發布時間：2020-04-14所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:設計了一種基于變頻器RS485通信的自動抓棉機控制系統，該控制系統中，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據送至現場變頻器，通過I/O方式控制現場三相交流異步電機、伺服電機、步進電機，進而實現抓棉、松棉、除去雜質和混合原料
摘要:設計了一種基于變頻器RS485通信的自動抓棉機控制系統，該控制系統中，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據送至現場變頻器，通過I/O方式控制現場三相交流異步電機、伺服電機、步進電機，進而實現抓棉、松棉、除去雜質和混合原料等操作;通過TPC觸摸屏中簡單的圖形和顏色直觀實時監控抓棉機運行狀態和參數信息，具有良好人機交互界面.實踐表明，該系統大大提高了抓棉機控制系統的自動化水平和網絡通信能力，操作簡單，維護方便，運行穩定，具有推廣應用價值.
關鍵詞:RS485;自動抓棉機;FR-E700變頻器;TPC7062TI;FX3UPLC
自動抓棉機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.本文設計了一種基于變頻器RS485通信功能的自動抓棉機控制系統，充分發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運行狀態，為不同級別用戶設定不同的操作權限，保證了系統操作安全性，有助于提高抓棉機的工作效率，提升棉紡企業的自動化水平.
1抓棉機的系統結構及控制要求
間隙下降的抓棉臂帶動抓棉小車通過轉塔移動順序抓取，被抓取的棉花纖維束塊通過風機抽吸經輸棉管道送至下道機臺作進一步加工.該系統由轉塔、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.
自動抓棉機系統控制要求如下:抓棉小車隨轉塔做左右往復運動，對棉包進行抓取，抓棉小車每抓完一個行程，抓棉臂下降一定高度，然后再繼續抓棉，抓棉小車抓到的棉花經風機抽吸隨輸棉管道輸送到出棉口.自動抓棉機控制系統具備兩種工作模式，模式一:調試模式;模式二:自動運行模式.當抓棉區沒有棉花或抓棉小車電機溫度報警時，系統停止運行，同時報警指示.本系統實時顯示控制系統動作，監控自動抓棉機運行參數和狀態.設置不同的用戶組，對屬于不同用戶組的人員擁有不同的操作權限[1]
2控制系統
2.1硬件配置選型
根據抓棉機系統控制的要求，該控制系統應主要由以下電氣控制回路組成:[2]
(1)轉塔的移動電機M1控制回路.轉塔的移動電機M1驅動，由于轉塔的左右旋轉需要精確的定位控制，故選用ECMA-C20604RS臺達伺服電機，由ASD-B2伺服驅動器控制;
(2)抓棉臂的上下運行電機M2控制回路.抓棉臂的上下運行電機M2選用Kinco3S57Q-04079步進電機，由Kinco3M458步進驅動器實現控制;
(3)驅動抓棉小車電機M3控制回路.驅動抓棉小車電機M3，選用YS502/4三相異步雙速電機，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M2;
(4)驅動風機電機M4控制回路.驅動風機采用三相異步電動機M4，根據觸摸屏設定值選擇風機的速度，從而控制輸棉的速度，采用FR-E740變頻器實現對輸棉速度的控制.
2.2自動抓棉機控制系統方案設計
控制器選用三菱FX3U-48MT晶體管輸出型PLC，配以昆侖通態TPC7062Ti觸摸屏.該觸摸屏應連接到PLC的RS232端口，實現上、下位機的通信.M4電機采用觸摸屏+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;能從觸摸屏上設定變頻器的運行頻率，并且能在觸摸屏界面上在線監視變頻器的運行頻率、運行電流、運行電壓等參數以及其他內部參數.
通過脈沖輸出方式控制步進驅動器、伺服驅動器，分別控制對應電動機.由于晶體管輸出型的PLC只能驅動直流負載，故交流接觸器不能直接作為PLC輸出，需要中間增設直流繼電器，通過直流繼電器控制交流接觸器.[2-4]
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控制系統組成框圖如圖2所示.
2.3PLC系統軟硬件設計
根據抓棉機控制系統設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總線實現數據交換.[3]
抓棉機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的調試和檢修，正常生產是運行在自動控制狀態.為避免誤操作，利用嵌入版MCGS中安全機制，設置不同級別的用戶擁有不同的操作權限.PLC程序中設置必要的互鎖措施.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與變頻器的組合應用在工業自動化控制系統中很普遍，主要有使用PLC的開關量信號、PLC加D/A模擬量模塊、RS-485的通信方法等方法控制變頻器.本系統使用RS-485通信控制，僅通一條通信電纜連接，既能完成傳統應用的所有功能，還能進行內部的數據通信，可方便地從變頻器中獲取所驅動電動機的運行頻率、電流等各種參數，并直接顯示在觸摸屏上，并且很容易實現多電機之間的同步運行.下面介紹本控制系統中三菱FX3U系列PLC與三菱FR-E700變頻器之間的RS485通信控制.
3.1PLC與變頻器之間的網絡連接
為了實現RS485通信，三菱FR-E700變頻器使用內置的RS-485通信端口，FX3U系列PLC則選用通信擴展板FX3U-485BD，兩者通過網線相連，具體接線如圖3所示.[3-4]
3.2變頻器通信參數設置
PLC連接到E700系列變頻器的PU端口時，需要設置變頻器對應的參數，如表1所示[3-4]
參數設置完畢，變頻器需要斷電再上電，確保設置的通信參數有效
3.3PLC通信參數設置
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中設置通信相關參數，圖4給出了通過GXDeveloper編程軟件設置PLC通信參數過程[3].
3.4PLC與變頻器之間通信程序設計
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;變頻器的運行監視IVCK指令是指在可編程控制器中讀出變頻器的運行狀態的指令.[3，5]
4人機界面組態
按照自動抓棉機控制要求，觸摸屏監控界面設計共4個窗口，分別為啟動選擇畫面、手動調試界面、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、手動調試界面和自動運行界面，分別如圖5～圖7所示[1，6]
5結語
基于變頻器RS485通信的自動抓棉機控制系統采用觸摸屏+PLC+變頻器控制方案，設計周期短，安裝調試方便，便于人機交互，有利于實現集中監控，提高棉紡企業生產自動化水平和網絡通信能力，操作簡單，維護方便，運行穩定，具有推廣應用的價值.[6]
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