CN105911973A - 复合材料皮带滚压主机无线控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料皮带滚压主机无线控制系统，包括有由基于PROFINET工业总线标准的无线以太网SCALANCE系统，可编程逻辑控制器（PLC），带工业以太网接口的伺服驱动器，工业以太网Profinet通讯接口的绝对值编码器，一部手机或平板电脑作为的人机操作界面。本发明使用PROFINET作为工业网络通讯标准，与SCALANCE系统融合，组成一个无线工业网络，将传动部分与高度控制部分融成一体，提高了系统可靠性和兼容性，并完美解决了困扰行业内多年的传动部分与高度控制部分无法统一远距离控制，厂区主机无法统一综合控制，加热区、冷却区、中间抬升辊高度无法精确控制，操作员操作不便的难题。
Description
技术领域：
本发明涉及一种复合材料皮带滚压主机无线控制系统，属复合材料生产机械领域。
背景技术：
通常的树脂复合片材或板材带材或PP蜂窝板所用的皮带辊压机在速度控制方面，调速时需要操作人员接近皮带滚压主机直接通过变频器的操作面板对滚压机的上传动主辊、下传动主辊进行独立开环速度控制，然后依照变频器面板上显示的频率来计算实际的线速度，无法直观查看当前线速度。且因为近距离操作生产中的机器，噪音、粉尘、主机的传动机构都对操作人员的安全带来隐患。
在高度控制方面，加热区、冷却区、中间抬升辊的高度控制部分完全依靠操作工肉眼观看行程，无法精确控制上升和下降的高度。即使在主机上安装人机界面（即触摸屏）进行观察，，也会带来同样的安全问题。
同时，车间多台皮带滚压主机各自独立操作，无法形成一个操作系统，需要分别前往每台主机旁边才能进行相关操作。
以上这些都会给现场操作带来不便和安全隐患，影响生产效率的同时造成操作失误。上下传动辊产生的速差也会对复合材料板面造成影响，降低成品率，给复合材料生产厂家造成很大损失。因此，一种新型复合材料皮带滚压主机无线控制系统非常重要。
发明内容：
本发明提供一种复合材料皮带滚压主机无线控制系统，由一部或多部手机或者一部平板电脑来统一控制多台复合材料皮带滚压主机的上传动辊、下传动辊的速度，控制其加热区、冷却区、中间抬升辊的高度，控制复合材料皮带滚压主机将原材料树脂复合片材或板材带材或PP蜂窝板压制成为两层或两层以上的树脂复合片材（两层）或板材（多于两层）。
本发明采用的技术方案是：
一种复合材料皮带滚压主机无线控制系统，其特征在于：包括有主控系统、执行机构、无线以太网SCALANCE系统、人机操作界面；所述主控系统包括有可编程逻辑控制器（PLC）；所述执行机构包括有两个带工业以太网接口的伺服驱动器、三个带工业以太网Profinet通讯接口的绝对值编码器，复合材料皮带滚压主机上自带五个无线客户端模块，五个无线客户端模块分别与各个执行机构一一对应连接，各客户端模块紧靠RCOAX电缆安装；其中，两个伺服驱动器控制复合材料皮带滚压主机的上、下传动辊的线速度，三个绝对值编码器控制复合材料皮带滚压主机的加热区、冷却区、中间的抬升辊的高度；所述无线以太网SCALANCE系统采用基于PROFINET工业总线标准的无线以太网SCALANCE系统，包括有五个无线交换机，各个无线交换机通过PROFINET工业总线互连，每个无线交换机对应一个执行机构，每个无线交换机具有两个无线网卡接口，第一个无线网卡接口采用5GHz频段通道连接RCAOX电缆，实现与主控系统、各执行机构的通信，第二个无线网卡接口采用2.4GHz频段通道连接全向天线，实现与人机操作界面的无线连接；所述人机操作界面采用手机或平板电脑；所述可编程逻辑控制器将运算处理过的速度控制字实时传送给上、下传动辊以控制其线速度，把需要达到的高度值计算成十六进制数写给加热区、冷却区、中间抬升辊的绝对编码器以控制三部分的高度；同时，将伺服驱动器的状态字、实际速度反馈值传送回可编程逻辑控制器，将绝对值编码器当前的十六进制的计数值通过PROFINET工业总线传回可编程逻辑控制器，然后可编程逻辑控制器通过计算得出当前的实际高度值；最后将各控制参数和监控数据实时无线传送给人机操作界面以便监控各实际参数值。
所述的一种复合材料皮带滚压主机无线控制系统，其特征在于：所述复合材料皮带滚压主机上自带的五个无线客户端模块采用W747-1RR。
所述的一种复合材料皮带滚压主机无线控制系统，其特征在于：所述无线交换机采用SCALANCE W788-1PRO。
所述的一种复合材料皮带滚压主机无线控制系统，其特征在于：所述全向天线采用ANT795-4MA全向天线。
本发明中各部分的工作原理介绍如下：
1、基于PROFINET工业总线标准的无线以太网SCALANCE系统：Profinet基于工业以太网的特点使得人们可以非常方便灵活的把WLAN(无线局域网)应用于Profinet通信中，SCALANCE系统正是针对无线应用而设计，具有坚固、安全、可靠的特点，非常适用于Profinet的无线通信。复合材料皮带滚压主机综合无线控制系统的工业控制网络由SCALANCE W788-1PRO对应连接各个主、从站构成，用于现场层的高速数据传送。除周期性数据传输外，Profinet还提供所需的非周期性通信以进行组态诊断和报警处理。SCALANCE系统包括种类丰富的访问点AP、客户端、天线以及相应附件。
2、可编程逻辑控制器（PLC）：复合材料皮带滚压主机无线控制系统选用的西门子s7-400 PLC，在网络中作为整个系统的主站也是控制系统的核心，系统主站周期地无线读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。在s7-400 PLC中组态组态SCALANCEW788-1PRO。用从站的读、写程序通过现场总线来控制各个从站。
3、带工业以太网接口的伺服驱动器：复合材料皮带滚压主机无线控制系统选用带工业以太网接口的伺服驱动器SINAMICS S120，伺服驱动器作为各辊电机的驱动器。此伺服驱动器特点是更高的技术性能和更快的动态响应，内置有安全功能，且因内置编码器，此调速系统使用了闭环伺服控制方式，和常规的变频控制相比这种控制方式具有以下优点：零速时仍然具有额定转矩的负载能力，速度控制的精度更高，速度控制和转矩控制的动态性能得到改善。同时，本系统伺服驱动器带工业以太网接口，上、下传动辊的驱动器均被定义为本系统工业网络中的从站，与无线网络中的PLC实时通讯，具有高响应、与PLC及SCALANCE系统高兼容性的特点。
4、带工业以太网Profinet通讯接口的绝对值编码器：绝对值编码器和传统的增量型编码器不同是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。工业以太网Profinet通讯接口，使得加热区、冷却区、中间抬升辊所用的编码器可以接入无线通讯网络，实现系统传动部分与高度控制部分的统一控制。绝对值编码器具有多种输出码制（二进制码、十进制BCD码、格雷码），可以直接通过Profinet通讯接口无线传输数据给PLC。
5、人机操作界面
复合材料皮带滚压主机无线控制系统使用的人机界面可以是一部手机也可以是一部平板电脑，只要打开浏览器输入IP地址进入网络访问界面，就可以通过工业以太网网络进行通讯，其被定义为本系统中工业网络中的从站与PLC以及SCALANCE系统实时通讯。使用移动终端可以不用接近设备主机就可以直观的操控整个复合材料皮带滚压主机自动控制系统，更易于操作员操作和监视。且支持同时操作各不同IP地址的不同主机设备，实现了统一综合控制。
本发明的优点是：
本发明使用PROFINET作为工业网络通讯标准，与SCALANCE系统融合，组成一个无线工业网络，将传动部分与高度控制部分融成一体，提高了系统可靠性和兼容性，可编程逻辑控制器（PLC）作为系统的主站，起大脑的作用，通过程序运算、与闭环控制电机的伺服驱动器以及人机界面进行实时无线通讯，完美解决了困扰行业内多年的传动部分与高度控制部分无法统一远距离控制，厂区主机无法统一综合控制，加热区、冷却区、中间抬升辊高度无法精确控制，操作员操作不便的难题。
附图说明：
图1为本发明系统结构示意图。
具体实施方式：
如图1所示，一种复合材料皮带滚压主机无线控制系统，包括有由基于PROFINET工业总线标准的无线以太网SCALANCE系统，可编程逻辑控制器（PLC）1，带工业以太网接口的伺服驱动器2、3，工业以太网Profinet通讯接口的绝对值编码器4、5、6，一部手机或平板电脑作为的人机操作界面7。
1、基于PROFINET工业总线标准的无线以太网SCALANCE系统：如图1，系统中一共采用5个无线交换机（AP）8，型号为SCALANCE W788-1PRO，每个AP由PROFINET工业总线互连且各自对应一个执行机构，该AP有两个无线网卡接口，可以分别采用2.4GHz和5GHz两个频段。第1个无线网卡接口连接RCAOX电缆9。为了避免信道干扰，5个AP采用5个不同的5GHz信道，用于与主控系统、各执行机构的无线通信。第2个接口则采用ANT795-4MA全向天线10，采用2.4GHz频段，用于与人机操作界面，即手机或平板电脑的无线连接，方便调试与操作。复合材料皮带滚压主机上的无线客户端模块11选用W747-1RR，安装在设备本体上。客户端天线紧靠RCOAX电缆安装。硬件安装完毕后，打开无线搜索软件PST，对PLC及各执行机构即上传动辊、下传动辊、三个编码器及手机或平板电脑进行IP分配。网络中的地址分别定义为1，2，3，4，5，6，7。
2、可编程逻辑控制器（PLC）： 首先在PLC中组态五个AP，将其分别组态进PROFINET系统， PLC通过调用系统功能块SFC14、SFC15激活PROFINET接口来无线读、写各从站。将运算处理过的速度控制字实时传送给上、下传动辊以控制其线速度；把需要达到高度值计算成绝对值编码器识别的十六进制数写给加热区、冷却区、中间抬升辊的编码器以控制三部分的高度。同时，将伺服驱动器的状态字、实际速度反馈值传送回PLC；将带PROFINET通讯接口的绝对值编码器当前的十六进制的计数值统过总线传回PLC，然后PLC通过计算得出当前的实际高度值。最后将各控制参数和监控数据实时无线传送给人机界面以便监控各实际参数值。
3、带工业以太网接口的伺服驱动器：控制上压辊和下压辊的地址为2，3的SINAMICS S120驱动器通过无线工业网络与PLC通讯。两台伺服驱动器依据内置编码器信号进行伺服闭环控制的同时，将经处理后的实际速度反馈值通过工业无线网络传送给PLC。
4、工业以太网Profinet通讯接口的绝对值编码器：地址3，4，5为已经设置好的加热区、冷却区、中间抬升辊的编码器分别通过无线工业网络与PLC进行通讯。
5、人机界面：地址为7的人机界面可以是一部手机也可以是一部平板电脑，通过自带的浏览器，输入相应的IP地址，进入网络访问界面，即可以访问PLC中的各项参数及数据，间接的访问各网络子站，因此可以进行监控、调试及直接控制。
Claims (4)
1.一种复合材料皮带滚压主机无线控制系统，其特征在于：包括有主控系统、执行机构、无线以太网SCALANCE系统、人机操作界面；
所述主控系统包括有可编程逻辑控制器；
所述执行机构包括有两个带工业以太网接口的伺服驱动器、三个带工业以太网Profinet通讯接口的绝对值编码器，复合材料皮带滚压主机上自带五个无线客户端模块，五个无线客户端模块分别与各个执行机构一一对应连接，各客户端模块紧靠RCOAX电缆安装；其中，两个伺服驱动器控制复合材料皮带滚压主机的上、下传动辊的线速度，三个绝对值编码器控制复合材料皮带滚压主机的加热区、冷却区、中间的抬升辊的高度；
所述无线以太网SCALANCE系统采用基于PROFINET工业总线标准的无线以太网SCALANCE系统，包括有五个无线交换机，各个无线交换机通过PROFINET工业总线互连，每个无线交换机对应一个执行机构，每个无线交换机具有两个无线网卡接口，第一个无线网卡接口采用5GHz频段通道连接RCAOX电缆，实现与主控系统、各执行机构的通信，第二个无线网卡接口采用2.4GHz频段通道连接全向天线，实现与人机操作界面的无线连接；
所述人机操作界面采用手机或平板电脑；
所述可编程逻辑控制器将运算处理过的速度控制字实时传送给上、下传动辊以控制其线速度，把需要达到的高度值计算成十六进制数写给加热区、冷却区、中间抬升辊的绝对编码器以控制三部分的高度；同时，将伺服驱动器的状态字、实际速度反馈值传送回可编程逻辑控制器，将绝对值编码器当前的十六进制的计数值通过PROFINET工业总线传回可编程逻辑控制器，然后可编程逻辑控制器通过计算得出当前的实际高度值；最后将各控制参数和监控数据实时无线传送给人机操作界面以便监控各实际参数值。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料皮带滚压主机无线控制系统，其特征在于：所述复合材料皮带滚压主机上自带的五个无线客户端模块采用W747-1RR。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料皮带滚压主机无线控制系统，其特征在于：所述无线交换机采用SCALANCE W788-1PRO。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料皮带滚压主机无线控制系统，其特征在于：所述全向天线采用ANT795-4MA全向天线。
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