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摘 要： 摘要:設(shè)計了一種基于變頻器RS485通信的自動抓棉機(jī)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)中，PLC通過RS485總線將來自觸摸屏、外部主令單元的控制信息和數(shù)據(jù)送至現(xiàn)場變頻器，通過I/O方式控制現(xiàn)場三相交流異步電機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)而實現(xiàn)抓棉、松棉、除去雜質(zhì)和混合原料
摘要:設(shè)計了一種基于變頻器RS485通信的自動抓棉機(jī)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)中，PLC通過RS485總線將來自觸摸屏、外部主令單元的控制信息和數(shù)據(jù)送至現(xiàn)場變頻器，通過I/O方式控制現(xiàn)場三相交流異步電機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)而實現(xiàn)抓棉、松棉、除去雜質(zhì)和混合原料等操作;通過TPC觸摸屏中簡單的圖形和顏色直觀實時監(jiān)控抓棉機(jī)運行狀態(tài)和參數(shù)信息，具有良好人機(jī)交互界面.實踐表明，該系統(tǒng)大大提高了抓棉機(jī)控制系統(tǒng)的自動化水平和網(wǎng)絡(luò)通信能力，操作簡單，維護(hù)方便，運行穩(wěn)定，具有推廣應(yīng)用價值.
關(guān)鍵詞:RS485;自動抓棉機(jī);FR-E700變頻器;TPC7062TI;FX3UPLC
自動抓棉機(jī)是紡織加工的第一道工序，用于加工棉、棉型化纖和中長化纖原料，具有抓棉、松棉、除去雜質(zhì)和混合原料等功能，在棉花加工中起著非常重要的作用.本文設(shè)計了一種基于變頻器RS485通信功能的自動抓棉機(jī)控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮變頻器的通信能力，嵌入版MCGS簡單靈活的可視化操作界面，可以實時在線顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)，為不同級別用戶設(shè)定不同的操作權(quán)限，保證了系統(tǒng)操作安全性，有助于提高抓棉機(jī)的工作效率，提升棉紡企業(yè)的自動化水平.
1抓棉機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制要求
間隙下降的抓棉臂帶動抓棉小車通過轉(zhuǎn)塔移動順序抓取，被抓取的棉花纖維束塊通過風(fēng)機(jī)抽吸經(jīng)輸棉管道送至下道機(jī)臺作進(jìn)一步加工.該系統(tǒng)由轉(zhuǎn)塔、抓棉臂、抓棉小車、輸棉管道和出棉口等部分組成，如圖1所示.
自動抓棉機(jī)系統(tǒng)控制要求如下:抓棉小車隨轉(zhuǎn)塔做左右往復(fù)運動，對棉包進(jìn)行抓取，抓棉小車每抓完一個行程，抓棉臂下降一定高度，然后再繼續(xù)抓棉，抓棉小車抓到的棉花經(jīng)風(fēng)機(jī)抽吸隨輸棉管道輸送到出棉口.自動抓棉機(jī)控制系統(tǒng)具備兩種工作模式，模式一:調(diào)試模式;模式二:自動運行模式.當(dāng)抓棉區(qū)沒有棉花或抓棉小車電機(jī)溫度報警時，系統(tǒng)停止運行，同時報警指示.本系統(tǒng)實時顯示控制系統(tǒng)動作，監(jiān)控自動抓棉機(jī)運行參數(shù)和狀態(tài).設(shè)置不同的用戶組，對屬于不同用戶組的人員擁有不同的操作權(quán)限[1]
2控制系統(tǒng)
2.1硬件配置選型
根據(jù)抓棉機(jī)系統(tǒng)控制的要求，該控制系統(tǒng)應(yīng)主要由以下電氣控制回路組成:[2]
(1)轉(zhuǎn)塔的移動電機(jī)M1控制回路.轉(zhuǎn)塔的移動電機(jī)M1驅(qū)動，由于轉(zhuǎn)塔的左右旋轉(zhuǎn)需要精確的定位控制，故選用ECMA-C20604RS臺達(dá)伺服電機(jī)，由ASD-B2伺服驅(qū)動器控制;
(2)抓棉臂的上下運行電機(jī)M2控制回路.抓棉臂的上下運行電機(jī)M2選用Kinco3S57Q-04079步進(jìn)電機(jī)，由Kinco3M458步進(jìn)驅(qū)動器實現(xiàn)控制;
(3)驅(qū)動抓棉小車電機(jī)M3控制回路.驅(qū)動抓棉小車電機(jī)M3，選用YS502/4三相異步雙速電機(jī)，控制不同的抓棉速度.由PLC控制直流繼電器，通過繼電器控制接觸器從而控制電機(jī)M2;
(4)驅(qū)動風(fēng)機(jī)電機(jī)M4控制回路.驅(qū)動風(fēng)機(jī)采用三相異步電動機(jī)M4，根據(jù)觸摸屏設(shè)定值選擇風(fēng)機(jī)的速度，從而控制輸棉的速度，采用FR-E740變頻器實現(xiàn)對輸棉速度的控制.
2.2自動抓棉機(jī)控制系統(tǒng)方案設(shè)計
控制器選用三菱FX3U-48MT晶體管輸出型PLC，配以昆侖通態(tài)TPC7062Ti觸摸屏.該觸摸屏應(yīng)連接到PLC的RS232端口，實現(xiàn)上、下位機(jī)的通信.M4電機(jī)采用觸摸屏+PLC+變頻器的控制方案，以PLC作為控制器，觸摸屏為人機(jī)交互界面，通過PLC的RS-485總線控制變頻器的啟停;能從觸摸屏上設(shè)定變頻器的運行頻率，并且能在觸摸屏界面上在線監(jiān)視變頻器的運行頻率、運行電流、運行電壓等參數(shù)以及其他內(nèi)部參數(shù).
通過脈沖輸出方式控制步進(jìn)驅(qū)動器、伺服驅(qū)動器，分別控制對應(yīng)電動機(jī).由于晶體管輸出型的PLC只能驅(qū)動直流負(fù)載，故交流接觸器不能直接作為PLC輸出，需要中間增設(shè)直流繼電器，通過直流繼電器控制交流接觸器.[2-4]
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控制系統(tǒng)組成框圖如圖2所示.
2.3PLC系統(tǒng)軟硬件設(shè)計
根據(jù)抓棉機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計方案及確定的控制器I/O地址分配表，完成PLC外部接線圖.FX3U-32MT通過FX3U-485BD模塊與變頻器連接，通過RS485總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換.[3]
抓棉機(jī)的工作過程是典型的順序控制，其PLC程序分為手動和自動兩個部分，其中手動控制主要用于抓棉機(jī)的調(diào)試和檢修，正常生產(chǎn)是運行在自動控制狀態(tài).為避免誤操作，利用嵌入版MCGS中安全機(jī)制，設(shè)置不同級別的用戶擁有不同的操作權(quán)限.PLC程序中設(shè)置必要的互鎖措施.限于篇幅限制，本文只介紹PLC與變頻器的通信程序.
3PLC與變頻器RS485通信控制
PLC與變頻器的組合應(yīng)用在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中很普遍，主要有使用PLC的開關(guān)量信號、PLC加D/A模擬量模塊、RS-485的通信方法等方法控制變頻器.本系統(tǒng)使用RS-485通信控制，僅通一條通信電纜連接，既能完成傳統(tǒng)應(yīng)用的所有功能，還能進(jìn)行內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信，可方便地從變頻器中獲取所驅(qū)動電動機(jī)的運行頻率、電流等各種參數(shù)，并直接顯示在觸摸屏上，并且很容易實現(xiàn)多電機(jī)之間的同步運行.下面介紹本控制系統(tǒng)中三菱FX3U系列PLC與三菱FR-E700變頻器之間的RS485通信控制.
3.1PLC與變頻器之間的網(wǎng)絡(luò)連接
為了實現(xiàn)RS485通信，三菱FR-E700變頻器使用內(nèi)置的RS-485通信端口，F(xiàn)X3U系列PLC則選用通信擴(kuò)展板FX3U-485BD，兩者通過網(wǎng)線相連，具體接線如圖3所示.[3-4]
3.2變頻器通信參數(shù)設(shè)置
PLC連接到E700系列變頻器的PU端口時，需要設(shè)置變頻器對應(yīng)的參數(shù)，如表1所示[3-4]
參數(shù)設(shè)置完畢，變頻器需要斷電再上電，確保設(shè)置的通信參數(shù)有效
3.3PLC通信參數(shù)設(shè)置
為確保三菱PLC與三菱變頻器之間RS-485通信的順利可靠，必須在PLC中設(shè)置通信相關(guān)參數(shù)，圖4給出了通過GXDeveloper編程軟件設(shè)置PLC通信參數(shù)過程[3].
3.4PLC與變頻器之間通信程序設(shè)計
變頻器的運行控制IDVR指令是指通過可編程控制器，將變頻器運行所需的控制值寫入到變頻器的指令;變頻器的運行監(jiān)視IVCK指令是指在可編程控制器中讀出變頻器的運行狀態(tài)的指令.[3，5]
4人機(jī)界面組態(tài)
按照自動抓棉機(jī)控制要求，觸摸屏監(jiān)控界面設(shè)計共4個窗口，分別為啟動選擇畫面、手動調(diào)試界面、自動運行界面和報警窗口.限于篇幅，這里只給出啟動選擇畫面、手動調(diào)試界面和自動運行界面，分別如圖5～圖7所示[1，6]
5結(jié)語
基于變頻器RS485通信的自動抓棉機(jī)控制系統(tǒng)采用觸摸屏+PLC+變頻器控制方案，設(shè)計周期短，安裝調(diào)試方便，便于人機(jī)交互，有利于實現(xiàn)集中監(jiān)控，提高棉紡企業(yè)生產(chǎn)自動化水平和網(wǎng)絡(luò)通信能力，操作簡單，維護(hù)方便，運行穩(wěn)定，具有推廣應(yīng)用的價值.[6]