1.引言
染色過程是對織物采用染浴(染料+助劑+溶劑)處理，通過染料和織物纖維發(fā)生化學(xué)或物理化學(xué)的結(jié)合，使染料轉(zhuǎn)移到纖維上而生成不溶性的有色物質(zhì)。
卷染機(jī)是間歇式平幅染色機(jī)械，織物以平幅狀態(tài)通過染槽，往復(fù)卷繞于卷布輥上實(shí)現(xiàn)染色。它不僅適用于各種染色工藝，還適用于退漿、煮練、漂白、洗滌和后處理等工藝，具有體積小、投資少、用途廣等特點(diǎn)，操作簡單、更換顏色和品種方便，特別適合于中小批量染色加工，可以節(jié)約能源和染料，費(fèi)用低廉。
卷染機(jī)根據(jù)布卷容量可分為普通卷染機(jī)(最大外徑600mm)和大容量卷染機(jī)(最大外徑1200～1500 mm)；按染色工藝可分為常壓型(最高工作溫度95℃)和高溫高壓型(最高工作溫度140℃)；按卷布輥傳動方式可分為機(jī)械傳動、液壓傳動、直流傳動、交流變頻傳動等多種形式。
雙變頻器卷染機(jī)通過采用兩臺變頻器分別控制前后兩個卷布輥電機(jī)，實(shí)現(xiàn)兩個卷布輥對織物反復(fù)收卷、放卷的恒線速度恒張力運(yùn)行控制；同時還要實(shí)現(xiàn)計長測徑、自動平穩(wěn)換向、自動停車、以及對染浴的PID恒溫控制等，工藝參數(shù)設(shè)定、顯示及相關(guān)操作和監(jiān)控由觸摸屏完成。
2.控制系統(tǒng)方案
雙變頻器卷染機(jī)控制系統(tǒng)ATV31系列經(jīng)濟(jì)型磁通矢量變頻器，通過Micro PLC(TSX3722)加CANOpen通訊擴(kuò)展卡(TSXCPP110)作為主站，通過CANOpen總線控制2臺ATV31變頻器(內(nèi)置CANOpen接口，作為從站)的調(diào)速和同步控制，同時配Magelis XBT-G 5.7”黑白觸摸屏進(jìn)行系統(tǒng)操作和監(jiān)控。
3.控制系統(tǒng)簡介
CAN (Controller Aera Network，控制器局部網(wǎng)) 是德國Bosch公司在1983年開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，最初應(yīng)用于現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換，是一種多主方式的串行通訊總線，介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜和光纖，速率可達(dá)1Mbps，支持多達(dá)128個節(jié)點(diǎn)；具有高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤，保證數(shù)據(jù)通訊的可靠性。
CANOpen是在CAN底層協(xié)議(物流層和鏈路層)之上實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用層協(xié)議，是一個基于CAL(CAN Application Layer)的子協(xié)議，為PLC、工業(yè)器件、接口、應(yīng)用子協(xié)議等定義了頁/幀狀態(tài)。在CANopen網(wǎng)絡(luò)中，采用中心授權(quán)機(jī)制，通過一個NMT-Master對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，通信機(jī)制比較簡單，適合于所有機(jī)械的嵌入式網(wǎng)絡(luò)，可以降低設(shè)備的復(fù)雜程度，在工業(yè)領(lǐng)域(如汽車、電梯、醫(yī)療、船舶、紡織機(jī)械等)得到了廣泛應(yīng)用，是歐洲最重要的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。
CANOpen報文結(jié)構(gòu)
ATV31變頻器內(nèi)置了CANOpen總線接口，支持127個節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)傳輸速度最高可達(dá)1Mbps，傳輸距離根據(jù)傳輸速度從5米到5000米，該接口(RJ45)管腳定義如下圖。
在Micro PLC CPU模塊的通訊擴(kuò)展插槽中插入TSXCPP110通訊擴(kuò)展卡) ，采用屏蔽雙絞線和CANOpen分線盒(VW3 CAN TAP 2)與ATV31變頻器內(nèi)置的CANOpen總線接口連接，即可構(gòu)成CANOpen總線。
通過PL7 Pro編程軟件(版本號>V4.3)和SyCon配置工具軟件(版本號>V2.8)，以及ATV31變頻器嵌入SyCon設(shè)備數(shù)據(jù)庫的EDS文件，可以方便地完成CANOpen總線的配置。在ATV31變頻器通訊菜單(CON-)中只需設(shè)置CANOpen總線地址(AdC0)和傳輸速度(bDC0)即可。
通過CANOpen總線對ATV31變頻器進(jìn)行通訊控制時，可采用過程數(shù)據(jù)目標(biāo)(PDO: Process Data Objects)完成實(shí)時數(shù)據(jù)交換(周期性刷新或數(shù)據(jù)變化時交換)，ATV31變頻器支持兩種預(yù)設(shè)置的PDO：
1 PDO1：一個接收的PDO(如控制字CMDD)和一個發(fā)送的PDO (如狀態(tài)字ETAD)
2 PDO6：兩個接收的PDO和兩個發(fā)送的PDO (可根據(jù)需要設(shè)置不同的參數(shù))
PDO自動映射到Micro PLC內(nèi)設(shè)置對應(yīng)的內(nèi)存區(qū)內(nèi)，Micro PLC對ATV31變頻器的控制等同于對自身對應(yīng)內(nèi)存的讀/寫操作，無需編寫任何通訊程序；同時，ATV31變頻器支持兩種起
動/停止控制方式：通訊指令控制(通過控制字CMDD)和輸入端子控制(通過邏輯輸入口Lix)。
此外，ATV31支持服務(wù)數(shù)據(jù)目標(biāo)(SDO: Service Data Objects)，可用于系統(tǒng)組態(tài)和參數(shù)設(shè)置；同時，還支持識別代碼的缺省分配、廣播方式(COB-ID為0)、NMT-Master服務(wù)、“心跳”(Heartbeat)目標(biāo)、急停目標(biāo)、節(jié)點(diǎn)監(jiān)護(hù)目標(biāo)等其它功能。
4.卷布輥收卷/放卷控制算法
卷染機(jī)工藝要求兩個卷布輥對織物反復(fù)收卷、放卷的恒線速度恒張力控制，因此需要在系統(tǒng)中對卷染張力(Tf)和速度(vf)進(jìn)行精確測量，將測量值輸入到PLC中，與設(shè)定張力(T0)和速度(V0)進(jìn)行比較和PID運(yùn)算后，輸出轉(zhuǎn)速信號(v)控制卷布輥運(yùn)行。卷布輥收卷時，轉(zhuǎn)速隨卷徑增大而逐漸減小；放卷時，轉(zhuǎn)速隨卷徑減小而逐漸增大，具體算法如下：
收卷算法：v=v-PID(v0-vf) -PID(T0-Tf)
放卷算法： v=v +PID(v0-vf) +PID(T0-Tf)
5.結(jié)束語
本系統(tǒng)使用CANopen的高速通信，保證控制的實(shí)時性，另外，Twido 即將推出CANopen模塊，這樣會使成本大大降低。
