張智明，徐 巧，梅順齊

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基于協(xié)議宏的自動絲網(wǎng)印花控制系統(tǒng)研究

張智明，徐 巧，梅順齊

(武漢紡織大學 機械與自動化學院，湖北 武漢 430073)

自動絲網(wǎng)印花是近年來興起一種印花設備，其控制系統(tǒng)由一個間歇運動的主電機和八個顏色工位印花往復運動電機組成。該系統(tǒng)采用一臺PLC通過協(xié)議宏通訊控制九個變頻器，研究了PLC與變頻器進行通訊時的協(xié)議宏序列生成方法，頻率、運行和監(jiān)控等參數(shù)的編程，實現(xiàn)八色工位的印花，并能實時監(jiān)測印花狀態(tài)。實踐應用證明該方法符合工藝要求、可靠性好。

協(xié)議宏；絲網(wǎng)印花；序列；數(shù)據(jù)幀

絲網(wǎng)印花技術是將制有各種圖案的絲網(wǎng)花板放在織物上，每個顏色配一個花板[1]。印花時在花板上添加活性色漿，覆于織物上，色漿在印花刮刀和漿料刮刀作用下使?jié){料透過絲網(wǎng)花版縫隙被印在織物上，各種顏色的圖案通過套色，得到顏色鮮艷、圖案豐富的成品。目前絲網(wǎng)印花設備可印紙、薄膜、服裝裁片等，還可印成衣和T恤。傳統(tǒng)絲網(wǎng)印花技術為手動、半自動，其特點是勞動強度大、污染嚴重、資源浪費大、印花質(zhì)量低等缺陷，越來越制約著我國印花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

隨著自動化技術的發(fā)展，自動絲網(wǎng)印花技術開始發(fā)展成為發(fā)展趨勢，它具有節(jié)能、環(huán)保、降低勞動強度等優(yōu)點。為了滿足多個顏色(或印花工位)印花需要，每個工位使用獨立異步電機，采用變頻器調(diào)速，驅(qū)動器使用協(xié)議宏與多臺變頻器通訊[2]，控制每個工位印花。

協(xié)議宏用來控制PLC與裝有RS-232C或RS-422/485口的通用設備進行數(shù)據(jù)交換的一種通訊方式[3]，通過通迅協(xié)議宏的支持對各種通訊設備進行通訊協(xié)議用戶化，可以把通訊協(xié)議宏的指令遵照用戶要求進行設定，實現(xiàn)獨立定義發(fā)送和接收數(shù)據(jù)序列，與外圍設備通訊。

1 自動絲網(wǎng)印花系統(tǒng)原理

自動絲網(wǎng)印花機共由9臺異步電機控制，其中8個顏色工位，每個工位一個異步電機和變頻器控制著其轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)印花刮刀和漿料刮刀往復運動，達到印花效果，其控制系統(tǒng)如圖1自動絲網(wǎng)印花系統(tǒng)所示。PLC采用OMRON的CP1H系列CPU，其上裝有通訊模塊，它具有RS-485通訊功能。上位計算機運行組態(tài)軟件，PLC為主站。變頻器采用三菱FR-E500系列，支持與PLC進行協(xié)議宏編程，為從站，之間采用RS-485總線連接。氣動電磁閥實現(xiàn)刮刀上下運動使?jié){料印在織物上。

圖1 自動絲網(wǎng)印花系統(tǒng)原理圖

2 自動絲網(wǎng)印花控制系統(tǒng)

自動絲網(wǎng)印花控制系統(tǒng)主要包括三個運動：臺版間歇運動、刮刀往復印花運動和電磁閥氣動。各個運動要求按照規(guī)定的工藝動作運行?？刂葡到y(tǒng)重點是如何實現(xiàn)PLC與變頻器之間通訊，向9臺變頻器發(fā)送頻率、運行指令，并監(jiān)控印花狀態(tài)。

2.1 通訊設置

為使變頻器與PLC進行協(xié)議宏通訊，要求設置相互一致的參數(shù)，這些參數(shù)包括波特率、停止位、奇偶校驗和數(shù)據(jù)長度等，只有設置一致，才能進行通訊。在PLC中，通過位組合方式存儲在特殊寄存器DM6555、DM6556中，設置成數(shù)據(jù)長度1，無奇偶校驗，停止位長為1，波特率為9600[2]。對應變頻器相關參數(shù)來設置如表1所示。

表1 變頻器通訊設置

2.2 通訊協(xié)議

變頻器和PLC通訊使用十六進制數(shù)，數(shù)據(jù)在兩者之間自動地使用ASCII碼傳輸。表2為通訊時的控制代碼。

表2 控制代碼

數(shù)據(jù)幀的定義規(guī)定了通訊時數(shù)據(jù)塊的配置，從PLC到變頻器頻率設定的通訊協(xié)議數(shù)據(jù)請求如圖2通訊協(xié)議格式所示，ENQ為通訊請求，頻率指令代碼為HED，數(shù)據(jù)占4位，總和校驗碼是由被校驗的ASCII數(shù)據(jù)總和的最低一個字節(jié)表示的2個ASCII字符，等待時間為變頻器收到從PLC傳來的數(shù)據(jù)與傳輸應答數(shù)據(jù)之間的等待時間。

ENQ變頻器站號指令代碼等待時間數(shù) 據(jù)總和校驗 12 34 567 8 9 1011 12

圖2 通訊協(xié)議格式

識別碼地址長度數(shù)據(jù)錯誤校驗終止符

圖3 數(shù)據(jù)幀結構

2.3 創(chuàng)建協(xié)議宏

根據(jù)圖2的頻率數(shù)據(jù)幀格式，在上位機組態(tài)軟件中創(chuàng)建通訊協(xié)議宏。首先設置SendMessage和RecieveMessage信息，按照通訊請求、校驗碼、數(shù)據(jù)長度和數(shù)據(jù)等信息，發(fā)送信息和接收信息的結構一般如圖3數(shù)據(jù)幀結構圖3所示。

識別碼是表示信息開始的數(shù)據(jù)，地址是設置節(jié)點號或表示信息送往目標的標志符，長度是數(shù)據(jù)長度自動附加，數(shù)據(jù)是設置信息內(nèi)容的，錯誤檢查碼是設SUM、LRC或CRC作為錯誤檢查碼。發(fā)送時指定的錯誤碼自動附加。接收時，按信息中指定的錯誤檢查碼自動執(zhí)行錯誤控制同時接收指定量的數(shù)據(jù)。終止符是設置表示信息結束的數(shù)據(jù)。

例如在協(xié)議宏通訊序列中發(fā)送頻率的數(shù)據(jù)為+“00ED03E8”+中，00表示變頻器站號，ED表示設定頻率寫入變頻器RAM，03E8表示十六進制頻率，即為十進制1000，頻率為10Hz(1000*0.01=10)。表示信息數(shù)據(jù)頭，表示數(shù)據(jù)校驗碼。

以上設置只要修改變頻器站號、指令代碼和數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)協(xié)議宏數(shù)據(jù)序列，之后通過設定步序列順序可以實現(xiàn)協(xié)議宏通訊。

通過軟件設定用戶通訊協(xié)議，每一步均可以是一次發(fā)送和接收過程，在每一步中可定義是發(fā)送步、接收步、發(fā)送和接收步，發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)可完全由用戶定義。每一個序列可執(zhí)行16步，即可與不同的設備使用不同的通信格式進行通信。在梯形圖程序中使用PMCR指令可方便的調(diào)用不同的序列實現(xiàn)不同的通信任務。

3 協(xié)議宏控制系統(tǒng)實現(xiàn)

通訊協(xié)議宏通過軟件設定用戶通信協(xié)議，每一步均可以是一次發(fā)送和接收過程，在每一步中可定義是發(fā)送步、接收步、發(fā)送和接收步，發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)可完全由用戶定義。每一個序列可執(zhí)行16步，即可與不同的設備使用不同的通信格式進行通訊，在梯形圖程序中通過使用PMCR指令可方便的調(diào)用不同的序列實現(xiàn)不同的通信任務，圖4為實現(xiàn)協(xié)議宏通訊程序。

圖4 協(xié)議宏指令

協(xié)議宏執(zhí)行指令第一、二個操作數(shù)為控制字，指定通訊端口和通信序列(編號000-999)。DM00000為發(fā)送數(shù)據(jù)首字，用于存放當前發(fā)送幀的字數(shù)，發(fā)送數(shù)據(jù)存于地址DM00000+1開始的內(nèi)存區(qū)，如果沒有發(fā)送數(shù)據(jù)，則為＃0000。DM01000為接收數(shù)據(jù)首字，用于存放接收幀的字數(shù)，接收數(shù)據(jù)存于地址DM01000＋1開始的內(nèi)存區(qū)，如果沒有接收數(shù)據(jù)，可隨意指定1個內(nèi)存地址，通信指令的執(zhí)行并不改寫該地址的數(shù)據(jù)。

4 結束語

根據(jù)自動絲網(wǎng)印花機工藝對控制系統(tǒng)的要求，通過上位機組態(tài)軟件研究基于協(xié)議宏的控制系統(tǒng)原理并開發(fā)通訊程序。使自動絲網(wǎng)印花控制程序簡化，開發(fā)時間縮短，通用性提高。研究實踐表明，通訊協(xié)議宏實現(xiàn)多臺變頻器控制，簡化了現(xiàn)場布線，通用性強，利用率高，實現(xiàn)絲網(wǎng)印花機的自動化和智能化創(chuàng)造了條件，提高了工作效率，減輕勞動強度。

[1] 邱璟, 張?zhí)O, 杜慶華. 絲網(wǎng)印花在針織服裝設計中的應用[J]. 針織工業(yè)，2007, (10): 23-25.

[2] 徐世許, 王鳳杰, 紀志堅．使用通信協(xié)議宏實現(xiàn)PLC對變頻器的監(jiān)控[J]．自動化儀表，2007, 28(1): 39-39.

[3] 滕勝廣．OMRONPLC遠程控制在熱網(wǎng)工程中應用[J]．電站系統(tǒng)工程，2003, 19(5): 59-60.

[4] 張智明. 基于RS-485的變頻器與PLC的通訊技術的研究[J]．現(xiàn)代制造工程，2005，(12): 28-29.

Research of Controlling System of Automatic Silk Screen Printer Based on Protocol Macro

ZHANG Zhi-ming, XU Qiao, MEI Shun-qi

(College of Mechanical Engineering and Automation, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

The automatic silk screen printer is popularly used recently. Its controlling system is composed of a main motor of intermittent motion and eight color printer motors of reciprocating motion. These nine motors are controlled by a PLC with protocol macro. This paper has studied the way of protocol macro sequence between PLC and transducer and program of frequency, sun and monitor. The printing of eight colors is realized. The status is monitored in real-time. The practical application indicates that this method fits with the requirement of its process with good reliable and controlling effects.

Protocol Macro; Silk Screen Printer; Communication Sequence; Data Frame

TP273

A

2095－414X(2013)06－0071－03

張智明（1975-），男，副教授，研究方向：新型紡織機械.

湖北省自然科學基金項目（2012FFB04601）.