PLC與西威AGY變頻器在拉絲機上的應(yīng)用

1、. FILENAME PLC與變頻器RS485網(wǎng)絡(luò)在拉絲機上的應(yīng)用.docPAGE ;第7頁 共7頁 FILENAME PLC與變頻器RS485網(wǎng)絡(luò)在拉絲機上的應(yīng)用.doc第1頁 共7頁PLC與西威AGY變頻器 在拉絲機上的應(yīng)用杭州通靈自動化系統(tǒng)有限公司營銷二區(qū) 竺時雋【摘要】 本文介紹了通過三菱PLC作為主站與多臺意大利西威公司的AGY系列變頻器用RS485串行通訊構(gòu)成的高精度變頻器調(diào)速控制、排線、監(jiān)控系統(tǒng)。詳細(xì)敘述了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成,PLC與變頻器之間的通訊原理和通訊協(xié)議,闡明了該網(wǎng)絡(luò)控制調(diào)速系統(tǒng)與一般模擬量控制調(diào)速系統(tǒng)相比的優(yōu)越性，給出了系統(tǒng)框圖及以及PLC系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)方法?！娟P(guān)鍵詞】

2、PLC 變頻調(diào)速器 多電機控制 RS485網(wǎng)絡(luò) 通訊協(xié)議 實時監(jiān)控一、引言近年來，交流調(diào)速的發(fā)展十分迅速，打破了過去直流拖動在調(diào)速領(lǐng)域中的統(tǒng)治地位，交流調(diào)速拖動已進(jìn)入了與直流拖動相媲美、相抗衡的時代。目前，變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于機械、冶金、化工等各個行業(yè)。作為變頻調(diào)速系統(tǒng)中的控制核心部分的變頻器,最初是以單臺形式工作的,可以通過變頻器的控制面板或端子進(jìn)行運行參數(shù)的設(shè)置,啟動或停止變頻器運行,讀取各種變頻器運行數(shù)據(jù)等等。而現(xiàn)在各種大中型自動化生產(chǎn)線則要求由多臺變頻器組成的同步控制系統(tǒng)、比例控制系統(tǒng)等復(fù)雜的控制,并且要相互協(xié)調(diào),形成連續(xù)生產(chǎn)線的調(diào)速控制系統(tǒng)。以比例控制系統(tǒng)為例，一般的系統(tǒng)構(gòu)

3、成如圖所示。工作時操作人員通過控制PLC設(shè)定運行參數(shù)，然后通過D/A轉(zhuǎn)換模塊發(fā)出(010VDC或420mA)信號控制變頻器的速度指令，使各個變頻器驅(qū)動電機按給定的速度運轉(zhuǎn)。此方案對電機數(shù)目不多，電機分布比較集中的應(yīng)用系統(tǒng)較合適。但對于大規(guī)模生產(chǎn)自動線，一方面電機數(shù)目較多，另一方面電機分布距離較遠(yuǎn)。采用此控制方案時由于速度指令信號在長距離傳輸中的衰減和容易受外界的干擾，使整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性降低，同時大量D/A轉(zhuǎn)換模件使系統(tǒng)成本增加等問題。由于大多數(shù)變頻都有RS485通信接口，用于系統(tǒng)配置和監(jiān)控。作為低成本的連接方案，采用基于RS485通信接口對變頻器進(jìn)行控制，無疑是具有吸引力的選擇。為此采

4、用了PLC與變頻器構(gòu)成RS485多分支通訊控制網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)特點是成本較低、信號傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強，尤其適合遠(yuǎn)距離，多電機控制系統(tǒng)。本文采用三菱FX系例PLC通過RS485接口使用變頻器專用通訊協(xié)議(modbus)對三臺西威公司的AGY系列變頻器進(jìn)行控制，極大地減少了線路連接的復(fù)雜性。實現(xiàn)多機分布傳動機制的PLC集中監(jiān)測和控制新系統(tǒng)，著重介紹了西威公司的AGY變頻器實時在線通訊技術(shù)的實現(xiàn)。二、工藝要求和系統(tǒng)工作原理本控制系統(tǒng)主要由三臺電機組成：放卷電機15KW，收卷電機3.7KW，排線電機0.55KW。要求收卷電機按工藝的要求可以精確的按比例跟蹤放卷電機運行。啟動停止要求同步才能保證符合正

5、常的生產(chǎn)要求。排線電機要按線經(jīng)準(zhǔn)確排線。三、電氣傳動系統(tǒng)構(gòu)成 根據(jù)該設(shè)備工藝的技術(shù)要求采用了全新的傳動控制系統(tǒng)，整個控制系統(tǒng)主要由以下幾部分組成。利用變頻器自帶的RS485接口，與三菱PLC的FX2N-485BD模塊進(jìn)行通訊控制變頻器。再通過HITECH觸摸屏來監(jiān)控和操作，可以直觀的顯示各種參數(shù)及故障。便于操作與維修，而且系統(tǒng)的抗干擾能力強，傳輸距離遠(yuǎn)，可靠性強，配線簡潔。電氣系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由下列組件構(gòu)成。觸摸屏（HMI）為整個系統(tǒng)的操作設(shè)置顯示單元。在HMI上可以通過不同畫面將PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)、輸入輸出狀態(tài)、各個動作過程，以及全機故障查詢、工藝參數(shù)等一一顯示出來，實時監(jiān)控全機的工作

6、狀態(tài)，除了顯示功能外，還可以根據(jù)現(xiàn)場的情況，通過HMI設(shè)置和修改PLC內(nèi)部的一些需要用戶設(shè)定的參數(shù)。通過HMI上直接觀察到變頻器的工作狀態(tài)，對變頻器進(jìn)行監(jiān)控。如圖。2)FX2N32MR為PLC基本單元，執(zhí)行系統(tǒng)及用戶軟件，是系統(tǒng)的核心。3)FX2N485BD為FX2N系統(tǒng)PLC的通訊適配器，該模塊的主要作用是PLC通訊系統(tǒng)中作為主站發(fā)給變頻器信息，在分析其結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將其作為RS485通訊主站使用，完成變頻調(diào)速器各種控制信號的發(fā)送，參數(shù)監(jiān)控及故障報警等。4)AGY轉(zhuǎn)矩矢量變頻器自帶RS485接口的通訊單元，符合MODBUS通訊規(guī)范，用于實現(xiàn)PLC與多臺變頻調(diào)速器的連接。通過該單元能夠在網(wǎng)絡(luò)上

7、實現(xiàn)變頻調(diào)速器的運行控制（如啟動、停止、運行頻率設(shè)定）、參數(shù)設(shè)定和狀態(tài)監(jiān)控等功能，是變頻器的網(wǎng)絡(luò)接口，在工業(yè)現(xiàn)場，RS485是應(yīng)用較多的一種通信。AGY轉(zhuǎn)矩矢量變頻器(帶PG閉環(huán)反饋)有效防止因負(fù)載的變化而引起的電機轉(zhuǎn)速的變化，由于三臺電機變頻調(diào)速都采用閉環(huán)反饋控制。因此該系統(tǒng)特性較強，隨負(fù)載變化小外界干擾對系統(tǒng)速度基本沒有影響。保證控制的精度。5)排線電機原采用機械結(jié)構(gòu)（見圖）需要經(jīng)常維護(hù)，因螺距為固定，所以排線精度較低，排線較亂?，F(xiàn)采用AGY轉(zhuǎn)矩矢量變頻器驅(qū)動排線電機加光柵尺實現(xiàn)排線功能，替代原機械結(jié)構(gòu)，得到了較高的控制精度，取得較滿意的結(jié)果。四、AGY轉(zhuǎn)矩矢量變頻器比例跟蹤系統(tǒng)工作原理放

8、卷電機和收卷電機均采用矢量閉環(huán)變頻無級調(diào)速，收卷電機根據(jù)工藝要求按一定的比例（設(shè)置計算公式）精確同步放卷電機速度。放卷電機的速度由操作員根據(jù)需要在HMI上設(shè)置，也可以在HMI上微調(diào)放卷的速度，同時輸入“牽引比”，“機械傳動的速比”，“銅線的直徑”等參數(shù)，由HMI傳送到PLC后，經(jīng)計算，采用通訊的方式啟動放卷電機和收卷電機按計算的速度運行。如圖。五、AGY轉(zhuǎn)矩矢量變頻器與PLC的通訊原理及協(xié)議變頻器與PLC的通訊通信是雙向進(jìn)行的，因此收發(fā)雙方同時都具備收發(fā)設(shè)備。但雙方可共用一個傳輸媒介，也可各自擁有單獨的傳輸媒介。傳輸系統(tǒng)和交換系統(tǒng)共同組成一個完整的通信系統(tǒng)，直至構(gòu)成復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)。而這個簡單的

9、系統(tǒng)也基本上包含通信方面的一些基本技術(shù)： 編碼技術(shù)、傳輸技術(shù)。本系統(tǒng)AGY轉(zhuǎn)矩矢量變頻器變頻器接入RS485總線采用“單主多從”PLC控制網(wǎng)。AGY轉(zhuǎn)矩矢量變頻器采用兩線制的RS485接口協(xié)議作為現(xiàn)場監(jiān)控和調(diào)試協(xié)議。它以主從方式構(gòu)成工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)站，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有一個主站，031個從站，各站點由唯一的標(biāo)識碼識別。每個變頻器的地址可通過設(shè)置，這樣上位機便能通過RS485通信線，對掛在上面的變頻器進(jìn)行控制操作。AGY轉(zhuǎn)矩矢量變頻器采用主機“輪詢”， 從機“應(yīng)答”方式。其通信方式為RS-485，波特率最高可達(dá)19.2Kbps；數(shù)據(jù)格式為：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位， 1位停止位。由通訊可以控制變頻器的起/停、故

10、障檢測、故障復(fù)位、速度和轉(zhuǎn)向控制，由PLC通過RS485接口完成。常用發(fā)送字符串：其中：=04Hex=02Hex=03Hex=06Hex=15Hex=變頻器地址的最高有效位=變頻器地址的最低有效位=在和之間的XOR字符=0Dhex所有字符串的結(jié)束字符=是發(fā)送中涉及的參數(shù)x,x=與涉及的參數(shù)有關(guān)的項目的數(shù)字代碼n,.,n=被讀或?qū)戫椖康膶嶋H值六、控制系統(tǒng)中變頻器與PLC通訊控制軟件設(shè)計由于系統(tǒng)生產(chǎn)工藝并不復(fù)雜，所以如何實現(xiàn)PLC與變頻器之間的通信是整個設(shè)計的重點、難點。要實現(xiàn)對變頻器的通訊控制，要求PLC進(jìn)行通訊編程，通過程序?qū)崿F(xiàn)PLC與變頻器信息交換的控制。要求注意以下幾點1）通信程序由通信口

11、初始化、運行、停止、速度設(shè)定等部分組成，主機握手等待時間，從機最長響應(yīng)時間8ms，超時則判定為通信失敗,輪詢RS485網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一個從站，主站必需定期輪詢，包括無應(yīng)答時，應(yīng)呼叫三次，保證能及時發(fā)現(xiàn)從站的通信故障。從站在一定時間間隔后若未接收到任何報文則認(rèn)為發(fā)生斷線故障，隨后進(jìn)入故障安全狀態(tài)。2）PLC程序應(yīng)完成FX2N485BD通訊適配器的初始化、控制命令字的組合、代碼轉(zhuǎn)換及變頻器應(yīng)答信息的處理等工作。在該系統(tǒng)1:3分支通訊網(wǎng)絡(luò)中，每個變頻器為一個子站，每個子站均有一個站號，事先由參數(shù)設(shè)定單元設(shè)定。具體參數(shù)如下功能碼名稱設(shè)定范圍設(shè)定值(1#)設(shè)定值(2#)設(shè)定值(3#)備注變頻器參考的通道44

12、串行通訊輸入允許通訊控制輸入允許通訊控制所有輸入允許通訊控制輸出允許通訊控制所有輸出傳送參數(shù)9600,N,8,1站號通訊延遲時間ms串行鏈路超時sec超時應(yīng)答時間啟用端子控制允許3）工作過程中，F(xiàn)X2N485BD發(fā)有關(guān)命令信息后，各個子站均收到該信息，然后每個子站判斷該信息的站號地址是否與本站站號一致。若一致則處理該信息并返回應(yīng)答信息；若不一致則放棄該信息的處理，這樣就保證了在網(wǎng)絡(luò)上同時只有一個子站與主站交換信息。見圖。4）由于FX2N通訊的收發(fā)狀態(tài)切換較慢，取決于PLC的掃描周期，這個時間估計為3ms左右，因此在與AGY通訊時，接收不到變頻器的應(yīng)答數(shù)據(jù)（變頻器返回數(shù)據(jù)約1ms），因此考慮變頻

13、器軟件做非標(biāo)，調(diào)整返回信息時間。5）正常工作時變頻器與PLC通訊控制軟件設(shè)計的程序流程圖如下：七、人機界面的設(shè)計在人機界面中，設(shè)計了7幅畫面，包括整體圖形，運行監(jiān)控、參數(shù)修改、速度輸入，故障顯示，機器速度和密碼保護(hù)等。故障顯示使用指示器及走馬燈，給出位元件即可實現(xiàn)閃動效果，讓操作者很方便的知道故障部位，整體感很好。操作主畫面如下圖所示：八、實際應(yīng)用效果通過用戶的使用證明，AGY轉(zhuǎn)矩矢量變頻器加編碼器閉環(huán)組成的比例隨動自動控制系統(tǒng)，在拉線機上采用RS485網(wǎng)絡(luò)控制是一種十分理想的控制方式，它有許多值得借鑒的優(yōu)點：1）采用通訊控制變頻器，具有硬件邏輯簡單、抗干擾能力強的特點。以此方式，可以實現(xiàn)全車

14、間的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)控制。2）兩臺電機比例同步跟隨精度高，尤其是采用編碼器閉環(huán)以后，轉(zhuǎn)速精度可以控制在0.5轉(zhuǎn)/分左右，完全滿足工藝控制的要求，質(zhì)量明顯提高。3）系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)快，對于負(fù)載的急變，放卷電機速度的快速變化都能很快跟隨調(diào)整好。4）調(diào)速范圍廣，閉環(huán)可達(dá)1000：1，采用了變頻電機，在低速情況下完全可以長期運行，在高速下，只要擠出機能滿足要求，主機牽引可達(dá)60Hz以上，極大的滿足了產(chǎn)量的要求。5）操作簡單，速度比調(diào)整只需要在觸摸屏上設(shè)置線徑、卷筒直徑等參數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)公式自動計算放卷速度比，按下啟動就可以了。總之將此技術(shù)運用到拉絲機的速度比例控制上，收到很好的效果，產(chǎn)品質(zhì)量有了顯著提高，調(diào)速方便，減少機器機械的沖擊和磨損，改變電機溫升，延長電機壽命，故障很少且易于排除，得到用戶的歡迎