基于協(xié)議宏的自動(dòng)絲網(wǎng)印花控制系統(tǒng)研究

張智明，徐 巧，梅順齊

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基于協(xié)議宏的自動(dòng)絲網(wǎng)印花控制系統(tǒng)研究

張智明，徐 巧，梅順齊

(武漢紡織大學(xué) 機(jī)械與自動(dòng)化學(xué)院，湖北 武漢 430073)

自動(dòng)絲網(wǎng)印花是近年來興起一種印花設(shè)備，其控制系統(tǒng)由一個(gè)間歇運(yùn)動(dòng)的主電機(jī)和八個(gè)顏色工位印花往復(fù)運(yùn)動(dòng)電機(jī)組成。該系統(tǒng)采用一臺(tái)PLC通過協(xié)議宏通訊控制九個(gè)變頻器，研究了PLC與變頻器進(jìn)行通訊時(shí)的協(xié)議宏序列生成方法，頻率、運(yùn)行和監(jiān)控等參數(shù)的編程，實(shí)現(xiàn)八色工位的印花，并能實(shí)時(shí)監(jiān)測印花狀態(tài)。實(shí)踐應(yīng)用證明該方法符合工藝要求、可靠性好。

協(xié)議宏；絲網(wǎng)印花；序列；數(shù)據(jù)幀

絲網(wǎng)印花技術(shù)是將制有各種圖案的絲網(wǎng)花板放在織物上，每個(gè)顏色配一個(gè)花板[1]。印花時(shí)在花板上添加活性色漿，覆于織物上，色漿在印花刮刀和漿料刮刀作用下使?jié){料透過絲網(wǎng)花版縫隙被印在織物上，各種顏色的圖案通過套色，得到顏色鮮艷、圖案豐富的成品。目前絲網(wǎng)印花設(shè)備可印紙、薄膜、服裝裁片等，還可印成衣和T恤。傳統(tǒng)絲網(wǎng)印花技術(shù)為手動(dòng)、半自動(dòng)，其特點(diǎn)是勞動(dòng)強(qiáng)度大、污染嚴(yán)重、資源浪費(fèi)大、印花質(zhì)量低等缺陷，越來越制約著我國印花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)絲網(wǎng)印花技術(shù)開始發(fā)展成為發(fā)展趨勢，它具有節(jié)能、環(huán)保、降低勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。為了滿足多個(gè)顏色(或印花工位)印花需要，每個(gè)工位使用獨(dú)立異步電機(jī)，采用變頻器調(diào)速，驅(qū)動(dòng)器使用協(xié)議宏與多臺(tái)變頻器通訊[2]，控制每個(gè)工位印花。

協(xié)議宏用來控制PLC與裝有RS-232C或RS-422/485口的通用設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的一種通訊方式[3]，通過通迅協(xié)議宏的支持對(duì)各種通訊設(shè)備進(jìn)行通訊協(xié)議用戶化，可以把通訊協(xié)議宏的指令遵照用戶要求進(jìn)行設(shè)定，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立定義發(fā)送和接收數(shù)據(jù)序列，與外圍設(shè)備通訊。

1 自動(dòng)絲網(wǎng)印花系統(tǒng)原理

自動(dòng)絲網(wǎng)印花機(jī)共由9臺(tái)異步電機(jī)控制，其中8個(gè)顏色工位，每個(gè)工位一個(gè)異步電機(jī)和變頻器控制著其轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)印花刮刀和漿料刮刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到印花效果，其控制系統(tǒng)如圖1自動(dòng)絲網(wǎng)印花系統(tǒng)所示。PLC采用OMRON的CP1H系列CPU，其上裝有通訊模塊，它具有RS-485通訊功能。上位計(jì)算機(jī)運(yùn)行組態(tài)軟件，PLC為主站。變頻器采用三菱FR-E500系列，支持與PLC進(jìn)行協(xié)議宏編程，為從站，之間采用RS-485總線連接。氣動(dòng)電磁閥實(shí)現(xiàn)刮刀上下運(yùn)動(dòng)使?jié){料印在織物上。

圖1 自動(dòng)絲網(wǎng)印花系統(tǒng)原理圖

2 自動(dòng)絲網(wǎng)印花控制系統(tǒng)

自動(dòng)絲網(wǎng)印花控制系統(tǒng)主要包括三個(gè)運(yùn)動(dòng)：臺(tái)版間歇運(yùn)動(dòng)、刮刀往復(fù)印花運(yùn)動(dòng)和電磁閥氣動(dòng)。各個(gè)運(yùn)動(dòng)要求按照規(guī)定的工藝動(dòng)作運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)重點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)PLC與變頻器之間通訊，向9臺(tái)變頻器發(fā)送頻率、運(yùn)行指令，并監(jiān)控印花狀態(tài)。

2.1 通訊設(shè)置

為使變頻器與PLC進(jìn)行協(xié)議宏通訊，要求設(shè)置相互一致的參數(shù)，這些參數(shù)包括波特率、停止位、奇偶校驗(yàn)和數(shù)據(jù)長度等，只有設(shè)置一致，才能進(jìn)行通訊。在PLC中，通過位組合方式存儲(chǔ)在特殊寄存器DM6555、DM6556中，設(shè)置成數(shù)據(jù)長度1，無奇偶校驗(yàn)，停止位長為1，波特率為9600[2]。對(duì)應(yīng)變頻器相關(guān)參數(shù)來設(shè)置如表1所示。

表1 變頻器通訊設(shè)置

2.2 通訊協(xié)議

變頻器和PLC通訊使用十六進(jìn)制數(shù)，數(shù)據(jù)在兩者之間自動(dòng)地使用ASCII碼傳輸。表2為通訊時(shí)的控制代碼。

表2 控制代碼

數(shù)據(jù)幀的定義規(guī)定了通訊時(shí)數(shù)據(jù)塊的配置，從PLC到變頻器頻率設(shè)定的通訊協(xié)議數(shù)據(jù)請求如圖2通訊協(xié)議格式所示，ENQ為通訊請求，頻率指令代碼為HED，數(shù)據(jù)占4位，總和校驗(yàn)碼是由被校驗(yàn)的ASCII數(shù)據(jù)總和的最低一個(gè)字節(jié)表示的2個(gè)ASCII字符，等待時(shí)間為變頻器收到從PLC傳來的數(shù)據(jù)與傳輸應(yīng)答數(shù)據(jù)之間的等待時(shí)間。

ENQ變頻器站號(hào)指令代碼等待時(shí)間數(shù) 據(jù)總和校驗(yàn) 12 34 567 8 9 1011 12

圖2 通訊協(xié)議格式

識(shí)別碼地址長度數(shù)據(jù)錯(cuò)誤校驗(yàn)終止符

圖3 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

2.3 創(chuàng)建協(xié)議宏

根據(jù)圖2的頻率數(shù)據(jù)幀格式，在上位機(jī)組態(tài)軟件中創(chuàng)建通訊協(xié)議宏。首先設(shè)置SendMessage和RecieveMessage信息，按照通訊請求、校驗(yàn)碼、數(shù)據(jù)長度和數(shù)據(jù)等信息，發(fā)送信息和接收信息的結(jié)構(gòu)一般如圖3數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)圖3所示。

識(shí)別碼是表示信息開始的數(shù)據(jù)，地址是設(shè)置節(jié)點(diǎn)號(hào)或表示信息送往目標(biāo)的標(biāo)志符，長度是數(shù)據(jù)長度自動(dòng)附加，數(shù)據(jù)是設(shè)置信息內(nèi)容的，錯(cuò)誤檢查碼是設(shè)SUM、LRC或CRC作為錯(cuò)誤檢查碼。發(fā)送時(shí)指定的錯(cuò)誤碼自動(dòng)附加。接收時(shí)，按信息中指定的錯(cuò)誤檢查碼自動(dòng)執(zhí)行錯(cuò)誤控制同時(shí)接收指定量的數(shù)據(jù)。終止符是設(shè)置表示信息結(jié)束的數(shù)據(jù)。

例如在協(xié)議宏通訊序列中發(fā)送頻率的數(shù)據(jù)為+“00ED03E8”+中，00表示變頻器站號(hào)，ED表示設(shè)定頻率寫入變頻器RAM，03E8表示十六進(jìn)制頻率，即為十進(jìn)制1000，頻率為10Hz(1000*0.01=10)。表示信息數(shù)據(jù)頭，表示數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼。

以上設(shè)置只要修改變頻器站號(hào)、指令代碼和數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)協(xié)議宏數(shù)據(jù)序列，之后通過設(shè)定步序列順序可以實(shí)現(xiàn)協(xié)議宏通訊。

通過軟件設(shè)定用戶通訊協(xié)議，每一步均可以是一次發(fā)送和接收過程，在每一步中可定義是發(fā)送步、接收步、發(fā)送和接收步，發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)可完全由用戶定義。每一個(gè)序列可執(zhí)行16步，即可與不同的設(shè)備使用不同的通信格式進(jìn)行通信。在梯形圖程序中使用PMCR指令可方便的調(diào)用不同的序列實(shí)現(xiàn)不同的通信任務(wù)。

3 協(xié)議宏控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

通訊協(xié)議宏通過軟件設(shè)定用戶通信協(xié)議，每一步均可以是一次發(fā)送和接收過程，在每一步中可定義是發(fā)送步、接收步、發(fā)送和接收步，發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)可完全由用戶定義。每一個(gè)序列可執(zhí)行16步，即可與不同的設(shè)備使用不同的通信格式進(jìn)行通訊，在梯形圖程序中通過使用PMCR指令可方便的調(diào)用不同的序列實(shí)現(xiàn)不同的通信任務(wù)，圖4為實(shí)現(xiàn)協(xié)議宏通訊程序。

圖4 協(xié)議宏指令

協(xié)議宏執(zhí)行指令第一、二個(gè)操作數(shù)為控制字，指定通訊端口和通信序列(編號(hào)000-999)。DM00000為發(fā)送數(shù)據(jù)首字，用于存放當(dāng)前發(fā)送幀的字?jǐn)?shù)，發(fā)送數(shù)據(jù)存于地址DM00000+1開始的內(nèi)存區(qū)，如果沒有發(fā)送數(shù)據(jù)，則為＃0000。DM01000為接收數(shù)據(jù)首字，用于存放接收幀的字?jǐn)?shù)，接收數(shù)據(jù)存于地址DM01000＋1開始的內(nèi)存區(qū)，如果沒有接收數(shù)據(jù)，可隨意指定1個(gè)內(nèi)存地址，通信指令的執(zhí)行并不改寫該地址的數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

根據(jù)自動(dòng)絲網(wǎng)印花機(jī)工藝對(duì)控制系統(tǒng)的要求，通過上位機(jī)組態(tài)軟件研究基于協(xié)議宏的控制系統(tǒng)原理并開發(fā)通訊程序。使自動(dòng)絲網(wǎng)印花控制程序簡化，開發(fā)時(shí)間縮短，通用性提高。研究實(shí)踐表明，通訊協(xié)議宏實(shí)現(xiàn)多臺(tái)變頻器控制，簡化了現(xiàn)場布線，通用性強(qiáng)，利用率高，實(shí)現(xiàn)絲網(wǎng)印花機(jī)的自動(dòng)化和智能化創(chuàng)造了條件，提高了工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。

[1] 邱璟, 張?zhí)O, 杜慶華. 絲網(wǎng)印花在針織服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 針織工業(yè)，2007, (10): 23-25.

[2] 徐世許, 王鳳杰, 紀(jì)志堅(jiān)．使用通信協(xié)議宏實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)變頻器的監(jiān)控[J]．自動(dòng)化儀表，2007, 28(1): 39-39.

[3] 滕勝廣．OMRONPLC遠(yuǎn)程控制在熱網(wǎng)工程中應(yīng)用[J]．電站系統(tǒng)工程，2003, 19(5): 59-60.

[4] 張智明. 基于RS-485的變頻器與PLC的通訊技術(shù)的研究[J]．現(xiàn)代制造工程，2005，(12): 28-29.

Research of Controlling System of Automatic Silk Screen Printer Based on Protocol Macro

ZHANG Zhi-ming, XU Qiao, MEI Shun-qi

(College of Mechanical Engineering and Automation, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

The automatic silk screen printer is popularly used recently. Its controlling system is composed of a main motor of intermittent motion and eight color printer motors of reciprocating motion. These nine motors are controlled by a PLC with protocol macro. This paper has studied the way of protocol macro sequence between PLC and transducer and program of frequency, sun and monitor. The printing of eight colors is realized. The status is monitored in real-time. The practical application indicates that this method fits with the requirement of its process with good reliable and controlling effects.

Protocol Macro; Silk Screen Printer; Communication Sequence; Data Frame

TP273

A

2095－414X(2013)06－0071－03

張智明（1975-），男，副教授，研究方向：新型紡織機(jī)械.

湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2012FFB04601）.