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        數(shù)字化熔噴機(jī)雙重通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐*

        2021-01-12 12:24:28卞茂華黃曉偉宋黎菁董淑暢
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2021年1期
        關(guān)鍵詞:主站變頻器遠(yuǎn)程

        卞茂華,黃曉偉,宋黎菁,董淑暢,周 濤

        (常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 常州 213164)

        引言

        熔噴機(jī)是熔噴布的重要生產(chǎn)設(shè)備,是疫情防控的重要物資之一。在一些小企業(yè)中,還在沿用老舊的生產(chǎn)設(shè)備,產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法保證。目前在有些企業(yè)中,雖采用變頻器進(jìn)行螺桿調(diào)速,實(shí)現(xiàn)了部分自動(dòng)化控制,但仍對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的具體數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)缺乏采集。鑒于此,本文提出利用三菱PLC 利用MODBUS 通信和CC-LINK 網(wǎng)絡(luò),基于熔噴機(jī)在制造熔噴布時(shí)的生產(chǎn)工藝,對(duì)螺桿擠出機(jī)、計(jì)量泵、傳送帶等單元具體數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集,從而對(duì)變頻的PID 調(diào)速,以保證熔噴布的品質(zhì)。

        MODBUS 在工控領(lǐng)域中已經(jīng)廣泛應(yīng)用,成為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。MODBUS 通信網(wǎng)絡(luò)如果是采用RS-485 通信,則可使用1 臺(tái)主站控制32 臺(tái)從站,如果采用RS-232C 通信,則1 臺(tái)主站只能控制1 臺(tái)從站。不同廠商的控制設(shè)備可以通過(guò)MODBUS 協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,如今許多的工控產(chǎn)品,例如:PLC,變頻器,檢測(cè)儀表等,大都支持MODBUS 協(xié)議。通過(guò)MODBUS 協(xié)議與PLC 通過(guò)RS485 接口實(shí)現(xiàn)通信,大大減少了接線工作量,簡(jiǎn)潔方便。CC-LINK是三菱推出的一種設(shè)備層現(xiàn)場(chǎng)總線,由1 個(gè)主站和最多64 個(gè)從站組成,其底層通信協(xié)議遵循了RS485。CCLINK 網(wǎng)絡(luò)使用簡(jiǎn)單,應(yīng)用廣泛,具有優(yōu)良的抗干擾性能,數(shù)據(jù)傳輸速度快,傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。

        1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

        系統(tǒng)方案框圖如圖1 所示。本系統(tǒng)采用了一臺(tái)三菱Q 系列 PLC 和兩臺(tái) FX 系列 PLC,Q 系列 PLC 為主站用于數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算、兩臺(tái)FX 系列PLC 為從站,一臺(tái)PLC 用于接收溫度數(shù)據(jù),一臺(tái)PLC 用于采集變頻器轉(zhuǎn)速、負(fù)載數(shù)據(jù),發(fā)送指令,從站通過(guò)CC-LINK 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送給主站。Q 系列PLC 連接人機(jī)界面,用來(lái)顯示溫度、變頻轉(zhuǎn)速、運(yùn)行狀態(tài),監(jiān)控系統(tǒng)。其中從站PLC 增加了特殊功能模塊:FX3U-485ADP-MB,用于MODBUS 通信。

        圖1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

        2 變頻器設(shè)置

        本系統(tǒng)以FR-E700 系列變頻器為例,PLC 與多臺(tái)變頻器MODBUS 通信,變頻器通信接口為“PU”接口,采用568B 標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)線與FX3U-485ADP-MB 相連接,如圖2 所示。表1 為1 號(hào)變頻器參數(shù)設(shè)置。其中P117 為變頻器站號(hào)設(shè)置,1 號(hào)變頻器 P117=1,從站地址為 1;2 號(hào)變頻器 P117=2,從站地址為 2;3 號(hào)變頻器 P117=3,從站地址為3……其它參數(shù)所有變頻器一致。表1 為1 號(hào)變頻器參數(shù)。

        圖2 變頻器通信接線

        表1 1 號(hào)變頻器參數(shù)

        3 CC-LINK 網(wǎng)絡(luò)

        3.1 通信原理

        主站與遠(yuǎn)程設(shè)備站之間基于鏈接掃描和自動(dòng)刷新具有相應(yīng)的通信關(guān)系,如圖3 所示。主站與遠(yuǎn)程設(shè)備站之間的通信原理如下:PLC 分別在CC-LINK 模塊和CPU 中開(kāi)辟出一塊緩沖存儲(chǔ)器(BFM),數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在初始環(huán)節(jié)BFM 中,然后通過(guò)自動(dòng)刷或鏈接掃描到達(dá)下一個(gè)環(huán)節(jié)的BFM 中,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸,從而實(shí)現(xiàn)主站與遠(yuǎn)程設(shè)備站之間的通信。

        圖3 主站與遠(yuǎn)程站通信關(guān)系

        3.2 硬件設(shè)置

        主站與從站進(jìn)行CC-LINK 網(wǎng)絡(luò)通信時(shí),需先進(jìn)行外部硬件設(shè)置,主站QJ61BT11N 硬件設(shè)置:STATION NO設(shè)置為00,MODE 為0。從站一FX2N-32CCL 硬件設(shè)置:STATION NO 設(shè)置為 01,OCCUPY STATION 設(shè)置為 1,占用兩個(gè)邏輯站,B BATE 設(shè)置為0,波特率為156Kbit/s。從站二FX2N-32CCL 硬件設(shè)置:STATION NO 設(shè)置為02,OCCUPY STATION 設(shè)置為1,占用兩個(gè)邏輯站,B BATE設(shè)置為0,波特率為156Kbit/s。

        此外,本系統(tǒng)連接主模塊、從站模塊采用專(zhuān)用通訊線,具有優(yōu)良的抗干擾性,。模塊間連接如圖4 所示。

        圖4 模塊間連接

        3.3 軟件設(shè)置

        實(shí)現(xiàn)主站與從站的通信,還需在主站網(wǎng)絡(luò)參數(shù)里設(shè)置CC-LINK,主站程序內(nèi)CC-LINK 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置:起始I/O 號(hào)設(shè)為 0020;遠(yuǎn)程輸入:X100,遠(yuǎn)程輸出:Y100;遠(yuǎn)程寄存器讀:D200,遠(yuǎn)程寄存器寫(xiě):D100;站信息 01,02 都設(shè)置為遠(yuǎn)程設(shè)備站,每個(gè)站占用2 站,遠(yuǎn)程站點(diǎn)數(shù)為64點(diǎn)。

        4 通信編程

        4.1 PLC 與變頻器通信程序

        本系統(tǒng)中MODBUS 通信時(shí)不需要在PLC 編程軟件參數(shù)設(shè)置中的CH1 或CH2 中設(shè)置通道串行通信參數(shù),反而需要在程序中的一開(kāi)始,通過(guò)MODBUS 通信設(shè)定專(zhuān)用的特殊輔助繼電器M8411 和MOV 指令通過(guò)常數(shù)賦值特殊數(shù)據(jù)寄存器來(lái)設(shè)定通信格式。PLC 主站通訊設(shè)置程序如圖5 所示。其中需要注意,如果當(dāng)M8411 常開(kāi)觸點(diǎn)使用了2 次以上時(shí),僅最后一次設(shè)定的MODBUS 通信參數(shù)有效。

        圖5 PLC 主站通訊設(shè)置程序

        PLC 作為變頻器主站,因采用FX3U-485ADP-MB作為通信模塊,其使用方式只要加裝在PLC 左側(cè),再使用ADPRW 指令可達(dá)到 MODBUS 直接控制 MODBUS RTU 設(shè)備。并省掉復(fù)雜的CRC 運(yùn)算達(dá)到節(jié)省程序撰寫(xiě)的方式。ADPRW 功能代碼樣例如圖6 所示。

        圖6 ADPRW 功能代碼樣例

        圖7 從站1 部分通信程序

        圖8 MCGS 監(jiān)視界面

        4.2 主站PLC 與從站PLC 通信程序

        CC-LINK 的通信形式可分為 2 種方式:循環(huán)通訊和瞬時(shí)傳送,本系統(tǒng)采用瞬時(shí)傳送的形式,因此從站程序中通過(guò)DFROM(對(duì)BFM 指定位的讀取操作)、DTO 指令(對(duì)BFM 指定位的寫(xiě)入操作)與主站的數(shù)據(jù)通信。從站1部分通信程序如圖7 所示。

        5 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

        本項(xiàng)目采用MCGS 觸摸屏,主要完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測(cè),MCGS 與QPLC 的通信鏈接:打開(kāi)工具箱選擇通用串口父設(shè)備,子設(shè)備三菱Q 系列編編程口,設(shè)置設(shè)備屬性值:串口端口號(hào)為0-COM1,通訊波特率為6-9600,數(shù)據(jù)位位數(shù)為1-8 位,數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式為1-奇校驗(yàn)。設(shè)置三菱Q 系列編程口屬性:設(shè)備地址0,PLC 類(lèi)型三菱Q02UCPU。

        人機(jī)界面設(shè)計(jì)主要由趨勢(shì)曲線、報(bào)警記錄、監(jiān)視界面等構(gòu)成。MCGS 界面如圖8 所示。趨勢(shì)曲線:根據(jù)實(shí)時(shí)采集溫度、頻率參數(shù)自動(dòng)形成趨勢(shì)曲線,方便用戶(hù)觀察變化趨勢(shì)。報(bào)警記錄:當(dāng)變頻器異常或者溫度參數(shù)異常,由報(bào)警界面提供報(bào)警功能并做歷史記錄。監(jiān)視界面:用戶(hù)通過(guò)此界面實(shí)時(shí)觀察溫度、各站變頻器運(yùn)行狀態(tài),運(yùn)行頻率等參數(shù)。

        6 結(jié)束語(yǔ)

        通過(guò)使用 Q 系列 PLC、FX 系列 PLC、CC-LINK 網(wǎng)絡(luò)、MODBUS 通信以及MCGS 組態(tài)軟件,實(shí)現(xiàn)了溫度的采集、對(duì)多臺(tái)變頻器的控制,該設(shè)計(jì)通過(guò)MODBUS 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制,大大提高了生產(chǎn)的熔噴布品質(zhì),在95 熔噴布以上,趨近于高端的99 熔噴布。通過(guò)CC-LINK 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)PLC 之間信息傳輸,使系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、開(kāi)放性、可靠性提高,具有較強(qiáng)的可操作性和實(shí)用性。通過(guò)使用RS485 通信和CC-LINK 網(wǎng)絡(luò),使設(shè)備電氣控制更加簡(jiǎn)潔、便利。建立不同控制系統(tǒng)之間的MODBUS 通信是自動(dòng)化工程中常見(jiàn)的案例,也是技術(shù)難點(diǎn)之一。因此,操作工程師不僅要對(duì) MODBUS 通信協(xié)議的基本原理有較深理解,還要熟悉通信兩端控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng),這些經(jīng)驗(yàn)均需要在實(shí)踐中不斷積累與提升。本項(xiàng)目技術(shù)路線圍繞著PLC 網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行運(yùn)行和調(diào)試,在其他設(shè)備均采用模擬量和數(shù)值量控制的情況上,采用全新的網(wǎng)絡(luò)通訊方式,體現(xiàn)了運(yùn)行速度快,導(dǎo)線連接少,工程硬件接線工作量小,調(diào)試方便快捷的特點(diǎn)。

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