基于CORTEX-M3和CAN的印染機(jī)同步控制系統(tǒng)

2 系統(tǒng)工作原理
系統(tǒng)的工作原理主要包括4部分：系統(tǒng)的工作前的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的啟動，工作中的時時同步調(diào)節(jié)以及對故障的處理。
(1)在系統(tǒng)工作前，因為印染設(shè)備的各電機(jī)單元機(jī)械部分屬性不可能都相同，所以要在傳送布匹前調(diào)節(jié)各個部分的運轉(zhuǎn)同步系數(shù)Li使其沒有負(fù)載時線速度一樣。在這里一般設(shè)置第1個單元控制器的第1個電機(jī)單元為主令單元，其他的為從動單元。需要調(diào)節(jié)個從動電機(jī)單元的運轉(zhuǎn)速度與主動單元的線速度一致。這個系數(shù)Li設(shè)置后就在以后的運行中固定下來。
(2)系統(tǒng)的啟動是由主控制器先向各單元控制器發(fā)出控制命令，包括設(shè)置布速V，以及達(dá)到布速v的上升時間間隔，然后主控制器給出總的啟動命令，單元控制器根據(jù)主控制器的命令設(shè)置對應(yīng)的8路信號輸出，從而控制各電機(jī)單元按照預(yù)先的設(shè)置的上升時間間隔運轉(zhuǎn)至設(shè)定的轉(zhuǎn)速。
(3)系統(tǒng)工作中的調(diào)節(jié)，根據(jù)印染聯(lián)合機(jī)的實際工作中，當(dāng)當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加時，會改變張力傳感器的測量數(shù)據(jù)。根據(jù)公式：
Vout=V0Li+KiFi (1)
式中：Vout為D／A轉(zhuǎn)化的輸出電壓；Li為系統(tǒng)啟動前設(shè)置的運轉(zhuǎn)同步系數(shù)；V0為主動電機(jī)單元的D／A輸出電壓；Fi為張力傳感器的輸出；Ki為VOUT輸出對張力傳感器輸出反饋Fi的靈敏性。通過輸出反饋Fi，在電機(jī)的控制端組成了一個小的閉環(huán)系統(tǒng)。張力傳感器示意圖如圖4所示。

張力傳感器反饋調(diào)節(jié)同步的基本原理：在正常狀態(tài)，傳感器的觸點停在中間狀態(tài)，這是傳感器的輸出電壓為零，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，造成布匹的張力變大時，會造成張力傳感器的觸點向下移動，這是傳感器的輸出會變?yōu)樨?fù)值，這是根據(jù)式(1)，Vout的值會減小，也就減慢了相應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這樣就可以達(dá)到同步的目的。
(4)對故障的處理：在實際的工業(yè)生產(chǎn)過程中，不能絕對保證系統(tǒng)會毫無故障的運行，根據(jù)以往的印染聯(lián)合機(jī)的生產(chǎn)經(jīng)驗，張力傳感器是里面可能會出故障部分，所以根據(jù)實際情況，在設(shè)計了張力傳感器的共享機(jī)制，以及電機(jī)輸出通道的自由配置功能，如果張力傳感器Fi不能夠正常工作，也就是說它所對應(yīng)輸出(Vout)，沒有輸出調(diào)節(jié)功能。這時單元控制器會把他相鄰的電機(jī)控制電壓(Vout)i-1輸出到(Vout)i。

3 系統(tǒng)主要部分的的軟件設(shè)計
軟件設(shè)計采用模塊化的軟件設(shè)計思想，主要實現(xiàn)以下幾個模塊：主機(jī)人機(jī)交換界面，系統(tǒng)運行監(jiān)控模塊，各單元控制器CAN總線通信模塊，傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，單元控制器電機(jī)控制調(diào)節(jié)模塊，故障分析判斷處理模塊以及運行數(shù)據(jù)保存模塊。其中CAN總線通信模塊，以及各模塊間的協(xié)調(diào)是難點。
3．1 CAN總線通信模塊設(shè)計
CAN總線通信模塊的主要作用是傳輸主控制器發(fā)出的控制命令，以及各單元控制器上傳各自的狀態(tài)數(shù)據(jù)。CAN節(jié)點收到數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，得到相應(yīng)的命令與數(shù)據(jù)。
CAN總線節(jié)點的軟件設(shè)計主要包括3部分：CAN節(jié)點初始化、報文發(fā)送和報文接收。初始化程序設(shè)計對于CAN總線節(jié)點的正常工作相當(dāng)重要。它主要包括工作方式、時鐘輸出寄存器、接收屏蔽寄存器、接收代碼寄存器、總線定時器、輸出控制寄存器和中斷允許寄存器的設(shè)置。
3．2 系統(tǒng)各軟件模塊間的工作協(xié)調(diào)
(1)主控制器通過把控制命令發(fā)送到CAN總線上面，相應(yīng)節(jié)點接收并提取相應(yīng)的命令，按照命令進(jìn)行相應(yīng)的操作。
(2)各單元控制器循環(huán)采集各張力傳感器的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)時時調(diào)整相應(yīng)電機(jī)的工作狀態(tài)。
(3)各單元控制器每隔一定時間把各自下屬的8個電機(jī)狀態(tài)通過CAN總線發(fā)送給主控制器，主控制器提取里面的狀態(tài)信息，記錄各節(jié)點的狀態(tài)信息，并顯示在人機(jī)界面上面。
(4)人們可以根據(jù)具體的情況設(shè)置各個電機(jī)的工作狀態(tài)。

4 結(jié)語
從系統(tǒng)的原理設(shè)計可以看出，這種印染聯(lián)合機(jī)設(shè)計，采用主頻為72 MHz的處理器，可以把數(shù)據(jù)的處理在各單元控制器上面完成。采用由張力傳感器組成的最小反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)的時時同步。改變了把狀態(tài)信息傳遞各總控制器后，由總控制器實施同步的大循環(huán)反饋方式。另外，這種設(shè)計采用了集成度比較高的MCU，有12位的A／D，D／A轉(zhuǎn)換通道，這樣系統(tǒng)就沒有外圍采樣電路，避免了工廠復(fù)雜環(huán)境對系統(tǒng)的影響。
總之，這種印染聯(lián)合機(jī)的設(shè)計實現(xiàn)了現(xiàn)有高性能處理器與先進(jìn)的CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，并且硬件設(shè)計簡單，抗干擾能力強(qiáng)，軟件模塊化設(shè)計。系統(tǒng)采用小的反饋回路，一方面減少了總線上面的數(shù)據(jù)流量，另一方面避免了總線上面的傳輸延時，使得電機(jī)同步更加及時準(zhǔn)確。