EC20系列PLC在染缸自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

染缸系統(tǒng)用于為布料著色，通過(guò)調(diào)節(jié)溫度，壓力，和顏料的流量形成一定的工藝條件，在相對(duì)穩(wěn)定水位、壓力、溫度條件下對(duì)布料進(jìn)行染色。系統(tǒng)屬于全電腦控制，對(duì)各個(gè)控制量均實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，根據(jù)反饋實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)補(bǔ)償，以達(dá)到穩(wěn)定的控制效果。

用戶(hù)對(duì)于每種染色工藝的要求不同，要求程序按照功能進(jìn)行模塊式劃分，可以根據(jù)需求在上位機(jī)中靈活調(diào)用，組成一個(gè)工藝方案。

二．電氣技術(shù)方案

2.1 系統(tǒng)組成

根據(jù)客戶(hù)需求，結(jié)合當(dāng)前工控技術(shù)的最新技術(shù)和產(chǎn)品，設(shè)計(jì)采用的電氣技術(shù)方案如下。

上位機(jī)采用工業(yè)平板PC機(jī)。PC機(jī)與PLC以RS232方式通信，上位機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用Wonderware Intouch 9.5版組態(tài)軟件，可實(shí)現(xiàn)對(duì)整機(jī)運(yùn)行工作情況的監(jiān)控和歷史紀(jì)錄數(shù)據(jù)的保存。

在可編程控制器（PLC）方面，選擇業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的艾默生PLC作為核心控制器，采用MODBUS通訊協(xié)議，與艾默生變頻器通過(guò)RS485總線(xiàn)通訊控制方式實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)控制，并可與流量傳感器通訊。根據(jù)系統(tǒng)要求，這些PLC分配在三個(gè)控制箱中。主控制箱中1臺(tái)PLC配置為MODBUS主站，由主站對(duì)全部從站PLC、變頻器、流量傳感器進(jìn)行監(jiān)控；上位機(jī)通過(guò)主站來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控。

變頻器選型采用艾默生TD3000系列和SK系列產(chǎn)品。 TD3000系列變頻器是高品質(zhì)、多功能、低噪音的矢量控制通用變頻器；SK系列變頻器具有體積小巧、操作簡(jiǎn)便、功能實(shí)用、寬輸出頻率和低噪音等優(yōu)點(diǎn)。

文本顯示器采用無(wú)錫匯聯(lián)SLIAN文本顯示操作屏。

2.2 電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖中粗黑線(xiàn)表示的是MODBUS總線(xiàn)。

電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖說(shuō)明

1、PC作為系統(tǒng)的上位機(jī)通過(guò)串口與主控制箱的PLC主站模塊的通訊口0連接，采用RS232通訊實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC數(shù)據(jù)的采集和控制。

2、系統(tǒng)主干通訊網(wǎng)絡(luò)采用MODBUS協(xié)議。

3、系統(tǒng)分為三個(gè)控制箱：主控制箱、機(jī)身控制箱、機(jī)身電磁閥接線(xiàn)盒。系統(tǒng)需要配置5個(gè)PLC主模塊，以MODBUS總線(xiàn)協(xié)議進(jìn)行通訊。主控制箱內(nèi)有3個(gè)PLC主模塊，其中第1個(gè)主模塊配置為MODBUS主站。機(jī)身控制箱和機(jī)身電磁閥接線(xiàn)盒分別各配置1個(gè)PLC主模塊。

4、主控制箱的主站PLC采用EC20-2012BTA主模塊（晶體管輸出），擴(kuò)展了2個(gè)EC20-4PT模塊（溫度測(cè)量）、2個(gè)EC20-4AD模塊（4-20mA模擬量測(cè)量）；主控制箱的從站PLC采用2個(gè)EC20-2012BTA主模塊（晶體管輸出）。

5、機(jī)身控制箱從站PLC采用EC20-2012BRA主模塊（繼電器輸出），擴(kuò)展了1個(gè)EC20-4AD模塊（0-10VDC模擬量測(cè)量）。控制箱應(yīng)留出未來(lái)擴(kuò)展的空間，以便將來(lái)增加擴(kuò)展模塊。該控制箱上安裝1個(gè)無(wú)錫匯聯(lián)SLIAN的文本顯示屏，通訊線(xiàn)與PLC的通訊口0連接（RS-232）。

6、機(jī)身電磁閥接線(xiàn)盒從站PLC采用EC20-3232BRA主模塊（繼電器輸出）。

7、5個(gè)比例閥分別由主控制箱的3個(gè)PLC主模塊進(jìn)行控制。每個(gè)PLC主模塊可控制2個(gè)比例閥。

8、4臺(tái)變頻器和2個(gè)流量計(jì)都作為MODBUS從站，由主控制箱主站PLC進(jìn)行監(jiān)控。

2.3工作原理說(shuō)明

人機(jī)交互通過(guò)PC實(shí)現(xiàn)，PC可以實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的工作運(yùn)行狀態(tài)、動(dòng)作過(guò)程及故障報(bào)警、實(shí)時(shí)曲線(xiàn)描繪和保存歷史數(shù)據(jù)等，同時(shí)可發(fā)送各種操作命令給PLC以控制系統(tǒng)的運(yùn)行。

在主站PLC與PC、從站PLC、變頻器和流量計(jì)儀表通訊方面，EC20 PLC充分利用自身的優(yōu)勢(shì)，由于EC20 PLC本身帶有2個(gè)串行通信口（1個(gè)RS232口，集成自由協(xié)議/編程協(xié)議/MODBUS從站協(xié)議，1個(gè)RS232/485口，集成自由協(xié)議/MODBUS主站/從站協(xié)議），EC20 PLC利用COM0口和PC進(jìn)行通信（EC20 PLC做從站，設(shè)置成MODBUS從站協(xié)議），利用COM1和多臺(tái)從站PLC、變頻器和流量計(jì)儀表組成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制（EC20 PLC的COM1設(shè)置成MODBUS主站協(xié)議）。

艾默生變頻器自帶RS485接口的通訊單元，用于實(shí)現(xiàn)PLC與多臺(tái)變頻器的聯(lián)網(wǎng)。對(duì)變頻器的所有控制都通過(guò)RS485通訊鏈路來(lái)完成，可省去變頻器的外部起停控制線(xiàn)路。

5個(gè)比例閥控制器均由步進(jìn)電機(jī)及放大器組成，由主站PLC及2個(gè)從站PLC通過(guò)高速脈沖輸出口來(lái)進(jìn)行控制。

流量計(jì)儀表具有MODBUS協(xié)議，可由主站PLC通過(guò)MODBUS網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)和監(jiān)控。另外，流量計(jì)具有脈沖計(jì)數(shù)和頻率輸出，可用于計(jì)量，作為備用方案。脈沖輸出可以接入到EC20的高速輸入通道。

三．PLC邏輯控制

此次編程采用順序功能圖（Sequential Function Chart），利用順序功能圖的過(guò)程劃分和步驟間轉(zhuǎn)換功能。可將程序段進(jìn)行模塊化自由組合。

由于順序功能圖編程具有直觀和流程化的特點(diǎn)，分解后的每一步驟和每個(gè)轉(zhuǎn)換條件都為相對(duì)簡(jiǎn)單的程序過(guò)程，在順序控制領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。

3.1 模塊化的分解與實(shí)現(xiàn)

染布工藝經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的積累，已經(jīng)形成一套相對(duì)固定的工藝流程。但是隨著布料種類(lèi)、染料種類(lèi)和印染要求的不同，會(huì)在原有流程上進(jìn)行一定的增加、刪減或者參數(shù)的改變，因此需要將整個(gè)印染工藝分解為若干個(gè)小模塊以實(shí)現(xiàn)這一功能。
經(jīng)過(guò)對(duì)印染工藝的了解，現(xiàn)將整體工藝拆分為如下功能塊：

模塊功能的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用順序功能圖流程的概念。在一個(gè)關(guān)聯(lián)且封閉的順序流程中，每一時(shí)刻只有一個(gè)步驟在運(yùn)行，且各流程間互不干擾。而工藝模塊的劃分也正是本著一個(gè)模塊內(nèi)的工藝順序執(zhí)行、各個(gè)模塊間的工藝盡量獨(dú)立這一原則。因此，一個(gè)模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)流程即可。

3.2 自由式組合編程的實(shí)現(xiàn)

工藝要求能夠自由的對(duì)功能模塊進(jìn)行順序組合和重組，而PLC的程序是通過(guò)軟件將PC中的內(nèi)容寫(xiě)入到PLC固件中的，因此一經(jīng)寫(xiě)入就不再可以更改，程序的執(zhí)行完全按照預(yù)定流程。于是我們通過(guò)與上位機(jī)的配合，再結(jié)合順序功能圖的特點(diǎn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)自由編程的，其原理如下圖：

在上位機(jī)中對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行組合，通過(guò)組態(tài)軟件將這些模塊所對(duì)應(yīng)的流程的起始步進(jìn)號(hào)存儲(chǔ)到一個(gè)配方列表中。上位機(jī)PC發(fā)送配方當(dāng)前的步進(jìn)號(hào)給PLC，PLC接收到后啟動(dòng)該步進(jìn)對(duì)應(yīng)的流程，并在流程的最后置位某固定的完成標(biāo)志，發(fā)送給上位機(jī)。PC收到完成標(biāo)志后，配方的步進(jìn)號(hào)向下傳遞并再發(fā)送，如此實(shí)現(xiàn)自由組合編程。

四 小結(jié)

通過(guò)模塊化的編程與PLC雙通信口的功能，把一個(gè)中型機(jī)的功能在小型機(jī)上就輕易實(shí)現(xiàn)了，實(shí)現(xiàn)了染缸工藝要求的全部功能，并降低了客戶(hù)的成本。