多电机同步传动控制系统
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卷绕部分同步信号同样来自于生产线 PLC S5－
2011 年 第 5 期
冯建修 多电机同步传动控制系统
·17·
A1N1
ADD
Leabharlann Baidu
CONV2
LIM 10％
AR1T1
FCODE472 ／ 1 Setpoint level material
Factor △V／△L ＝C0945 ／ C0946
DIGIN4
MPOT1 ＋ 105％
当激光距离测量装置的位置改变或者垂度控 制特性不够好时，就应及时进行校准。浸胶 ／ 烘干
设定： 机器速度（m ／ min）
Delta v
输出： 烘干炉网带转速（rpm）
Software 浸胶伺服控制器
Delta v
垂度控制 1 （mm）
浸胶网带转速（rpm）
Software 成型伺服控制器
垂度控制 2 （mm）
3 同步控制系统的构成
湿法毡生产线工艺流程包括从纤维计量到卷绕 包装共五个部分。其中纤维计量、成型加筋、浸胶和 烘干为生产线的主体部分，由可编程控制器 S5－ 135U 控制；卷绕部分由可编程控制器 S5－95U 控制， 是一台自动控制转臂式卷绕机，卷绕机在卷绕期间 能够连续卷绕产品。根据工艺要求，产品的成型、浸 胶和烘干需用 3 种不同的输送网带，各条网带和加 筋部分分别由一台功率相配的电动机拖动，生产过 程中毡在各条网带上的输送线速度和卷绕机的线速 度必须同步，同时加筋的线速度也必须与此一致，整 条生产线以烘干炉网带速度为主令单元（Master），即 毡速给定单元，整机的运行速度由主令单元给定和 调整，其余单元为从动单元（Slave），它们的速度必
FENG Jian－xiu
（HuaTek Fiberglass Material Group Co．，Ltd．，Xingping 713100，China）
Abstract：Application of CAN －bus and digital frequency input ／ output of 9300 series servo controller on syn－
生产线主机部分控制器 CAN 地址的分配如表 1 所示。
在驱动器网络内部，数据分配如下：烘干炉控 制器的输出信息是成型控制器的输入信息，成型 控制器的输出信息是浸胶控制器的输入信息，浸 胶控制器的输出信息是加筋控制器的输入信息。 各控制器之间使用CAN－bus 通信协议，系统中烘 干炉控制器为主驱动，在所有总线合作者开关合 上之后它必须合上开关。值得注意的是：当总线合 作控制器中的某一个开关断开时，烘干炉网带控 制器必须断开后再次合上，否则通信不能完成。
FCODE 472 ／ 11 Level：no material
259
浸胶
3 1 Master 259
260
加筋
4 0 Slave 260
261
20mA 的模拟信号，操作人员通过监控计算机 PC 组 态软件或操作员面板 OP 设定烘干炉电机给定速 度。烘干炉控制器的速度设定值（CAN－IN2．W1）来 自 PLC S5－135U，PLC 根据速度设定控制烘干炉控 制器指挥电机运行，烘干炉控制器通过系统总线 CAN 将速度主给定信号发送到成型电机控制器、浸 胶电机控制器和加筋电机控制器，各台控制器分别 控制对应的电机自动速度跟随，实现开环速度同 步，通常在开环时所有网带几乎是同一速度，然而 由于扰动因素的影响，开环速度控制不能满足生产 工艺的要求，为保证浸胶网带及成型网带与烘干炉 网带间的严格同步，则在浸胶网带和烘干炉网带， 成型网带与浸胶网带装有 1 台激光距离传感器，构 成浸胶网带驱动电机和成型网带驱动电机的速度 闭环控制系统，激光距离位置示意图如图 2 所示。
2011 年 第 5 期
冯建修 多电机同步传动控制系统
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须严格跟踪主令单元，并保持毡速成同步。否则，薄 毡会在各道工艺之间出现过紧或过松现象，会断裂 或者松垮下来。生产中卷绕控制系统电机的速度受 烘干炉网带主令速度的影响作相应的变化，为了保 证毡在卷绕和烘干炉两道工序之间保持同步，在这 两个装置之间增加一浮动辊调整装置。生产线的速 度调整范围在 12－120m ／ min。
表 1 生产线主机部分控制器 CAN 地址的分配表
距离传感器
控制器
CAN 地址 C0350 ／ 000 CAN addr
烘干炉 1
C0352 ／ 000 CAN mst
1 Master
C0354 ／ 003 IN2 addr2
257
C0354 ／ 004 OUT2 addr2
258
成型
2 0 Slave 258
2011 年 第 33 卷 第 5 期 第 14 页
电气传动自动化 ELECTRIC DRIVE AUTOMATION
文章编号：1005—7277（2011）05—0014—04
多电机同步传动控制系统
Vol．33，No．5 2011，33（5）：14～ 17
冯建修
（陕西华特新材料股份有限公司，陕西 兴平 713100）
摘要：介绍了 9300 系列伺服控制器的 CAN 总线和数字频率输入 ／ 输出在湿法毡生产线同步控制系统中的
应用，详尽地分析了生产线 7 台变频电机分部传动的实现方法和工作原理。
关键词：同步控制；伺服控制器；CAN 总线；激光距离传感器
中图分类号：TM571
文献标识码：A
Multi－motor synchronous drive control system
chronous control system of wet carpet is introduced． Implementations and operational principles for division drive
of 7 sets of variable frequency motor are analyzed in details．
该生产线烘干炉网带基准速度信号给定为 4－
卷绕部分
烘干炉
速度信号：4－20mA
伺服控制器
浸胶
成型
加筯
I 速度主给定：0－10V U
辅助速度 给定 0－10V
拖辊 ×10
伺服控制器
卷轴 1 ×9 ×10
卷轴 2 ×9
CAN
实际张力：0－10V
图 1 生产线同步控制系统结构图
·16·
电气传动自动化
2011 年 第 5 期
监控计算机
Intouch PC
L2－Profibus
PLC S5－135U
主机部分
所有代码和修改所有允许写入的代码。功能块 CAN－IN2 和 CAN－OUT2 用于控制器之间的数据 交换。代码 C0352／000 设置控制器网络的“主”“从” 运行方式，C0352／000＝1 为“主”运行方式，C0352 ／ 000＝0 为“从”运行方式，主从方式确定，在主电路 连通后经过一个延迟，一则报文即可发送，这样就 可以设置一个完整网络控制器的操作状态。CAN 总线系统是一个面向报文，而不是面向设备的系 统，每一个报文有一个唯一的标识，在 CANopen 总 线协议中，每一个报文仅仅有一个发送方。控制器 的功能可以由集成在控制器中的系统总线得到扩 展，控制器之间的数据交换不需要具备总线系统 的知识，用户就可以在控制器之间交换数据，例如 数字控制、速度和转矩信号等。
整条生产线为恒线速度多电机同步调速系统， 其中有 7 台电机参与同步传动，它们均由 9326 伺服 变频器控制，生产线的同步控制原理如图 1 所示。
4 同步传动控制系统的实现方法
4．1 生产线主传动同步系统 分部传动的控制原理是保持速度级联和高速
传输。该生产线主机部分有 4 台具有旋转变压器 （Resolver）的变频电机参与同步，即烘干炉电机、浸 胶电机、成型电机和加筋电机，它们分别由 4 台 9326 伺服控制器控制，各控制器间通过集成的系 统总线接口 X4 ／ CAN 连在一起，CAN 总线在各控 制器间建立一个附加通信。设定值、实际值、控制 和状态信息可以通过控制系统 CAN 总线传递。连 在一起的每个控制器必须具有不同的控制地址 （出厂设置＝1），通过运行 9371BB 或 PC 机的 GDC 软件，可以设置各控制器系统总线 CAN 地址（CAN 地址在代码 C350 中设置），如果控制器分配到一 些连续上升的地址号，则数据对象触发被连接，控 制器就可以进行通信并且能够通过 GDC 软件读取
生产时激光 测距装置 （测 量 范 围 ：200mm － 2000mm）对网带间毡环的垂直距离进行扫描，由于 成型浸胶后的毡在进入烘干炉之前为湿毡，湿毡 不具有延展性，不能承受任何张力的作用，所以网 带间的毡必须留有一定的弧垂，供速度调节伸缩 用，若不考虑弧垂，如果电机的转速由于某种扰动 发生变化可能会造成湿毡缺陷甚至断裂。浸胶和成 型控制功能块信号流图中有软件电位器（MPOT）， 它是一种模拟电动机电位器，开始引毡时垂度控制 1 ／ 垂度控制 2 不起作用，也就是说网带闭环控制未 工作，这时依靠控制室操作员在 OP 面板上手动调 节垂度控制 1 ／ 2 的大小，寻找满足工艺要求的开环 运行同步点，即预先设定的垂度大小，当毡的水平 位置正确时，从功能块 ADD1－OUT1 输出的信号一
成型网带转速（rpm）
图 3 网带同步闭环控制
炉网带间的垂度校准在浸胶控制器中进行，成型 ／ 浸胶网带间的垂度校准在成型网带控制器中进 行，通过对控制器内部相应参数的调整，进行速度 修正 （FCODE472 ／ 10）、速度控制调节 （C0945 ／ C0946）及薄毡水平位置的调整（FCODE472 ／ 1）， 可以使同步传动控制系统达到最佳运行效果。参 数的调整见控制器信号流图 4 所示。 4．2 卷绕部分同步传动
Key words：synchronous control；servo controller；CAN－bus；laser distance sensor
1 引言
同步控制在工业生产中应用非常广泛，随着自 动化技术的提高，变频器技术的成熟和适用范围扩 大，利用 PLC 对变频器进行控制，从而适应传动系统 对速度控制的灵活性、准确性和可靠性等的不同要 求。玻璃纤维湿法毡生产线对控制系统的同步传动 控制要求较高，生产时各传动部分的线速度要求平 稳且严格同步，才能保证毡面平整、纵向强力均匀， 产品具有较好的一致性。如果同步系统中有一台的 速度与其它电机的速度不一致，就会影响产品质量 和生产过程的连续性。由于生产过程中许多外界干 扰因素的影响，电机的速度会随之发生变化，例如电 网电压的变化、频率的变化、负载的变化及温度的变 化，都会对电机速度产生影响，这就要求控制系统能 够克服这些干扰因素的影响，各传动点在线无级调 速和同步跟随，保证产品以一定的速度级联平稳运 行，各传动部分线速度保持同步。
DIGIN5
＋ 95％
3s
DIGIN3 OR1
DIGIN4
FCODE 1 ASW2 FCODE 1
ASW1
DIGIN3 CAN－IN2．W1 From oven belt
FCODE472 ／ 10 （Speed correction）
DIGIN5
AIN1
CMP1 DIGOUT3
NEST
M Speed to motor
2 生产工艺简介
湿法毡生产线是一条生产玻璃纤维无纺布产品 的生产线，其生产工艺过程类似于传统的造纸工艺，
分为湿部和干部，湿部包括上浆、湿毡成型和湿毡浸 胶；干部包括烘干和卷绕。以直径 9－13μm 连续玻璃 纤维短切成长度 6－8mm 的短纤维，与水和化学助剂 在充分搅拌下分成均匀的纤维浆料，在斜长网上抄 去成型，饱和浸胶，热风穿透烘干，产品自动检测和 自动卷绕，再经过包装或者复卷、分切和包装。
浸胶网带
烘干网带
图 2 激光测距示意图
定近似为零。这时，按下操作员面板 OP 上的“网带 闭环控制”按钮，浸胶网带和成型网带驱动就进入 同步闭环控制状态。垂度扫描信号作为成型和浸胶 控制器的附加速度给定，当毡环位置改变偏离设定 值时，通过闭环速度控制系统调节浸胶和成型网带 电机的速度，以保证浸胶网带、成型网带与烘干炉 网带间的线速度同步。而加筋纱电机速度的信号来 自成型控制器的 CAN－OUT2．W2，此信息中包含有速 度主给定信号 ＋ 速度附加给定信号（垂度控制 2），并 通过控制器的参数调整，使其速度稍快于成型网带 的线速度，以适应加筋产品生产的要求。网带闭环 同步控制原理如图 3 示。
2011 年 第 5 期
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A1N1
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CONV2
LIM 10％
AR1T1
FCODE472 ／ 1 Setpoint level material
Factor △V／△L ＝C0945 ／ C0946
DIGIN4
MPOT1 ＋ 105％
当激光距离测量装置的位置改变或者垂度控 制特性不够好时，就应及时进行校准。浸胶 ／ 烘干
设定： 机器速度（m ／ min）
Delta v
输出： 烘干炉网带转速（rpm）
Software 浸胶伺服控制器
Delta v
垂度控制 1 （mm）
浸胶网带转速（rpm）
Software 成型伺服控制器
垂度控制 2 （mm）
3 同步控制系统的构成
湿法毡生产线工艺流程包括从纤维计量到卷绕 包装共五个部分。其中纤维计量、成型加筋、浸胶和 烘干为生产线的主体部分，由可编程控制器 S5－ 135U 控制；卷绕部分由可编程控制器 S5－95U 控制， 是一台自动控制转臂式卷绕机，卷绕机在卷绕期间 能够连续卷绕产品。根据工艺要求，产品的成型、浸 胶和烘干需用 3 种不同的输送网带，各条网带和加 筋部分分别由一台功率相配的电动机拖动，生产过 程中毡在各条网带上的输送线速度和卷绕机的线速 度必须同步，同时加筋的线速度也必须与此一致，整 条生产线以烘干炉网带速度为主令单元（Master），即 毡速给定单元，整机的运行速度由主令单元给定和 调整，其余单元为从动单元（Slave），它们的速度必
FENG Jian－xiu
（HuaTek Fiberglass Material Group Co．，Ltd．，Xingping 713100，China）
Abstract：Application of CAN －bus and digital frequency input ／ output of 9300 series servo controller on syn－
生产线主机部分控制器 CAN 地址的分配如表 1 所示。
在驱动器网络内部，数据分配如下：烘干炉控 制器的输出信息是成型控制器的输入信息，成型 控制器的输出信息是浸胶控制器的输入信息，浸 胶控制器的输出信息是加筋控制器的输入信息。 各控制器之间使用CAN－bus 通信协议，系统中烘 干炉控制器为主驱动，在所有总线合作者开关合 上之后它必须合上开关。值得注意的是：当总线合 作控制器中的某一个开关断开时，烘干炉网带控 制器必须断开后再次合上，否则通信不能完成。
FCODE 472 ／ 11 Level：no material
259
浸胶
3 1 Master 259
260
加筋
4 0 Slave 260
261
20mA 的模拟信号，操作人员通过监控计算机 PC 组 态软件或操作员面板 OP 设定烘干炉电机给定速 度。烘干炉控制器的速度设定值（CAN－IN2．W1）来 自 PLC S5－135U，PLC 根据速度设定控制烘干炉控 制器指挥电机运行，烘干炉控制器通过系统总线 CAN 将速度主给定信号发送到成型电机控制器、浸 胶电机控制器和加筋电机控制器，各台控制器分别 控制对应的电机自动速度跟随，实现开环速度同 步，通常在开环时所有网带几乎是同一速度，然而 由于扰动因素的影响，开环速度控制不能满足生产 工艺的要求，为保证浸胶网带及成型网带与烘干炉 网带间的严格同步，则在浸胶网带和烘干炉网带， 成型网带与浸胶网带装有 1 台激光距离传感器，构 成浸胶网带驱动电机和成型网带驱动电机的速度 闭环控制系统，激光距离位置示意图如图 2 所示。
2011 年 第 5 期
冯建修 多电机同步传动控制系统
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须严格跟踪主令单元，并保持毡速成同步。否则，薄 毡会在各道工艺之间出现过紧或过松现象，会断裂 或者松垮下来。生产中卷绕控制系统电机的速度受 烘干炉网带主令速度的影响作相应的变化，为了保 证毡在卷绕和烘干炉两道工序之间保持同步，在这 两个装置之间增加一浮动辊调整装置。生产线的速 度调整范围在 12－120m ／ min。
表 1 生产线主机部分控制器 CAN 地址的分配表
距离传感器
控制器
CAN 地址 C0350 ／ 000 CAN addr
烘干炉 1
C0352 ／ 000 CAN mst
1 Master
C0354 ／ 003 IN2 addr2
257
C0354 ／ 004 OUT2 addr2
258
成型
2 0 Slave 258
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电气传动自动化 ELECTRIC DRIVE AUTOMATION
文章编号：1005—7277（2011）05—0014—04
多电机同步传动控制系统
Vol．33，No．5 2011，33（5）：14～ 17
冯建修
（陕西华特新材料股份有限公司，陕西 兴平 713100）
摘要：介绍了 9300 系列伺服控制器的 CAN 总线和数字频率输入 ／ 输出在湿法毡生产线同步控制系统中的
应用，详尽地分析了生产线 7 台变频电机分部传动的实现方法和工作原理。
关键词：同步控制；伺服控制器；CAN 总线；激光距离传感器
中图分类号：TM571
文献标识码：A
Multi－motor synchronous drive control system
chronous control system of wet carpet is introduced． Implementations and operational principles for division drive
of 7 sets of variable frequency motor are analyzed in details．
该生产线烘干炉网带基准速度信号给定为 4－
卷绕部分
烘干炉
速度信号：4－20mA
伺服控制器
浸胶
成型
加筯
I 速度主给定：0－10V U
辅助速度 给定 0－10V
拖辊 ×10
伺服控制器
卷轴 1 ×9 ×10
卷轴 2 ×9
CAN
实际张力：0－10V
图 1 生产线同步控制系统结构图
·16·
电气传动自动化
2011 年 第 5 期
监控计算机
Intouch PC
L2－Profibus
PLC S5－135U
主机部分
所有代码和修改所有允许写入的代码。功能块 CAN－IN2 和 CAN－OUT2 用于控制器之间的数据 交换。代码 C0352／000 设置控制器网络的“主”“从” 运行方式，C0352／000＝1 为“主”运行方式，C0352 ／ 000＝0 为“从”运行方式，主从方式确定，在主电路 连通后经过一个延迟，一则报文即可发送，这样就 可以设置一个完整网络控制器的操作状态。CAN 总线系统是一个面向报文，而不是面向设备的系 统，每一个报文有一个唯一的标识，在 CANopen 总 线协议中，每一个报文仅仅有一个发送方。控制器 的功能可以由集成在控制器中的系统总线得到扩 展，控制器之间的数据交换不需要具备总线系统 的知识，用户就可以在控制器之间交换数据，例如 数字控制、速度和转矩信号等。
整条生产线为恒线速度多电机同步调速系统， 其中有 7 台电机参与同步传动，它们均由 9326 伺服 变频器控制，生产线的同步控制原理如图 1 所示。
4 同步传动控制系统的实现方法
4．1 生产线主传动同步系统 分部传动的控制原理是保持速度级联和高速
传输。该生产线主机部分有 4 台具有旋转变压器 （Resolver）的变频电机参与同步，即烘干炉电机、浸 胶电机、成型电机和加筋电机，它们分别由 4 台 9326 伺服控制器控制，各控制器间通过集成的系 统总线接口 X4 ／ CAN 连在一起，CAN 总线在各控 制器间建立一个附加通信。设定值、实际值、控制 和状态信息可以通过控制系统 CAN 总线传递。连 在一起的每个控制器必须具有不同的控制地址 （出厂设置＝1），通过运行 9371BB 或 PC 机的 GDC 软件，可以设置各控制器系统总线 CAN 地址（CAN 地址在代码 C350 中设置），如果控制器分配到一 些连续上升的地址号，则数据对象触发被连接，控 制器就可以进行通信并且能够通过 GDC 软件读取
生产时激光 测距装置 （测 量 范 围 ：200mm － 2000mm）对网带间毡环的垂直距离进行扫描，由于 成型浸胶后的毡在进入烘干炉之前为湿毡，湿毡 不具有延展性，不能承受任何张力的作用，所以网 带间的毡必须留有一定的弧垂，供速度调节伸缩 用，若不考虑弧垂，如果电机的转速由于某种扰动 发生变化可能会造成湿毡缺陷甚至断裂。浸胶和成 型控制功能块信号流图中有软件电位器（MPOT）， 它是一种模拟电动机电位器，开始引毡时垂度控制 1 ／ 垂度控制 2 不起作用，也就是说网带闭环控制未 工作，这时依靠控制室操作员在 OP 面板上手动调 节垂度控制 1 ／ 2 的大小，寻找满足工艺要求的开环 运行同步点，即预先设定的垂度大小，当毡的水平 位置正确时，从功能块 ADD1－OUT1 输出的信号一
成型网带转速（rpm）
图 3 网带同步闭环控制
炉网带间的垂度校准在浸胶控制器中进行，成型 ／ 浸胶网带间的垂度校准在成型网带控制器中进 行，通过对控制器内部相应参数的调整，进行速度 修正 （FCODE472 ／ 10）、速度控制调节 （C0945 ／ C0946）及薄毡水平位置的调整（FCODE472 ／ 1）， 可以使同步传动控制系统达到最佳运行效果。参 数的调整见控制器信号流图 4 所示。 4．2 卷绕部分同步传动
Key words：synchronous control；servo controller；CAN－bus；laser distance sensor
1 引言
同步控制在工业生产中应用非常广泛，随着自 动化技术的提高，变频器技术的成熟和适用范围扩 大，利用 PLC 对变频器进行控制，从而适应传动系统 对速度控制的灵活性、准确性和可靠性等的不同要 求。玻璃纤维湿法毡生产线对控制系统的同步传动 控制要求较高，生产时各传动部分的线速度要求平 稳且严格同步，才能保证毡面平整、纵向强力均匀， 产品具有较好的一致性。如果同步系统中有一台的 速度与其它电机的速度不一致，就会影响产品质量 和生产过程的连续性。由于生产过程中许多外界干 扰因素的影响，电机的速度会随之发生变化，例如电 网电压的变化、频率的变化、负载的变化及温度的变 化，都会对电机速度产生影响，这就要求控制系统能 够克服这些干扰因素的影响，各传动点在线无级调 速和同步跟随，保证产品以一定的速度级联平稳运 行，各传动部分线速度保持同步。
DIGIN5
＋ 95％
3s
DIGIN3 OR1
DIGIN4
FCODE 1 ASW2 FCODE 1
ASW1
DIGIN3 CAN－IN2．W1 From oven belt
FCODE472 ／ 10 （Speed correction）
DIGIN5
AIN1
CMP1 DIGOUT3
NEST
M Speed to motor
2 生产工艺简介
湿法毡生产线是一条生产玻璃纤维无纺布产品 的生产线，其生产工艺过程类似于传统的造纸工艺，
分为湿部和干部，湿部包括上浆、湿毡成型和湿毡浸 胶；干部包括烘干和卷绕。以直径 9－13μm 连续玻璃 纤维短切成长度 6－8mm 的短纤维，与水和化学助剂 在充分搅拌下分成均匀的纤维浆料，在斜长网上抄 去成型，饱和浸胶，热风穿透烘干，产品自动检测和 自动卷绕，再经过包装或者复卷、分切和包装。
浸胶网带
烘干网带
图 2 激光测距示意图
定近似为零。这时，按下操作员面板 OP 上的“网带 闭环控制”按钮，浸胶网带和成型网带驱动就进入 同步闭环控制状态。垂度扫描信号作为成型和浸胶 控制器的附加速度给定，当毡环位置改变偏离设定 值时，通过闭环速度控制系统调节浸胶和成型网带 电机的速度，以保证浸胶网带、成型网带与烘干炉 网带间的线速度同步。而加筋纱电机速度的信号来 自成型控制器的 CAN－OUT2．W2，此信息中包含有速 度主给定信号 ＋ 速度附加给定信号（垂度控制 2），并 通过控制器的参数调整，使其速度稍快于成型网带 的线速度，以适应加筋产品生产的要求。网带闭环 同步控制原理如图 3 示。