基于CAN总线的分布式多电机同步控制系统

CAN总线节点要有效，实时的完成任务，软件的设计是关键，也是难点。软件的设计主要包括变频器内部模块的信号流程设计和PC机中CAN通讯和控制软件的设计两部分。

图3　PC控制系统软件框图

PC机中CAN通讯和控制软件的设计
PC机中的软件主要完成CAN卡的初始化，主令电机转速的设定，主令电机转速的调整，以适应生产不同产品的工艺要求。同时应具有故障报警功能。程序框图如3所示。

主令电机变频器控制信号流图设计
Lenze9326为矢量控制型变频器。变频器内部共提供996个参数用于设定变频器内部70个软件模块的工作状态。但每次设定最多使用50个功能模块。变频器提供每个模块的运行时间。所选模块的运行时间总和不能超过规定的时间限定。

现给出设定好的控制主令电机的变频器11的信号流程图，如图4所示。使其工作于最大转矩限定的速度控制模式。图4中功能块均由变频器提供，设定后即可使用。图4中X5/E1～E5为数字量输入端子，同PLC的数字量输出点相连，用于控制电机的急停和互锁。DIGIN为数字量输入单元(设定数字输入高或低电平有效)，控制R/L/Q输入和电机点动开始(JOG)。R/L/Q用于控制电机的正转/反转和急停，此处设为电机永远正转和接受外部急停信号输入这两项功能，将R/L/Q的QSP输出端同MCTRL块的QSP输入端相连，通过MCTRL块最终实现电机急停。

AIN1为模拟量输入单元，完成给定速度信号的放大功能，将此信号通过CAN总线发送到变频器12和NSET块(速度设定调节块)，NSET块根据NSET块LOAD点和JOG1点输入选择输出N(给定速度)或JOG1(固定速度)到MCTRL(电机控制块)，NSET块中LOAD点输入由MCTRL块QSP-OUT点(急停)输出决定。MCTRL块实现电机的相位控制、速度控制和电机转矩控制。MCTRL块的RESOLVER连接旋转变压器，实现速度反馈。MCTRL块的LO-M-LIM和HI-M-LIM设定电机的下、上最大转矩限幅值。MCTRL块的FLD-WEAK点根据所使用的变频电机说明设定电机励磁。MCTRL块的PHI-LIM设定相位控制功能的修正值，MCTRL块的MMAX和IMAX输出显示电机是否运行于转矩限幅状态和电流限幅状态。MCTRL块的NSET输出点(电机的实际线速度)同CMP块(比较块)输入相连，检测电机速度是否大于50r/min，将结果送往STAT块(此块信息自动发送到CAN总线供PLC接收，决定生产线处于手动控制状态/自动控制状态)。

DCTRL块控制变频器处于不同的工作状态(跳闸、跳闸复位、快停、正常)，且将状态信息通过DIGOUT块(数字量输出块)和STAT块输出，分别供PLC和PC监控机接收。跟随电机的控制变频器信号流程图中主速度设定来自于CAN总线，用于修正的辅助速度设定来自于集成一体化激光位移传感器。

图4　变频器11信号流程图

CAN总线参数设定
由于变频器距被控制电机约50m。根据文献[1]Lenze变频器9326设置手册，此时传输速率应设为1Mbits/s能保证通信正常。PC中的CAN卡和可编程控制器的CAN接口传输速率也必须设为1Mbits/s。为了实现各段生产线运行速度的自动跟随，将变频器11的CAN地址设为1，发送号设为258，变频器12的CAN地址设为2，CAN-IN2接收号设为258，CAN-OUT2发送号设为259，变频器13的CAN地址设为3，CAN-IN2接收号设为259，CAN-OUT2发送号设为260，变频器14的CAN地址设为4，CAN-IN2接收号设为260。

结论

CAN总线的优点已得到公认。因其高性能，实现简单等突出优点得到越来越多的研发人员的青睐。文中的控制策略已在某厂生产线的集散控制系统中得到应用。生产运行表明，整个系统具有控制精度高。运行稳定、操作简便及维护方便等特点。可以满足生产高质量、高精度产品的要求。