得到了有效降低，同時PLC具有以太網(wǎng)、電話線接口，可以遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)，堅信系統(tǒng)維護(hù)成本；
f)可靠性增強(qiáng)：CAN總線具有強(qiáng)大的容錯、監(jiān)控、錯誤處理能力，可以很輕易的發(fā)現(xiàn)問題的所在，并能自動處理出現(xiàn)的各種故障并及時顯示各個節(jié)點(diǎn)所出現(xiàn)的報警信息，如果其中一個節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題，只需更換該節(jié)點(diǎn)即可；
g)網(wǎng)絡(luò)化管理：PLC具有以太網(wǎng)接口，可以接入上層管理網(wǎng)絡(luò)（比如ERP），實現(xiàn)管理層對現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控，可以根據(jù)生產(chǎn)線情況安排生產(chǎn)調(diào)度，進(jìn)而實現(xiàn)清晰和有效的計劃管理；
h)控制更靈活：ED系列驅(qū)動器是智能化伺服驅(qū)動器，具有很強(qiáng)的可編程能力，并具有DI/DO，是一個帶PLC功能的伺服驅(qū)動器，可以滿足一些小型場合的應(yīng)用，一些I/O點(diǎn)可以直接接入驅(qū)動器進(jìn)行處理，而不需PLC參與，為系統(tǒng)節(jié)省了大量I/O點(diǎn)；
i)開放及模塊化的系統(tǒng)設(shè)計，確保投資價值：該系統(tǒng)采用當(dāng)前最流行的控制方式，可以保證技術(shù)長期不過時，開發(fā)和模塊化設(shè)計保證系統(tǒng)可以任意擴(kuò)展并實時升級，從而可以確保贏得長期收益，最終確保投資價值；
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號