Modicon M340在教育行業的應用
引言
隨著實踐教育的日益重視，在辦學模式上，國家十分提倡走校企合作
之路，希望雙方達成共識，實現雙贏。中國高等教育的發展十分需要
與企業之間建立良好的合作關系，從而實現資源共享、優勢互補、平
等互利、共同發展。企業與高校的合作能為其在人才戰略上提供有利
保障，雙方一起致力于推廣各領域的先進技術，為中國培養大量多層
次、實用型、高素質人才，并共同開展科研工作。
項目介紹
施耐德電氣與2006年啟動大學計劃，旨在通過與中國頂尖高校間長
期的雙贏合作，改善中國高等教育質量，交流知識，并為青年人才提
供支持和激勵。施耐德電氣推動此計劃的益處在于將在未來的招聘工
作中吸引和培訓更多的優秀學生，同時產生并實現行的創新理念。這
也是施耐德電氣的本土化和回饋社會的集中體現。
施耐德電氣大學計劃包括一套整體的合作方案，在課程和教育、研發
合作以及人才培養上對大學和學生提供幫助與支持。
東華大學—施耐德電氣聯合實驗室創立與2008年6月，如左圖所示。
旨在培養全方位的人才。經過多次磋商和論證，雙方確定了聯合實驗
室的建設內容以交流變頻和伺服驅動為主線，可編程序控制器為核
心、工業網絡為基礎、包括各種傳感器和其它低壓電器應用。此實
驗系統上可以開展單機學習，如變頻、伺服、人機界面、PLC的基本
使用方法；可以開展以小組為單位 (兩臺伺服、一臺人機界面、一臺
PLC)的基于CANBUS的協調運動控制，如以具有編碼器反饋的變頻調
速系統為主令機，伺服系統為從動機的多單元協調速度控制；可以開
展對所有小組實施基于以太網的遠程上位機監控的學習等。
1、基于CANBUS和工業以太網的運動控制系統
為了體現工程應用，在現有的系統框架下，設計了一套以平網印花為背景的控制方案。
1. 平網印花部分流程模擬系統
平網印花機因能印制絕大多數花型，尤其是特精細和特大花回的圖案，而被印染、家紡、針織、
絲綢等行業廣泛使用。平網印花機系統通常有多臺印花單元，每個印花單元負責一種顏色的刮
印，由中央控制單元PLC 統一指揮。 因此，每個印花單元都必須將其工作狀態及刮印參數如刮刀
刮印的次數、速度、行程等信號傳遞到上位機；同時每個印花單元能接受來自上位機的控制信
號，執行刮印命令；還可以通過上位機修改印花單元上的參數。這些信息的傳遞通過現場總線完
成。CAN總線控制使印花單元具有了現場總線通信功能，不用增加任何硬件就可以使多套印花單
元和中央控制PLC 一起構成現場總線控制網絡。這樣的設計可以非常方便完成印花機內部的數字
化通信網絡，并且使印花單元與主機PLC 的通信速率由以前的4.8KB/s提高到1MB/s，以完成現場
狀態檢測和控制。 現場總線技術的使用不僅提高了通信能力和印花機的運行可靠性，而且能節
省系統安裝時的布線費用和硬件費用，更加容易對印花機進行管理和維護。
本文呈現的是平網印花部分流程模擬系統。
1.1 系統構成
實驗室的基本結構原理如下圖所示。實驗室可以分成10個組，每個組的配置相同，主要有PC
機二臺，Modicon M340 PLC一臺，伺服Lexium05A二臺，變頻ATV71一臺，觸摸屏XGTBT
一個。
PLC與變頻器，伺服，觸摸屏的通訊采用CANopen通訊方式，PLC與PC機通訊可以采用USB
方式或以太網方式。每個組的系統處于同一個局域網內，PLC與PLC之間可以采用以太網通
訊，通過這種結構可以實現單組運動控制，也可實現組間協調工作，并可以利用Vijeo Citect
上位機組態軟件對每個組的運動情況進行監控。
利用上述結構，我們定義每一組作為一個相對獨立的平網印花系統，該系統包括風機控制，導帶控制，刮印控制三部分。在該系統中，我們可以對風機實現轉速、加速度、減速度以及低壓轉矩提升等控制；對導帶控制包括：導帶前進距離控制、速度、加速度和減速度控制等；對刮印控制包括：刮印次數、距離、速度、加速度及減速度等控制。導帶與刮印系統的運動主要有：導帶運行一定距離，將待印布匹運精確送至指定印花位置，刮印機開始工作，來回刮印數次后回到原位，導帶與刮印機如此交替工作。
1.2 UnityPro實現
UnityPro軟件配合Modicon M340編程簡單，操作人性化，以其強大的智能化、靈活性和開放性可以大大提高工作效率。變頻器ATV71和兩臺伺服Lexium05的CANopen Node ID分別為2，3，4。3號節點伺服控制導帶，4號節點伺服控制刮印。2號節點的Atv71主要控制系統的風機，該風機主要負責烘房通風。導帶伺服控制工作在點到點相對運動模式，根據要求只要給定Target_position值即可；刮印伺服工作在點到點絕對運動模式，以實現來回刮印，由此，需對刮印伺服設定原點位置Target_position=0和終點位置Target_position=Cycle。系統主要功能梯形圖如下：
在本系統中，還利用面板上3個不同形式的感應開關分別對風機、伺服電機以及系統緊急停止做了相應處理。如上基本變量中的switch2，當swith2=1時，表示系統緊急停止。
1.3 Vijeo Designer實現
本系統選用觸摸屏型號為XBT-G2330。該平網印花模擬系統主要控制界面如下圖所示。觸摸屏對各部分的控制主要包括了分機設定、導帶設定、刮印設定以及主監控界面。對伺服電機的各個參數設定都可通過觸摸屏操作。
風機、導帶、刮印的各項參數設置可以很方便的在觸摸屏上完成。對各項參數的設定全部通過CANopen通訊方式。如對風機控制中，要求可以用CAN總線控制實現2點壓頻比V/F曲線。在UnityPro中，用ST語言編程，程序段如下：
1.4 PowerSuite實現
通過施耐德電氣的設備配置監控軟件PowerSuite，無需編程即可方便有效地對伺服、變頻驅動器的各項參數進行調整，許多不需要用戶修正的參數即可用PowerSuite來設定和整定。以對伺服驅動器PI參數調節為例，利用PowerSuite中的示波器功能，可以觀察到調節器參數對速度、位置、電流等各種輸出的影響。如左圖所示為點到點模式下的速度曲線，根據自動控制理論和觀察到的輸出曲線，很容易整定得到比較滿意的響應質量。
2、傳感器控制系統
2.1 系統介紹
該系統主要目的是利用傳感器的反饋值來控制電機轉速。系統使用具
有模擬量功能的超聲波傳感器和金屬感應傳感器，并對傳感器的模擬
量進行適當的校正以正確反映檢測的距離。Vijeo Designer設計的觸
摸屏程序界面如左圖所示。
2.2 原理分析與程序實現
在本系統中，不僅要求可以實現電機轉速與傳感器的反饋值相關聯，
而且還要實現電機轉速隨檢測距離值線性變化。由此，本系統需要對
傳感器反饋值進行非線性校正。反應在實際系統中即為經過校正后的
傳感器反饋值與實際標尺刻度成線性關系，如左圖所示。
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