程碧峰 招偉培 龍海仁 李鋒

摘 要： 目前，陶瓷行業(yè)里的自動化程度越來越高，如原料輸送帶、干燥窯、釉線、燒成窯的全程自動操作，這對于陶瓷廠來說，可以達到減員增效的作用。本文主要是講述老舊陶瓷廠的升級改造，為適應(yīng)差異性產(chǎn)品的快速轉(zhuǎn)產(chǎn)，對現(xiàn)有的釉線、窯頭、燒成窯的各個負責傳動的變頻器進行改造，技術(shù)路線是基于MODBUS-RTU通信協(xié)議實現(xiàn)威綸通品牌的觸摸屏控制裝置與三菱變頻器的通信及控制，實現(xiàn)可視化、整體化控制，達到快速轉(zhuǎn)產(chǎn)的目的。

關(guān)鍵詞：陶瓷生產(chǎn);整體控制;自動化;三菱變頻器;威綸通觸摸屏

1 前 言

本生產(chǎn)基地的生產(chǎn)線較短，產(chǎn)能較低，在公司集團中的定位，主要是負責訂單數(shù)量少，工藝復雜的產(chǎn)品，這可以有效減少其他基地（有超長生產(chǎn)線）在試板過程中容易產(chǎn)生的質(zhì)量差、損耗高等問題。在實際生產(chǎn)過程中，本廠的產(chǎn)品厚度有20mm、18mm、15mm、13mm、11mm、9mm，規(guī)格種類有1200mm×600mm、600mm×600mm，產(chǎn)品品類有平面仿古、全拋釉、緞光釉、凹凸模具仿古等。在這些產(chǎn)品切換過程中，由于厚度、規(guī)格、釉料配方的不同，需要把各個工序的生產(chǎn)線速度進行調(diào)整及匹配，常見的如干燥窯、釉線、燒成窯等工序，而要實現(xiàn)這些功能主要在于對生產(chǎn)線的各個變頻器進行調(diào)整，以前一般都是人工對變頻器進行單獨調(diào)整，而由于電機對應(yīng)的變頻器數(shù)量較多，如不同的釉線少則50個，多著100來個，窯頭少則20多個，多著70多個，燒成窯也是如此。這樣一輪人工操作，費時費工，還容易出現(xiàn)人為的誤操作，隨著產(chǎn)品的日益復雜，迫使人們對這些操作進行優(yōu)化、整合。

本廠所用的變頻器是三菱E700，筆者主要通過基于MODBUS-RTU通信協(xié)議實現(xiàn)威綸通觸摸屏與三菱變頻器的通信及控制，最終實現(xiàn)整體化控制，提高操作效率，減少人為失誤。

2 MODBUS通訊協(xié)議

（1）MODBUS協(xié)議是一種主要應(yīng)用于陶瓷行業(yè)中的工控機、PLC、觸摸屏與變頻器、溫控議器等設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信方式，其通信的物理接口主要是RS485，以串行鏈路通信方式有2種傳輸模式：MODBUS_RTU 和MODBUS-ASCII，其中MODBUS_RTU通信格式是目前所有工控電器產(chǎn)品應(yīng)用最多的一種數(shù)字通信方式。

（2）數(shù)據(jù)編碼方式：MODBUS_RTU是用8位二進制數(shù)（十六進制數(shù)）編碼，如要傳輸一個數(shù)6，MODBUS_RTU模式的表示方式用16#6，MODBUS_ASCII是用ASCII碼要表示同樣的一個數(shù)6，則其表示方式是16#36。幀格式不同：MODBUS_RTU沒有起始和結(jié)束符，數(shù)據(jù)檢驗使用CRC檢驗，MODBUS_ASCII有起始和結(jié)束符，數(shù)據(jù)校驗使用LRC檢驗。串行通信部分僅規(guī)定了在串行線路的基本數(shù)據(jù)傳輸格式，是主/從通訊，請求/響應(yīng)模式。

（3）MODBUS_RTU通信傳輸?shù)男畔⒌膸袷饺缦卤恚?/p>

1）起始碼：信息開始至少需要有3.5個字符的靜止時間

2）地址碼：有效的從機設(shè)備地址范圍1-247（十進數(shù)）

3）功能碼如下：

功能碼H01讀取線圈的狀態(tài)，讀取從站輸出開關(guān)量的狀態(tài)。

功能碼H02寫單個寄存器，讀取從站輸入開關(guān)量的狀態(tài)。

功能碼H03讀取保持寄存器，讀取從站一個或多從站輸出寄存器的值。

功能碼H04 讀取輸入寄存器，讀取從站一個或多從站輸入寄存器的值。

功能碼H05 強制單個線圈，強制從站輸出開關(guān)量狀態(tài)。

功能碼H06 寫保持寄存器，把字寫入從站的輸出保持寄存器

功能碼H08 回送診為檢驗，把診斷報文送到從站。

功能碼H0F 強制多個線圈，強置從站的多個輸出線圈。

功能碼H10 寫多個保持寄存器，把多個字寫入從站連續(xù)的輸出寄存器。

4）傳輸數(shù)據(jù)：從站的協(xié)議地址（H 高8bit+L 底8bit），寫入的數(shù)據(jù)（H 高8bit+L 底8bit）;數(shù)據(jù)格式與功能碼相關(guān)，不同的功能碼數(shù)據(jù)格式有所不同。例如，功能碼H03的數(shù)據(jù)格式;讀取從站的保持寄存器數(shù)據(jù)的地址+讀取保持寄存器的寄存器個數(shù)。例如，功能碼H06的數(shù)據(jù)格式;從站的保持寄存器進行寫入數(shù)據(jù)的地址+從站寫入保持寄存器寫入的數(shù)據(jù)。例如，功能碼H10的數(shù)據(jù)格式;從站的保持寄存器進行數(shù)據(jù)寫入的首地址+從站寫入保持寄存器的寄存器個數(shù)。

5） CRC檢驗：CRC循環(huán)冗余檢驗占兩個字，它包含了一個16位的二進制數(shù)值，CRC的值計算非常復雜，都是由傳送設(shè)備計算出來，然后附加到數(shù)據(jù)幀的最后面。接收設(shè)備在接收端接收到數(shù)據(jù)時重新計算CRC的值，發(fā)送數(shù)據(jù)前后的兩個CRC的值進行比較，如果一致表示傳輸正確，否則傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是錯誤的數(shù)據(jù)。

6）停止碼：信息開始至少需要有3.5個字符的靜止時間。

（4） MODBUS_RTU通信規(guī)約格式

1 ）格式如下：

附注：主站和從站的通訊格式必須保持一致

2）波特率： 指的是通信時每秒中發(fā)送的二進制的bit位數(shù)，常用的波特率有2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200

3） 校驗方式：有3種，分別是：偶校驗（even）：簡單表示為"e" 、奇校驗（odd）：簡單表示為"o" 、無校驗（none）：簡單表示為"n"

4）數(shù)據(jù)位：指的是MODBUS_RTU傳送通信的數(shù)據(jù)位是8位，MODBUS_ASCII傳送的數(shù)據(jù)位是7位

5） 停止位：常用的停止位是一位與二位，傳輸?shù)酵Ｖ刮粫r表示一個字符傳送結(jié)束

（5） MODBUS_RTU通信協(xié)議常用功能碼對應(yīng)的讀寫寄存器地址

附注：MODBUS_RTU的讀寫地址是從1開始，如40001-49999，不從40000開始的且40001的地址是十進制，很多從站設(shè)備說明書提供的寄存器地址是16進制數(shù)，要先把16進數(shù)值轉(zhuǎn)化為10進數(shù)后再加上1，才是從站或PLC對應(yīng)的MODBUS_RTU地址。

3威綸通觸摸屏控制端基于MODBUS_RTU通信的實現(xiàn)

3.1 控制端設(shè)備的簡介

威綸通觸摸屏控制端MODBUS 協(xié)議的設(shè)備類型分數(shù)據(jù)讀寫分別有 0x， 1x， 3x， 4x， 5x， 6x，及數(shù)據(jù)的bit位讀寫 3x_bit， 4x_bit 等，表4為功能簡介。

3.2 通訊接口簡介

MT80102E 觸屏自帶兩個通信口con.a、con.b兩個物理端口，如圖1所示，本機設(shè)備1是con.b_COM1/COM3 [RS232] 9針D型公座COM1與PLC_CP1H進行RS23通信，本機設(shè)備3是con.a_ COM1 / COM2 / COM3 [RS485] 9針D型母座的COM3口與變頻器進行MODUBT_RTU通信，通信規(guī)約格式為38400，E，8，1。在本廠的實際應(yīng)用中，我們采用后者的接口COM3進行通信，亦即是基于MODBUS協(xié)議。

3.3 三菱變頻器E700的通信PU接口端簡介

3.4 觸摸屏與變頻器的通訊方式

附注：兩線式485半雙工傳輸方式，傳送線一般用六類帶屏蔽網(wǎng)線，傳輸線尾加上通信終端電阻主要是降低主從通信口的阻抗。

3.5 變頻器的參數(shù)設(shè)置

如表5所示。

3.6 三菱E700變頻器的寄存器簡介

（1）功能說明。

（2） 變頻器E700參數(shù)對應(yīng)的MODBUS寄存器地址=變頻器的參數(shù)編號+41000為寄存器編號，例如：Pr.7為變頻器加速時間其對應(yīng)的MODBUS_RTU寄存器地址為41007

（3）威綸通觸摸屏軟件中實際讀寫三菱E700的MODBUS_RTU寄存器的地址，例如：特殊寄存器地址=4xxxx-40000=xxxx（D），E700變頻器的參數(shù)編號+41000-40000=1000+變頻器參數(shù)編號

3.7 觸摸屏的軟件端設(shè)置

（1）首先在PC端，打開Easybuilder Pro軟件，如圖4：

接著，把某一頻率數(shù)據(jù)寫入1#站變頻器，用數(shù)值元件輸入：

數(shù)據(jù)先寫入PLC中，然后利用威綸通的宏指令程序再寫入到變頻器中去。之后，數(shù)據(jù)輸入后觸摸屏的內(nèi)部地址LB1001置ON，LB1001_ON觸發(fā)PLC控制。

（2）軟件中的PLC控制去執(zhí)行宏指令，如圖6。

（3）宏指令編輯器中輸入 ---[ID005]1#inverter為宏指令編號

打開宏指令編輯器，輸入如下宏指令：

macro_command main（）

short a[80] ， b[10]// a[80]，b[10]為數(shù)組變量;

short i = 0 //為BOOL變量;

bool c=0? //為BOOL變量;

GetData（a[0]， "OMRON_CP1H"， D， 1000， 80） //讀取PLC中D1000開始的80個數(shù)據(jù);

SetDataEx（a[1]， "MODBUS RTU"， 6x， 1#14， 1） //6x是可讀寫的設(shè)備類型，把讀取的數(shù)據(jù)（14是頻率輸入地址）寫入外部的變頻器1#站，參數(shù)為14的寄存器中去。

DELAY（500） //延時0.5S

SetData（c， "Local HMI"， LB， 1001， 1） //復位觸屏的內(nèi)部地址LB1001;

end macro_command //宏指令執(zhí)行結(jié)束。

通過該軟件，預先把各個變頻器的參數(shù)進行修改，并保存。之后，通過RJ45端口的以太網(wǎng)線，跟觸摸屏控制裝置進行連接，如上圖8，最終把PC端程序下載到觸摸屏控制端。

從上圖9，可以看出：各項設(shè)置已經(jīng)同步到了釉線上的觸摸屏控制端，這樣我們就實現(xiàn)了對變頻器參數(shù)的整體控制。

最后，我們可以通過配方功能的模式，如上圖10，把設(shè)置保存下來，方便日后在轉(zhuǎn)換產(chǎn)品規(guī)格時的整體切換。

4應(yīng)用場景舉例說明

以釉線作為案例：

如圖11、圖12所示，改造前每次調(diào)整都需要對每個變頻器進行單獨調(diào)整，不但費時費力，還容易出錯。針對此情況，我們加裝了市面上容易獲得的威綸通觸摸屏裝置，把每個規(guī)格的產(chǎn)品所需的傳動變頻器的參數(shù)保存為一個配方文件，每次轉(zhuǎn)規(guī)格只需要把文件調(diào)出來加載，即可完成以前繁瑣的人工調(diào)整變頻器的操作，最終實現(xiàn)了整體控制，如圖13。

5結(jié)語