CN203299640U - 碳纤维多轴向经编机实时高低速通信控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及纺织经编技术领域，具体涉及一种碳纤维多轴向经编机实时高低速通信控制系统，包括实时高速PowerLink总线、低速X2X通信总线，以及通过信号转换器连接实时高速PowerLink总线、低速X2X通信总线的人机操作设备；所述低速X2X通信总线上通信连接有主控制器，与主控制器通信连接的第一铺纬控制器，与第一铺纬控制器通信连接的第二铺纬控制器，与第二铺纬控制器通信连接的第三铺纬控制器，以及与第三铺纬控制器通信连接的辅控制器；本实用新型为集中管理、分布式控制，对各控制单元进行协调和管理，大大提高了运行的稳定性及系统的效能。

Description

碳纤维多轴向经编机实时高低速通信控制系统

技术领域

本实用新型涉及纺织经编技术领域，具体涉及一种碳纤维多轴向经编机实时高低速通信控制系统。

背景技术

碳纤维多轴向经编机主要用于编织各种规格的碳纤维多轴向织物，其原理是将平行伸直、无卷曲的碳纤维纱线可以垂直地或以所需的角度引入织物结构中,通过结构设计实现定向增强。这种结构的织物具有各向同性的适应力与应变能力，以及极高的抗撕裂传递性和良好的适型性。因此，多轴向碳纤维经编织物在柔性复合材料领域中具有独特的优势，由于碳纤维的特殊性能，被广泛应用于复合材料中，在航空航天工业、国防工业、风力发电和汽车工业等有非常好的应用前景，是目前各国争相发展的前沿设备。

碳纤维多轴向经编机是由29个独立控制的运动轴、300多个控制点组成的十分复杂的联动系统，这些独立控制轴的运动和控制点既有内在的联系，相互依赖又有相对的独立性，它们的运动轴各自按自己的运动轨迹及数学模型协调工作，完成碳纤维的铺纬和编织等工作。这样大型的复杂控制系统采用传统的集中控制系统和一般的分布式控制系统无法实现，而国外对碳纤维多轴向经编机的控制技术又进行封锁，因此需实用新型新的控制方法，适应碳纤维多轴向经编机大型且复杂多变的联动系统。传统的设计方法为集中控制，即用一台计算机来分时控制各部件，这样的集中控制对部件多的装置很难实现，集中控制方式，虽然控制系统廉价，但功能相对筒单、实时性差、可维性低、可扩展性差差，适用于部件少的小型控制装置。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供一种集中管理、分布式控制的碳纤维多轴向经编机实时高低速通信控制系统，对各控制单元进行协调和管理，大大提高了运行的稳定性及系统的效能。

实现本实用新型的技术方案如下：

碳纤维多轴向经编机实时高低速通信控制系统，包括实时高速PowerLink总线、低速X2X通信总线，以及通过信号转换器连接实时高速PowerLink总线、低速X2X通信总线的人机操作设备；

所述低速X2X通信总线上通信连接有主控制器，与主控制器通信连接的第一铺纬控制器，与第一铺纬控制器通信连接的第二铺纬控制器，与第二铺纬控制器通信连接的第三铺纬控制器，以及与第三铺纬控制器通信连接的辅控制器；

所述主控制器、第一铺纬控制器、第二铺纬控制器、第三铺纬控制器、辅控制器中均设置有通信模块，主控制器的通信模块与第一铺纬控制器的通信模块连接进行信号传输，第一铺纬控制器的通信模块还与第二铺纬控制器的通信模块连接进行信号传输，第二铺纬控制器的通信模块还与第三铺纬控制器的通信模块连接进行信号传输，第三铺纬控制器的通信模块与辅控制器的通信模块连接进行信号传输；

所述实时高速PowerLink总线上连接若干个伺服控制器，每一伺服控制器信号连接一伺服电机。

所述主控制器、第一铺纬控制器、第二铺纬控制器、第三铺纬控制器中分别设置有对输出的信号进行放大的中继模块。

所述信号转换器为传输数据的路由器。

所述辅控制器中设置有对展纤辊的加热温度进行实时检测的检测模块。

本系统创新点是基于实时高低速通信控制方法的分布式控制方案，它相对于现有的集中控制具有以下优点：

1、提高了碳纤维多轴向经编机的编织速度和性能，本系统中人机操作设备采用专业控制计算机进行数据交换，且采用实时高速PowerLink总线EthernetPower Link，通信速率100Mbps，具有实时高性能。本系统有300多个I/O信号，如某一按钮输入，它们数量大但实时性要求较低，因而使用专用的低速低速X2X通信总线，通信速率2Mbps，这样几百个I/O信号的传输不影响专业控制计算机进行高速数据交换，这样实时高速PowerLink总线与低速X2X通信总线构成高低速总线，类似于高速公路和普通公路一样，实时且通信迅速，大大提高了通信效率，这是本系统重要特色之一。

2、专业控制计算机进行数据交换是采用实时高速PowerLink总线EthernetPower Link，在通信内涵上完全区别于一般工业以太网络，它完全可以满足碳纤维多轴向经编机复杂运动控制实时性的要求。

3、对控制器、若干执行元件的分布式控制的控制系统，采用多个专业功能计算机分布式控制执行功能部件和控制器模块，效率和可靠性高且简化了大系统设计。

4、因为每个控制器都相对独立，相互之间不干扰，当系统中控制器或模块出现故障时，不会影响到其它控制器或模块，维修方便，可维护性增强。

5、由于采用独立设置的实时高速PowerLink总线、低速X2X通信总线进行通信，系统可扩展性强，为设备升级提供了开放式的平台。

由于它是具有高低速二条通信总线的分布式控制系统，大多数部件都具有专用控制器，完全能够满足碳纤维多轴向经编机的操控要求；本实用新型的核心是同时采用高速实时高速PowerLink总线Ethernet Power Link（100Mbps）和低速的X2X（2Mbps）二种通信总线，将高速实时信号与多个低速I/O信号分开传输。实时高速PowerLink总线对快速变化的被控制单元进行分布式的控制，各被控制单元都有计算机能对本单元的功能进行自动控制，通信总线用于交换信息；采用低速X2X总线对相对慢速的I/O进行信息交换；两条通信总线间的信息交换通过信号转换器进行。

人机操作设备内含运动控制计算机、人机界面计算机。运动控制计算机为主控计算机，它对碳纤维多轴向经编机中每一轴的运动进行解析并将它们的控制程序分配到各自的专用控制器里，对各控制器集中管理、对通信总线及路由器进行统一管理等；而人机界面计算机主要用于人工输入输出、显示等；路由器用于两条通信总线间的信息交换。这样就构成了由高低速通信总线支撑的、由控制器组成的集中管理、分布式的控制系统。

碳纤维多轴向经编机运动控制十分复杂，各运动控制轴实时性要求很高，本控制方法属于实时控制，也就是控制系统在满足性能要求的控制时间内绝对能收到或发出控制信息，这个控制时间决定于性能要求，本系统要求的控制时间为0．6MS（亳秒）。本控制系统采用通信总线来交换各控制器的信息，采用一束导线将各控制单元直接连接起来，在通信协议的支持下各控制器可通过这些导线来交换信息。

本控制系统采用的是集中管理、分布式的控制方法，即人机操作设备的计算机对各控制器进行协调和管理，如通过通信总线发布执行的指令，而指令的具体控制功能分布到各控制器执行，这样一个系统内的许多控制器同时、并行、协调地工作，大大提高了系统效能。

附图说明

图1为本实用新型控制系统的示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一步说明。

参见图1，碳纤维多轴向经编机实时高低速通信控制系统，包括实时高速PowerLink总线1、低速X2X通信总线2，以及通过路由器4连接实时高速PowerLink总线、低速X2X通信总线的人机操作设备3；人机操作设备内含运动控制计算机、人机界面计算机；

低速X2X通信总线上通信连接有主控制器5，与主控制器通信连接的第一铺纬控制器6，与第一铺纬控制器通信连接的第二铺纬控制器7，与第二铺纬控制器通信连接的第三铺纬控制器8，以及与第三铺纬控制器通信连接的辅控制器9；

主控制器、第一铺纬控制器、第二铺纬控制器、第三铺纬控制器、辅控制器中均设置有通信模块10，主控制器的通信模块与第一铺纬控制器的通信模块连接进行信号传输，第一铺纬控制器的通信模块还与第二铺纬控制器的通信模块连接进行信号传输，第二铺纬控制器的通信模块还与第三铺纬控制器的通信模块连接进行信号传输，第三铺纬控制器的通信模块与辅控制器的通信模块连接进行信号传输；主控制器、第一铺纬控制器、第二铺纬控制器、第三铺纬控制器中分别设置有对输出的信号进行放大的中继模块13，这样即使控制器之间具有一定的距离也能够保证可靠的通信。

实时高速PowerLink总线上连接若干个伺服控制器11，每一伺服控制器信号连接一伺服电机12。辅控制器中设置有对展纤辊的加热温度进行实时检测的检测模块14，可以对展纤辊进行实时监控。

本实用新型控制系统是运用高低速通信总线及由它连接29控制器及300百多个I/O控制点进行分布式控制的方法，路由器将高速总线及低速总线连接起来，人机操作设备将编织指令数据传入各伺服驱动器，通过自身的控制功能对经编机的经轴、牵拉轴及三套铺纬等系统进行控制。

1、实时高速Power Link总线1部分

根据碳纤维织物的工艺要求编制了执行程序，将所设计的程序输入到人机操作设备的存储器。人机操作设备将这些程序转换成各伺服系统的执行指令，实时高速Power Link总线1传输这些指令，通过经轴伺服控制器1021控制对应的交流伺服电机1022，该电机驱动经轴1023转动，其它轴类同。各轴按自已的数学模型及运动轨迹运动，合成复杂多变的运动状态，完成碳纤维织物的编织工作。伺服控制器将执行指令的情况通过实时高速Power Link总线1又实时地反馈给人机操作设备，经分析比较后下达新的执行指令，并在人机界面上显示出来。这样在实时高速Power Link总线1里完成高速实时数据的双向传输。

下面是图1中与实时高速Power Link总线连接的模块序号代表的名称；

1011：主轴伺服驱动器         1012：主轴伺服电机        1013：机床主轴

1021：经轴1伺服控制器        1022：经轴1伺服电机       1023：经轴1

1031：经轴2伺服控制器        1032：经轴2伺服电机       1033：经轴2

1041：经轴3伺服控制器        1042：经轴3伺服电机       1043：经轴3

1051：托布伺服控制器         1052：托布伺服电机        1053：托布驱动轴

1061：辅助托布伺服控制器     1062：辅助托布电机        1063：辅助托布驱动轴

1071：牵拉伺服控制器         1072：牵拉伺服电机        1073：牵拉驱动轴

1081：卷绕伺服控制器         1082：卷绕伺服电机        1083：卷绕

1091：铺纬1X轴伺服控制器     1092：铺纬1X轴伺服电机    1093：铺纬1X轴

1101：铺纬1Y轴伺服控制器     1102：铺纬1Y轴伺服电机    1103：铺纬1Y轴

1111：铺纬1Z轴伺服控制器     1112：铺纬1Z轴伺服电机    1113：铺纬1Z轴

1121：铺纬1剪切轴伺服控制器  1122：铺纬1剪切轴伺服电机 1123：铺纬1剪切轴

1131：铺纬1驱动轴伺服控制器  1132：铺纬1驱动轴伺服电机 1133：铺纬1驱动轴

1141：铺纬1上储纱轴伺服控制器1142：铺纬1上储纱伺服电机 1143：铺纬1上储纱辊

1151：铺纬1下储纱轴伺服控制器1152：铺纬1下储纱伺服电机 1153：铺纬1下储纱辊

1161：铺纬2X轴伺服控制器     1162：铺纬12X轴伺服电机   1163：铺纬2X轴

1171：铺纬2Y轴伺服控制器     1172：铺纬2Y轴伺服电机    1173：铺纬2Y轴

1181：铺纬2Z轴伺服控制器     1182：铺纬2Z轴伺服电机    1183：铺纬3Z轴

1191：铺纬2剪切轴伺服控制器  1192：铺纬2剪切轴伺服电机 1193：铺纬2剪切轴

1201：铺纬2驱动轴伺服控制器  1202：铺纬2驱动轴伺服电机 1203：铺纬2驱动轴

1211：铺纬2上储纱轴伺服控制器1212：铺纬2上储纱伺服电机 1213：铺纬2上储纱辊

1221：铺纬2下储纱轴伺服控制器1222：铺纬2下储纱伺服电机 1223：铺纬2下储纱辊

1231：铺纬3X轴伺服控制器     1232：铺纬3X轴伺服电机    1233：铺纬3X轴

1241：铺纬3Y轴伺服控制器     1242：铺纬31Y轴伺服电机   1243：铺纬3Y轴

1251：铺纬3Z轴伺服控制器     1252：铺纬3Z轴伺服电机    1253：铺纬3Z轴

1261：铺纬3剪切轴伺服控制器  1262：铺纬3剪切轴伺服电机 1263：铺纬3剪切轴

1271：铺纬3驱动轴伺服控制器  1272：铺纬3驱动轴伺服电机 1273：铺纬3驱动轴

1281：铺纬3上储纱轴伺服控制器1282：铺纬3上储纱伺服电机 1283：铺纬3上储纱辊

1291：铺纬3下储纱轴伺服控制器1292：铺纬3下储纱伺服电机 1293：铺纬3下储纱辊

操作过程如下：

开机后人机操作设备首先扫描系统各部件，通过低速X2X通信总线返回各自的工作状态，人机操作设备对各部件工作状态进行判断，只要有一个部件未准备好，在人机界面状态行显示该部件状态，并不能启动运行；若各部件都己准备好后，通过X2X发出准备好信号，指示灯柱呈绿色，按下快/慢车按钮，主电机启动，带动主轴1013转动；在主轴启动前，人机界面的计算机通过实时高速Power Link总线将控制经轴、铺纬等轴的指令分别送入伺服控制器1011、1021、……、1291，启动后由伺服控制器控制相应的电机1012、1022、……、1292，这些电机驱动相应的轴1013、1023、……、1293按指令速度转动；同时，经轴及铺纬等29个轴把实际运行状态信息实时地反馈给各自的伺服控制器，经实时高速Power Link总线送给人机界面计算机，并显示相应的状态。主控计算机对各部件工作状态进行归纳、判断及统计，并将统计结果显示在人机界面上，如编织速度、长度等等。伺服控制器的故障信息也通过实时高速Power Link总线反馈给人机界面计算机，经处理后人机界面计算机通过路由器将伺服故障信息发送到低速X2X通信总线，在低速X2X通信总线上的相应I/O模块发出故障停机信号，并进入停机待修状态。

2、低速X2X通信总线2部分

低速X2X通信总线2，它是贝加莱公司开发的产品。低速X2X通信总线连接五台PLC，它们分别是主控PLC、铺纬1PLC、铺纬2PLC、铺纬3PLC、及辅控PLC。低速X2X通信总线共连接54个模块，其中17个数字量输入（DI）模块，24个数字量输出（DO）模块，共计有145个输入部件，227个输出部件，这样碳纤维多轴向经编机的各控制部件便可以直接连接到这些模块上。信号经由这些模块再通过通信控制模块送入低速X2X通信总线2，再经过路由器传输给人机界面，由主控计算机处理，发出相应的控制指令。

下面是图1中与低速X2X通信总线连接的模块序号代表的名称；

主控PLC含：

通信模块BR9300              1块

数字量输入模块DI9371        5块

数字量输出模块DO9322        3块

模拟量输出模块AO2622        1块

中继模块BT9100              1块

铺纬1PLC含：

通信模块BR9300              1块

数字量输入模块DI9371        4块

数字量输出模块DO9322        3块

中继模块BT9100              1块

铺纬2PLC含：

通信模块BR9300              1块

数字量输入模块DI9371        4块

数字量输出模块DO9322        3块

中继模块BT9100              1块

铺纬3PLC含：

通信模块BR9300              1块

数字量输入模块DI9371        4块

数字量输出模块DO9322        3块

中继模块BT9100              1块

辅控PLC含：

通信模块BR9300              1块

数字量输出模块DO9322        12块

测温输入模块AT4222（2路）   2块

测温输入模块AT6402（6路）   1块

操作过程如下：

当准备信号（如各伺服准备好、各铺纬的展纤辊温度正常、无紧急停止、无安全报警、油压正常、空压正常、所有空开正常、54个纱筒正常等）都正常后，按下快/慢车按钮，该信号输入到开关量输入模块，并传给低速X2X通信总线2，低速X2X通信总线2通过路由器送入人机界面主控计算机并产生启动快/慢车工作信号，主轴按预先设定的快/慢速转动，其余28轴跟踪主轴运动，如二个送经交流伺服电机驱动经轴积极送纱，送纱量是根据织布花型的工艺要求来设定，三个铺纬装置按规定的宽度展纤、按规定的角度铺纬，主轴带动整个成圈部件上下，前后，左右移动，花盘控制梳栉的移动，这样成圈机构就可以织出预先设计好的碳纤维织物。当快/慢车启动后，如果出现任一个伺服故障、紧急停止、安全报警、油压跌落、空压太低、任一个空开跌落、任一个纱筒异常时，该信号传入到相应的输入模块，通过低速X2X通信总线2及路由器传入人机界面主控计算机，信号经过处理后立刻停机。当纱线张力过大时，该信号会通过开关量输入模块、经过低速X2X通信总线、路由器，显示在人机界面上，经过信号处理后控制停车。当安全部件由正常工作状态转变为非正常工作状态时，经编机会自动停车。此时就会输出相应的报警信号。

Claims (4)

1.碳纤维多轴向经编机实时高低速通信控制系统，其特征在于，包括实时高速PowerLink总线、低速X2X通信总线，以及通过信号转换器连接实时高速PowerLink总线、低速X2X通信总线的人机操作设备；

所述低速X2X通信总线上通信连接有主控制器，与主控制器通信连接的第一铺纬控制器，与第一铺纬控制器通信连接的第二铺纬控制器，与第二铺纬控制器通信连接的第三铺纬控制器，以及与第三铺纬控制器通信连接的辅控制器；

所述主控制器、第一铺纬控制器、第二铺纬控制器、第三铺纬控制器、辅控制器中均设置有通信模块，主控制器的通信模块与第一铺纬控制器的通信模块连接进行信号传输，第一铺纬控制器的通信模块还与第二铺纬控制器的通信模块连接进行信号传输，第二铺纬控制器的通信模块还与第三铺纬控制器的通信模块连接进行信号传输，第三铺纬控制器的通信模块与辅控制器的通信模块连接进行信号传输；

所述实时高速PowerLink总线上连接若干个伺服控制器，每一伺服控制器信号连接一伺服电机。

2.根据权利要求1所述的碳纤维多轴向经编机实时高低速通信控制系统，其特征在于，所述主控制器、第一铺纬控制器、第二铺纬控制器、第三铺纬控制器中分别设置有对输出的信号进行放大的中继模块。

3.根据权利要求1所述的碳纤维多轴向经编机实时高低速通信控制系统，其特征在于，所述辅控制器中设置有对展纤辊的加热温度进行实时检测的检测模块。

4.根据权利要求1所述的碳纤维多轴向经编机实时高低速通信控制系统，其特征在于，所述信号转换器为传输数据的路由器。