实时总线多轴运动控制平台在交叉铺网机控制的应用

1．4 铺网小车速度调整设定
通常铺网小车的速度要不断采集跟踪前道工序（梳理机）的输入速度。为了使针刺后的纤网横向匀度处于最佳状态，在整个铺网行程中设有20个(前进10个，后退10个)速度调整点，速度调整点的速度一般在梳理机速度的8O％～120％之间设定，用户可以根据要求设计铺网曲线。PC机根据设定值进行微调点之间的速度平滑计算，控制各个电机的运动，获得预期的铺网曲线。
1．5 纠偏控制与安全互锁
在铺网过程皮帘会发生偏移，若不及时纠正有可能损坏皮帘。在铺网机的前后帘各有一个纠偏机构，在帘的两端放有两组光电传感器，用来检测前后帘的偏斜，若发生偏斜，则用纠偏机构上的液压缸来调节纠偏机构的高度，以达到调节前后帘偏斜的目的。铺网机的纠偏通过PLC I/O进行控制，该控制系统通过一种自行设计的独特纠偏机械结构进行配合，在系统的软件和硬件中采用双重I/O互锁来保证机构的安全和可靠性，防止误动作的发生，试验证明纠偏动作少，皮帘位置准确，保证了产品的质量。
2、RTSB总线多轴运动控制平台
RTSB总线运动控制平台是我们自主开发的一项技术。传统控制系统驱动和PLC I/O与控制器是直接相连的，一个伺服电机至少有11根线，当轴数和I/O点多时，布线相当多，出于可靠性考虑，线长有限（一般3-5米），扩展不易，可靠性低，维护困难。而现场总线用一根通讯线或光纤将所有的驱动和I/O级连起来，传送各种信号，以实现对伺服驱动的智能化控制。这种方式连线少，可靠性高，扩展方便，易维护，易于实现重配置，是控制系统的发展方向。我们自主研究的高速实时串行通讯总线（RTSB），它具有完全同步的四端口，系统带宽48Mbps，可同步控制128轴（每个端口的通讯速率为12Mbps，可连接32个设备），无实时操作系统时周期抖动500ns，最小循环时间500us（3轴），最大传输距离可达100米，数字I/O点可达2048/2048，模拟I/O可达32/32点，具有可重构配置系统和实时任务二次开发功能。所有的控制功能全部由上位PC机完成，这为在一个强大的CPU下支持复杂中央控制模型和智能化控制实现卓越的运动性能并确保机器运行的高可靠性提供了可能。


图4. 智能开放运动控制平台的体系结构
为了满足当前广大中小企业对控制器二次开发形成具有企业自主知识产权控制器，提升企业产品的核心竞争力的要求。我们以RTSB总线为基础，开发了基于高速实时同步运动控制网络的软件化智能控制通用平台，为流程工业和以运动系统应用为主的各类设备的运动控制提供一个体系开放、性能优良、功能柔性、适合高速高精控制、融合智能的网络化通用控制平台。该平台综合了运动控制和PLC控制的优点，具有成本低、软件化、开放性和智能化的优点，满足当前企业对控制器二次开发的迫切要求。智能开放运动控制平台的体系结构如图4所示。开放结构运动控制平台由一系列结构对象构成。根据它们在控制中的功能不同，这些对象可以归纳为四个不同的层次模型，构成开放智能运动控制系统面向对象的总体结构。该模型将分布于不同地点，不同控制模块的I/O以及驱动系统，集中于中央控制器集中控制，构成节点分布，控制集中的通用总线式软件化智能运动控制平台。
GUI接口层：实现非实时控制任务的处理，形成调度运动控制和逻辑控制等实时任务的执行序列；同时也是对用户智能开放的界面层，通过用户自定义智能接口，将各种新工艺、新技术、新方法集成于控制系统的基础平台。
界面访问层：通过Windows 动态链接库形式实现系统NC内核的开放，构造应用程序访问系统内核的接口通道。
设备驱动层：实现设备的实时控制，通过DMA或Windows 消息实现信息的交换。
控制节点层：节点功能可以动态配置的智能设备终端控制器或具有自治功能的独立功能模块，实现运动量控制以及I/O状态处理。将中央智能控制模型分布执行的物理设备。
3、系统的软硬件组成


铺网机的控制系统组成如图5。上位机采用工控机，配15”触摸屏，在控制箱中插有一块PCI的RTSB通讯主卡，通过通讯电缆与总线接口机箱相连，总线接口机箱将接受到的信号分别控制五个伺服电机和PLC的输出点（包括纠偏电机），并同时将电机的编码器信息、上下小车的绝对编码器位置及PLC的输入状态返回到PC机。PC机完成系统的人机界面、运动规划、I/O逻辑运算、故障诊断及通讯等功能。
系统的任务主要由实时性任务和非实时任务两部分：
实时任务：当1ms定时到达后，由硬件通知系统发生中断，进行数据的接收和发送处理。
非实时任务：系统进行人机界面的更新、参数输入的扫描与处理以及系统得运动规划等。
在铺网机的操作主界面，可完成系统的手动自动操作，通过不同密码分级，设备操作工人可配置设备运行参数、机械参数和控制系统参数。
4、结论
高速交叉铺网机的控制是一项综合技术，它涉及到机械与电器的配合与控制。本系统的开放性和高速总线通讯功能为高速交叉铺网机提供了一种有效的控制方案。经过实际运行证明，系统操作方便、控制效果好，产品质量高、运行稳定可靠。
参考文献：
[1]．齐哲，丁艳瑞，国外交叉铺网技术概述，河南纺织高等专科学校学报，2003,15(3)：15-17
[2] 郑安平，孔汉，张海平，高永田,交叉铺网机的电气控制技术，非织造布，2005，13（1）:43-45
[3] 王延熹．非织造布生产技术[M]．上海：中国纺织大学出版社，1998

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