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一、工藝簡(jiǎn)介 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
WonderwareIntouch9.5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
圖中粗黑線表示的是MODBUS總線
電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖說(shuō)明
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)身電磁閥接線盒。系統(tǒng)需要配置5個(gè)PLC主模塊,以MODBUS總線協(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,通訊線與PLC的通訊口0連接(RS-232)。
6.機(jī)身電磁閥接線盒從站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,EC20PLC充分利用自身的優(yōu)勢(shì),由于EC20PLC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),EC20PLC利用COM0口和PC進(jìn)行通信(EC20PLC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(EC20PLC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(SequentialFunctionChart),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、染料種類和印染要求的不同,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,并降低了客戶的成本。
