基于CAN总线的麦科MX2H型PLC在多色印刷机中的应用

带CAN总线接口的麦科MX2H型PLC在多色印刷机中的应用一、前言近年来，随着社会的发展和人们生活水平的提高，对于印刷品的质量要求越来越高，因此，小胶印印刷机的产量开始减少，而多色胶印机的需求越来越多。

印刷机是精度较高的机械，印品的好坏一方面取决于机械加工以及安装精度，另一方面取决于控制系统的可靠性、准确性。

为使印刷出来的产品性能稳定，各种PLC控制系统纷纷出现。

二、概述由于多色机控制系统IO点数目多，逻辑也更加复杂，目前市面上的多色机控制系统通常采用两种方式：1、采用价格昂贵的中型PLC来进行集中控制：这种方法的IO口响应速度快，控制及时，但是由于走线复杂，走线长，经常会出现各种干扰、接触不良或不稳定的故障，在实际应用中往往会给售后服务人员造成较大的压力，不利于企业形象。

且维护成本较高，消弱了产品的竞争力。

2、采用PLC的MODBUS总线进行多站循环扫描：PLC作为主站，各个从站由主站通过MODBUS总线循环扫描。

这种方法降低了成本，减少了走线长度，有一定的优点。

但是由于MODBUS总线采用循环扫描方式进行IO点读写，这就造成了输入输出端口的响应速度比较迟钝，采用这种总线方式最大的一个问题就是从站的数目不能过多，否则随着从站数目的增多，整个系统的响应速度会越来越迟钝，以致无法忍受。

若采用减少从站的模式，又体现不出总线系统的优势，无法减少走线的复杂程度，同样会出现维护困难的情况。

为了解决以上两套PLC控制系统的缺点，我公司根据市场需求，采用麦科MX2H型PLC开发了一套基于CAN总线通讯的多色印刷机平台。

我公司选用了麦科电气技术有限公司生产的MX2H-CAN系列PLC作为核心控制部件，利用MX2H-CAN 型PLC的CAN总线功能，采用CAN总线这一国际上先进的现场总线系统来构建整套系统。

CAN总线是一种用于各种设备检测及控制的现场总线，它是一种多主总线，在高速网络和低成本的节点系统中应用都很广泛。

CAN总线与一般的通信总线相比，它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。

其特点如下：* 可以多主方式工作。

* CAN节点只需对报文的标识符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播方式发送和接收数据。

* CAN总线通信格式采用短帧格式。

* 采用非破坏性总线仲裁技术。

* 直接通信距离最大可达10km (速率5kb/s以下)，最高通信速率可达1Mb/s (此时距离最长为40m)，节点数可达110个，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。

* CAN总线采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。

CAN总线就是一种支持分布式实时控制系统的串行通信局域网络总线。

具有无主从特性，总线上自带仲裁系统，任何一站有事件发生都可以立即上传，采用CAN总线系统构建的控制系统具有极快的响应速度，实时性极好，抗干扰特性好，节点数众多，非常适合印刷机系统输入输出应用。

经综合考虑，本系统最终采用了麦科电气技术有限公司的MX2H-3232M-CAN型PLC作为主PLC，负责逻辑控制、运算及与触摸屏通讯。

采用MX1H-1616-CAN型PLC作为各个从站PLC，作为远程IO监控终端使用。

主站与从站之间采用CAN 总线进行连接，交换数据。

之所以选用MX2H系列的PLC，主要基于以下几点考虑：1、MX2H系列PLC具有完善的扩展模块系列，如MX2H-4AD、MX2H-4DA、MX2H-4TC、MX2H-4PT、MX2H-8TC、MX2H-2HC、MX2H-2PG等，增加各种功能极为方便；2、MX2H系列PLC具有众多的通讯接口，本项目中选用了MX2H-CAN-RS232-BD型扩展卡，扩展了一个RS232口和一个CAN口。

加上PLC本身具有的1个串口，这样PLC就有了2个串口和一个CAN接口。

2个串口在使用时一个作为与触摸屏通讯的接口，另外一个作为使用上位机进行下载监控时的接口，这样可以在用触摸屏进行操作的同时在上位机上进行监控，极大的方便了设计人员的调试。

3、MX2H的CAN总线接口支持自由口协议和MXLINK协议。

自由口协议可以由用户自行编程进行控制，方便灵活，适合对CAN总线了解较深的设计人员使用；麦科电气技术有限公司的MXLINK总线是该公司独有的集成化控制协议，照手册要求配置好软硬件之后，整个通讯过程无需用户干涉，能使用户迅速的构建CAN网络。

MXLINK协议有两种模式：数据模式和控制模式。

其中控制模式是专门用于实时控制场合，在本项目中就选用了这种模式。

4、高速计数器支持单相单计数、单相双计数、双相双计数三种方式，支持四倍频计数。

高速计数频率总和达100KHz，单相高速计数支持50KHz×2通道+10KHz×4通道，双相高速计数支持30KHz×1通道+5KHz×1通道。

满足本系统中对于高速编码器应用的需要。

5、基本指令处理速度为0.084us/步，综合指令处理速度为1K步/ms，程序扫描速度快。

尤其是在进行乘除法运算时，更显优势，在印刷机的水墨量运算中最能体现优势。

程序容量为24K步，用户存储空间大，在完成印机所有功能的情况下，还能留出充足的空间，便于程序的升级和维护。

性能超过一般小型PLC，逼近中型PLC的性能。

6、专为印刷行业定制的指令，使编码器定点控制更加方便实时。

7、可以选配以太网模块进行远程监控和程序下载，可以进行远程维护，可以更加迅速的分析解决现场出现的问题，大大减小了售后服务的难度。

8、通过了CE及UL认证，抗干扰性强，性能稳定可靠。

9、外观美观大方，能大大提升产品的档次。

三、系统架构及硬件配置多色胶印机机械部分按功能划分为以下几个组成部分：给纸部、收纸部、四色印刷机组、传动系统、水墨控制部分。

印刷工艺流程是：纸张放在给纸台上，由飞达吸起，通过给纸部先经过规矩定位后再依次通过四个色组印刷，最后传到收纸部，将印刷完的纸张收集至收纸台。

整套机器的电气部分包括：1个收纸台升降电机、1个给纸台升降电机、2个吸纸风泵；1个气泵电机，1个油泵、1个喷粉泵、4个水辊电机、4个墨辊电机、1个主电机、1个过桥吸风电机、1个4个轴向调版电机、4个周向调版电机、2个拉规电机，3个歪斜电机、36个电磁阀。

机器上还有大量的限位开关和急停开关用于安全防护以及控制需要的各种光电开关和接近开关等。

输入点94个、输出点124个，所有的IO点共有218个。

系统的硬件架构如下图所示：图1 系统的硬件架构图机器有4个OPS面板、4个NOPS面板、一个收纸部面板、一个给纸部面板，共10个控制面板对系统进行操控。

输入输出点较多，且IO点分散在机器的各处，如果都从主控箱引线，就会出现走线多且复杂，因此应采用分布式安装，各个站的IO点就近接到自己的模块上，再通过通讯，统一汇总到主模块上，正适合CAN总线的特点，这也是本系统采用带CAN总线的MX2H系列PLC的原因之一。

每个面板被设计为1个站，分配一个CAN总线地址，通过CAN总线与主PLC通讯，将IO 点及相关信息实时传送到主PLC，作为远程IO进行控制。

CAN总线的波特率可以从20K～500K根据需要进行灵活设置。

经综合考虑本设计中采用100K的波特率。

本系统中共有10个面板，以及3个继电器、电磁阀驱动用模块，共需要15个MX2H-1616M-CAN型PLC作为从站，若某站IO点数量不够则通过实际情况选用各种不同的扩展模块来满足应用需求。

主站采用MX2H-3232M-CAN型PLC。

触摸屏是目前应用广泛的一种人机界面设备，可以通过上位机软件自行设计包括文字，按钮，图形，数字等信息，能实时的监控系统的运行情况，信息量大，界面生动友好，能明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使用触摸屏，使机器配线标准化，简单化，同时也能减少PLC控制所需的I/O点数，降低维护成本，也相对提高设备的档次。

因此本系统中采用了2个触摸屏、2个触摸屏分主从，收纸部给纸部各一个，方便操作人员就近操控。

主从触摸屏直接通过自身的485总线进行连接，主触摸屏通过232口与PLC进行通讯，交换数据。

尤其是MX2H-3232M-CAN型PLC具有2个232串口，可以同时进行触摸屏监控和程序下载监控，便于调试，大大减少了调试的时间，提高了产品开发的效率。

同时MX系列PLC可以设置通讯背景时间，可以使PLC与触摸屏通讯的时间为一个固定值，不受扫描周期影响，使得触摸屏通讯更加流畅，数据刷新速度更快。

4个水辊电机和过桥吸风电机及主电机采用三相交流电机，采用变频器进行控制，通过PLC自带的485接口与变频器的RJ11接口通过MODBUS总线通讯来进行控制，改变运行频率，进行转速调节；4个墨辊电机和1个收纸台升降电机及1个给纸台升降电机采用直流电机，用直流电机驱动模块进行控制，转速的控制通过各自的从PLC通过高速输出进行调整。

4个轴向和4个周向电机及2个拉版电机为本公司定制的电机，用于版位调整。

主触摸屏采用WINVIEW公司的MT6070；从触摸屏采用WINVIEW公司的MT6100；主PLC采用麦科电气的MX2H-3232M-CAN；从PLC采用麦科电气的MX2H-1616M；四、功能详述及程序设计1、CAN网络的组建：MX2H系列PLC的CAN协议有两种：自由口协议和MXLINK协议。

自由口协议可以完全由用户根据需要自行定义协议，灵活多变，适于对CAN总线了解较深的用户使用，可以实现定制的功能。

MXLINK协议是麦科电气技术有限公司自主研发的协议，分数据模式和控制模式两种，设置简单，使用方便，能使用户迅速的开发出基于CAN总线相关的产品，本项目中就采用了MXLINK协议的控制模式。

设置方法如下图：首先打开MIKOM系列PLC的上位机软件MXProgrammer，建立工程，选择PLC型号为MX2H-3232M-CAN。

在工程管理器的系统组态下的硬件设置中，双击MX2H-3232M-CAN选项，然后再添加MX2H-CAN-RS232-BD模块，如左图所示。

添加成功后，双击MX2H-CAN-RS232-BD选项，出现如下所示界面：图2：系统组态图3 硬件设置首先将CANBus的硬件设置设好，CAN2.0B，低字节有效，100KHZ波特率。

MXProgrammer同时提供自定义波特率，可以根据用户个人需要，自定义一种不在列表中的波特率。

然后选择MXLINK协议，点击MXLINK设置，进入MXLINK 设置画面，选择控制模式，按照界面提示，即可简单快捷的将协议设置好。

具体设置过程可以参看《MX系列可编程控制器用户手册》。

CAN总线通讯需要采用屏蔽双绞线进行连接，具体连接方式在用户手册中有详细叙述。

2、变频器通讯：MX2H型PLC的PORT1口为485口，在本项目中用于与6个变频器进行通讯，数字化调节电机速度。