|
深圳市森科瑞電氣技術有限公司 王誌榮 王必安
關鍵詞： EC20 PLC TD3000變頻器 EV1000變頻器 觸摸屏 線速度 速度同步 自由口通訊
1前言
相對以往化纖專業生產設備來說，現在的設計思想中越來越多的引入了“柔性生產”這一概念，柔性生產線具有配置簡單，自動化程度高，可程序化和重新配置的優點，而被廣大用戶所采用。
zaihuaxianrouxingshengchanxianzhong，jichujishizhenggeshebeidezhongyaobufen，erhouxugejuanraobufendesudutongbucaishizhenggexitongdeguanjian。xitongzhongduodianjisudutongbujingdudegaodi，zhijieyingxiangzhehuaxiansichengpindezhiliang。
在以前的此類生產線中，大多數采用在各輥上安裝現場操作箱，根據實際情況人為調整速度的方法進行控製。這種方案存在如下缺點：（1）不便於數據的集中管理；（2）需要根據各個速度，手工計算牽伸比；（3）實際速度不滿足要求，需要再循環跑到各個區域去調節，操作非常麻煩；（4）廢品率偏高。
針對上述問題，此次設計中，在理念上采用集中控製與分散控製相結合的方式，將觸摸屏與PLC作為控製的核心。觸摸屏設置配方數據，PLC直zhi接jie計ji算suan牽qian伸shen比bi，通tong訊xun控kong製zhi變bian頻pin器qi速su度du。集ji中zhong的de操cao控kong人ren機ji界jie麵mian，並bing在zai各ge輥gun上shang安an裝zhuang現xian場chang操cao作zuo箱xiang，既ji能neng在zai觸chu摸mo屏ping上shang進jin行xing所suo有you的de控kong製zhi，又you能neng在zai現xian場chang進jin行xing整zheng個ge係xi統tong的de操cao作zuo。
通訊的應用是現代工業發展的一大主題，用通訊方式設計的係統結構簡單，運行可靠，能有效的避免硬件故障帶來的整個係統的損失。
2係統簡介
工藝流程如圖1所示。
圖1 化纖柔性生產線流程圖
化纖柔性生產線是化纖絲生產中的一種重要的生產線，它的結構包括擠出機，計量泵，分絲盤，水箱，牽伸輥機（包括加熱和不加熱），導(dao)輪(lun)，冷(leng)卻(que)箱(xiang)，力(li)矩(ju)輥(gun)機(ji)和(he)收(shou)絲(si)機(ji)。在(zai)加(jia)工(gong)時(shi)，將(jiang)化(hua)纖(xian)顆(ke)粒(li)放(fang)入(ru)擠(ji)出(chu)機(ji)漏(lou)鬥(dou)，經(jing)過(guo)擠(ji)出(chu)機(ji)加(jia)熱(re)擠(ji)出(chu)並(bing)在(zai)分(fen)絲(si)盤(pan)將(jiang)化(hua)纖(xian)溶(rong)體(ti)分(fen)成(cheng)幾(ji)百(bai)束(shu)的(de)初(chu)級(ji)化(hua)纖(xian)絲(si)後(hou)經(jing)水(shui)冷(leng)卻(que)，然(ran)後(hou)將(jiang)化(hua)纖(xian)絲(si)幾(ji)十(shi)根(gen)為(wei)一(yi)把(ba)經(jing)過(guo)導(dao)輪(lun)纏(chan)繞(rao)在(zai)各(ge)牽(qian)伸(shen)輥(gun)機(ji)上(shang)逐(zhu)級(ji)拉(la)伸(shen)後(hou)變(bian)成(cheng)很(hen)細(xi)的(de)化(hua)纖(xian)絲(si)成(cheng)品(pin)卷(juan)繞(rao)在(zai)收(shou)線(xian)盤(pan)上(shang)。從(cong)最(zui)初(chu)的(de)化(hua)纖(xian)絲(si)到(dao)成(cheng)品(pin)之(zhi)間(jian)化(hua)纖(xian)絲(si)的(de)初(chu)細(xi)就(jiu)靠(kao)各(ge)輥(gun)機(ji)運(yun)行(xing)速(su)度(du)的(de)逐(zhu)漸(jian)加(jia)快(kuai)來(lai)確(que)定(ding)，具(ju)體(ti)的(de)快(kuai)慢(man)由(you)牽(qian)伸(shen)比(bi)設(she)定(ding)，不(bu)同(tong)的(de)產(chan)品(pin)牽(qian)伸(shen)比(bi)不(bu)同(tong)。
本(ben)係(xi)統(tong)在(zai)設(she)計(ji)時(shi)充(chong)分(fen)考(kao)慮(lv)了(le)操(cao)作(zuo)的(de)簡(jian)易(yi)性(xing)，隻(zhi)需(xu)要(yao)設(she)定(ding)其(qi)中(zhong)的(de)主(zhu)速(su)度(du)，通(tong)過(guo)牽(qian)伸(shen)比(bi)就(jiu)可(ke)以(yi)把(ba)各(ge)級(ji)的(de)速(su)度(du)分(fen)別(bie)計(ji)算(suan)出(chu)來(lai)，在(zai)調(tiao)節(jie)速(su)度(du)時(shi)，各(ge)級(ji)的(de)牽(qian)伸(shen)比(bi)也(ye)會(hui)自(zi)動(dong)計(ji)算(suan)出(chu)來(lai)，並(bing)進(jin)行(xing)自(zi)動(dong)保(bao)存(cun)。
現場操作時，在各級上有一現場操作箱，可以進行速度同升同降，單獨啟動、停止，聯動啟動、停止和緊急停止功能，另外在4熱七輥機和8熱(re)五(wu)輥(gun)機(ji)的(de)兩(liang)個(ge)操(cao)作(zuo)箱(xiang)上(shang)還(hai)裝(zhuang)有(you)兩(liang)個(ge)線(xian)速(su)表(biao)，用(yong)以(yi)顯(xian)示(shi)當(dang)前(qian)的(de)線(xian)速(su)度(du)，便(bian)於(yu)現(xian)場(chang)調(tiao)節(jie)。集(ji)中(zhong)監(jian)控(kong)時(shi)，將(jiang)控(kong)製(zhi)櫃(gui)上(shang)的(de)選(xuan)擇(ze)開(kai)關(guan)撥(bo)到(dao)觸(chu)摸(mo)屏(ping)端(duan)，即(ji)可(ke)用(yong)觸(chu)摸(mo)屏(ping)進(jin)行(xing)啟(qi)停(ting)操(cao)作(zuo)，但(dan)不(bu)管(guan)集(ji)中(zhong)控(kong)製(zhi)還(hai)分(fen)散(san)控(kong)製(zhi)，都(dou)可(ke)在(zai)觸(chu)摸(mo)屏(ping)上(shang)設(she)定(ding)數(shu)據(ju)和(he)顯(xian)示(shi)當(dang)前(qian)頻(pin)率(lv)和(he)電(dian)流(liu)。
3硬件設計
本係統主要由觸摸屏、PLC、變頻器、測速編碼器以及其它一些輔助元器件組成。整個係統通過通訊進行數據傳輸，結構簡單，操作方便，運行可靠。PLC采用艾默生公司的EC20-3232BRA主控製模塊，外帶一個16點的EC20-1600ENN輸入擴展模塊。
EC20 PLC是艾默生小型PLC的最高端產品，它具有高可靠性、高響應性，強勁的通訊功能，豐富的指令集等，其中程序容量可達到12K步，而基本指令時間才0.09μs。它的板件經過了嚴格的三防處理，工作電壓AC85~280V，具有卓越的抗幹擾性，是係統穩定運行的可靠保證。最重要的是它自帶了一個RS485/RS232的通訊接口，有豐富的通訊指令，使得和外部設備通訊變得更為簡潔方便。
由於各牽伸輥機對速度要求非常高，所以各牽伸輥機的變頻器均采用艾默生TD3000係列，一共使用了7台TD3000變頻器，並且3五輥機、4熱七輥機、6熱七輥機、8熱五輥機、9熱七輥機和11七輥機都增加測速編碼器以保證設備對速度精度的要求。12收線機由於設備對速度要求不是那麼嚴格，所以采用了不帶測速編碼器的TD3000變頻器。
TD3000變bian頻pin器qi是shi艾ai默mo生sheng公gong司si高gao性xing能neng的de矢shi量liang控kong製zhi型xing變bian頻pin器qi，可ke以yi加jia測ce速su編bian碼ma器qi組zu成cheng速su度du閉bi環huan控kong製zhi，能neng實shi現xian轉zhuan矩ju的de快kuai速su響xiang應ying和he準zhun確que控kong製zhi，能neng以yi很hen高gao的de控kong製zhi精jing度du進jin行xing寬kuan範fan圍wei的de調tiao速su運yun行xing。具ju有you自zi動dong調tiao諧xie、零伺服控製、速度控製和轉矩控製在線切換、編碼器斷線檢測、能進行參數考貝等多種功能，並有RS485自由通訊接口，完全可以滿足係統的要求。計量泵采用的是兩台艾默生EV1000通用型變頻器。
監控人機界麵采用10.4寸觸摸屏，進行數據顯示和設定，直觀可靠。
在整個係統中，PLC是控製中心，它可以獨立完成整個控製過程，在觸摸屏發生故障時，仍然可以通過現場操作箱進行控製而不影響整個係統的運行。
係統主控製部分如圖2所示
圖2 電氣主控製原理圖
係統PLC控製部分如圖3所示。
圖3 PLC電氣原理圖
4軟件編程
本係統用觸摸屏作為人機交互界麵，編程簡單，性能穩定。觸摸屏主要操控畫麵如圖4、圖5所示。
圖4 觸摸屏主顯示畫麵
圖5 參數設定畫麵
“觸摸屏主顯示畫麵”是操作員經常需要查看的畫麵，主要用於顯示計量泵1、2hegeqianshengunjideyunxingpinlvhedianliuyijitamendangqiandeyunxingzhuangtai，tongshihaixianshizhulingsuduheshouxiandechangdu。tashizhijiancedangqiandeyunxingqingkuang，bingbunengjinxingsheding。zaihuamianshangbushezhilegegeminglinganniu，dianjitamenzhaxunxiangyingdezhuangtaihuojinxingxiangyingdecaozuo。zaishangmiandianji“牽伸比”可以進入如圖4畫麵，它是用戶調試時的主要操作畫麵，調機時，用戶先設定各牽伸輥機的線速度，然後點擊“確認”計ji算suan出chu各ge級ji牽qian伸shen比bi和he主zhu牽qian伸shen比bi，確que定ding好hao牽qian伸shen比bi後hou，隻zhi需xu調tiao節jie主zhu令ling速su度du，就jiu可ke以yi根gen據ju牽qian伸shen比bi自zi動dong設she定ding各ge輥gun機ji的de運yun行xing速su度du，達da到dao速su度du同tong升sheng同tong降jiang的de目mu的de。同tong時shi在zai操cao作zuo箱xiang上shang撥bo動dong“速度升/降”開關也可以起到同升同降的目的。“最大限速”主要是為了防止操作不當而作的一個保護措施。PLC作為觸摸屏的下位機，承擔了數據的傳送和處理工作，它和變頻器之間通過通訊進行數據讀取和設定，其網絡組成如圖6所示。
圖6 PLC和變頻器通訊網絡通訊組成圖
在構成此網絡時，由於EV1000和TD3000變頻器的通訊協議不一致，所以隻能采取自由通訊協議進行通訊。EC20 PLC作為控製主站，在係統中具有絕對的控製權，它主動給變頻器發送指令，主動接收變頻器的反饋數據。在這裏，我們將EC20自帶的COM1口作為RS485通訊口和變頻器通訊，COM0口用於和觸摸屏通訊，設置為MODBUS協議，下麵就將艾默生PLC和變頻器之間的通訊作簡單介紹。
設備之間的通訊不但要有相應的硬件接口，如USB，RS232接口，RS485接口，以太網口等，還需要有相應軟件支持，也就是通訊協議，本係統使用RS485接口和自由口通訊協議。RS485通訊可以理論上可以連接128台設備，通訊距離可以達到1200米，而且抗幹擾性強，是目前工控中普遍采用的通訊方式。
下麵是通訊程序的設計：在寫程序之前我們必須設定串口參數，比如波特率，數據位，啟始位，停止位以及奇偶校驗，這裏設定波特率=9600 ，數據位=8 ，啟始位不用設，停止位=1，奇偶校驗=不校驗。具體參數設置如圖7所示。
圖7 艾默生PLC通訊參數設置
設定了這些參數以後，我們就可以編寫通訊程序了，此程序比較長，我這裏就不作詳細解說，僅列舉TD3000變頻器頻率設定和電流讀取子程序供大家參考，具體數據讀寫請參考艾默生EV1000和TD3000自由口通訊協議。
入口參數：addr , freq_set
出口參數：end , freq
//設定頻率，讀取電流,使用長幀讀取功能參數FF.05
//初始化短幀，幀頭為02
LD SM0
MOV 16#2 V3
MOV #addr V4
MOV 16#1F V5
MOV 16#5 V6
MOV 16#0 V7
MOV 16#0 V8
MOV 16#44 V9
MOV 16#7F V10
MOV #freq_set K4M1980
MOV K2M1988 V11
MOV K2M1980 V12
MOV 0 Z0
MOV 0 V13
//異或校驗
LD SM0
FOR 9
LD SM0
WXOR V13 V4Z0 V13
LD SM0
INC Z0
NEXT
//發送和接收
LD SM0
MPS
ANI SM122
XMT 1 V3 11
RCV 1 D7000 11
MRD
AND SM123
MOV D7004 K2M1988
MOV D7005 K2M1980
MOV K4M1980 #freq
MPP
AND SM123
SET #end
//發送完後，將完成標誌位END置ON
此段程序為TD3000變頻器設定頻率和讀電流的子程序，EV1000的de通tong信xin程cheng序xu可ke以yi根gen據ju它ta的de通tong信xin協xie議yi進jin行xing設she計ji。下xia麵mian介jie紹shao變bian頻pin器qi的de參can數shu設she定ding，由you於yu總zong共gong有you九jiu台tai變bian頻pin器qi需xu要yao通tong信xin，所suo以yi我wo們men將jiang變bian頻pin器qi的de地di址zhi分fen別bie設she為wei10到18，具體通訊參數TD3000在F9組裏麵進行設定，EV1000在FF組裏進行設定，除了設定通訊參數外，還有編碼器，摸擬量設置等參數，設定如下：
TD3000變頻器 通訊參數 F9.00 3 F9.01 0 F9.02 12-18
編碼器參數 Fb.00 1024
啟停參數 F0.02 1 F0.03 6 F0.05 1
模擬量參數 F6.08 0 F6.11 7.8
EV1000變頻器 通訊參數 FF.00 0005 FF.01 10-11
啟停參數 F0.00 2 F0.03 1
此ci程cheng序xu中zhong，除chu了le需xu要yao給gei變bian頻pin器qi設she定ding頻pin率lv外wai，我wo們men還hai要yao讀du取qu變bian頻pin器qi的de當dang前qian電dian流liu和he故gu障zhang狀zhuang態tai，以yi反fan應ying當dang前qian設she備bei的de運yun行xing狀zhuang況kuang，另ling外wai還hai有you參can數shu計ji算suan，係xi統tong啟qi停ting，故gu障zhang報bao警jing等deng程cheng序xu，這zhe裏li不bu一yi一yi贅zhui述shu。
5結束語
此化纖柔性生產線自運行以來，達到如下效果：
（1）優秀的同步速度精度，使產品廢品率明顯降低。
（2）完善的集中控製，大幅降低工人的勞動強度。
（3）設備速度從以前設備的100米/分鍾，提高到150米/分鍾，效率提升了50%。
（4）生產過程的參數完整記錄，為質量追溯提供了依據。
以上效果等到了用戶的高度評價。
從本次的實際應用來看，艾默生公司高性能矢量變頻器TD3000較高的速度精度與EC20係列PLC的強大的通信能力，完全可以為化纖行業提供高穩定性、高可靠性、高度自動化和高效率的係統性解決方案。
通tong訊xun越yue來lai越yue多duo地di走zou進jin了le現xian代dai控kong製zhi領ling域yu，它ta直zhi接jie引yin領ling著zhe傳chuan統tong工gong控kong設she計ji理li念nian的de變bian革ge。大da到dao成cheng千qian上shang萬wan點dian的de監jian控kong係xi控kong，小xiao到dao單dan台tai設she備bei，無wu處chu不bu見jian通tong訊xun的de身shen影ying，它ta以yi快kuai捷jie的de硬ying件jian組zu態tai和he高gao效xiao率lv的de運yun行xing獲huo得de了le很hen多duo工gong控kong專zhuan家jia的de支zhi持chi。艾ai默mo生shengEC係列小型PLC增加了一個通訊接口和很多強勁實用的通訊功能，是當前小型PLC的發展方向。
參考文獻
[1] 艾默生公司．EV1000係列通用變頻器用戶手冊．
[2] 艾默生公司．TD3000高性能失量控製變頻器用戶手冊．
[3] 艾默生公司．EC20硬件手冊．
[4] 艾默生公司．EC係列小型可編程控製器編程手冊．
[5] M2I公司．TOP係列觸摸屏編程手冊．
[6] 高欽和．可編程控製器應用技術與設計實例．
作者簡介
王誌榮，本科，電氣設計工程師，供職於深圳市森科瑞電氣技術有限公司。
|
