基于STM32和CAN总线的印染机同步控制系统设计
加入技术交流群
2 系统工作原理
系统的工作原理主要包括4部分：系统的工作前的调节，系统的启动，工作中的时时同步调节以及对故障的处理。
(1)在系统工作前，因为印染设备的各电机单元机械部分属性不可能都相同，所以要在传送布匹前调节各个部分的运转同步系数Li使其没有负载时线速度一样。在这里一般设置第1个单元控制器的第1个电机单元为主令单元，其他的为从动单元。需要调节个从动电机单元的运转速度与主动单元的线速度一致。这个系数Li设置后就在以后的运行中固定下来。
(2)系统的启动是由主控制器先向各单元控制器发出控制命令，包括设置布速V，以及达到布速v的上升时间间隔，然后主控制器给出总的启动命令，单元控制器根据主控制器的命令设置对应的8路信号输出，从而控制各电机单元按照预先的设置的上升时间间隔运转至设定的转速。
(3)系统工作中的调节，根据印染联合机的实际工作中，当当电机转速增加时，会改变张力传感器的测量数据。根据公式：
Vout=V0Li+KiFi (1)
式中：Vout为D／A转化的输出电压；Li为系统启动前设置的运转同步系数；V0为主动电机单元的D／A输出电压；Fi为张力传感器的输出；Ki为VOUT输出对张力传感器输出反馈Fi的灵敏性。通过输出反馈Fi，在电机的控制端组成了一个小的闭环系统。张力传感器示意图如图4所示。
张力传感器反馈调节同步的基本原理：在正常状态，传感器的触点停在中间状态，这是传感器的输出电压为零，当电机转速加快，造成布匹的张力变大时，会造成张力传感器的触点向下移动，这是传感器的输出会变为负值，这是根据式(1)，Vout的值会减小，也就减慢了相应电机的转速。这样就可以达到同步的目的。
(4)对故障的处理：在实际的工业生产过程中，不能绝对保证系统会毫无故障的运行，根据以往的印染联合机的生产经验，张力传感器是里面可能会出故障部分，所以根据实际情况，在设计了张力传感器的共享机制，以及电机输出通道的自由配置功能，如果张力传感器Fi不能够正常工作，也就是说它所对应输出(Vout)，没有输出调节功能。这时单元控制器会把他相邻的电机控制电压(Vout)i-1输出到(Vout)i。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/201611/323191.htm
3 系统主要部分的的软件设计
软件设计采用模块化的软件设计思想，主要实现以下几个模块：主机人机交换界面，系统运行监控模块，各单元控制器CAN总线通信模块，传感器数据采集模块，单元控制器电机控制调节模块，故障分析判断处理模块以及运行数据保存模块。其中CAN总线通信模块，以及各模块间的协调是难点。
3．1 CAN总线通信模块设计
CAN总线通信模块的主要作用是传输主控制器发出的控制命令，以及各单元控制器上传各自的状态数据。CAN节点收到数据后对数据进行解析，得到相应的命令与数据。
CAN总线节点的软件设计主要包括3部分：CAN节点初始化、报文发送和报文接收。初始化程序设计对于CAN总线节点的正常工作相当重要。它主要包括工作方式、时钟输出寄存器、接收屏蔽寄存器、接收代码寄存器、总线定时器、输出控制寄存器和中断允许寄存器的设置。
3．2 系统各软件模块间的工作协调
(1)主控制器通过把控制命令发送到CAN总线上面，相应节点接收并提取相应的命令，按照命令进行相应的操作。
(2)各单元控制器循环采集各张力传感器的数据，根据数据时时调整相应电机的工作状态。
(3)各单元控制器每隔一定时间把各自下属的8个电机状态通过CAN总线发送给主控制器，主控制器提取里面的状态信息，记录各节点的状态信息，并显示在人机界面上面。
(4)人们可以根据具体的情况设置各个电机的工作状态。
4 结语
从系统的原理设计可以看出，这种印染联合机设计，采用主频为72 MHz的处理器，可以把数据的处理在各单元控制器上面完成。采用由张力传感器组成的最小反馈调节系统，保证了系统的时时同步。改变了把状态信息传递各总控制器后，由总控制器实施同步的大循环反馈方式。另外，这种设计采用了集成度比较高的MCU，有12位的A／D，D／A转换通道，这样系统就没有外围采样电路，避免了工厂复杂环境对系统的影响。
总之，这种印染联合机的设计实现了现有高性能处理器与先进的CAN总线控制网络的结合，并且硬件设计简单，抗干扰能力强，软件模块化设计。系统采用小的反馈回路，一方面减少了总线上面的数据流量，另一方面避免了总线上面的传输延时，使得电机同步更加及时准确。
评论