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)。