數(shù)字化熔噴機雙重通信網(wǎng)絡架構(gòu)的設(shè)計與實踐*

卞茂華，黃曉偉，宋黎菁，董淑暢，周 濤

（常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 常州 213164）

引言

熔噴機是熔噴布的重要生產(chǎn)設(shè)備，是疫情防控的重要物資之一。在一些小企業(yè)中，還在沿用老舊的生產(chǎn)設(shè)備，產(chǎn)品質(zhì)量無法保證。目前在有些企業(yè)中，雖采用變頻器進行螺桿調(diào)速，實現(xiàn)了部分自動化控制，但仍對運行過程中的具體數(shù)據(jù)和運行參數(shù)缺乏采集。鑒于此，本文提出利用三菱PLC 利用MODBUS 通信和CC-LINK 網(wǎng)絡，基于熔噴機在制造熔噴布時的生產(chǎn)工藝，對螺桿擠出機、計量泵、傳送帶等單元具體數(shù)據(jù)和運行參數(shù)進行采集，從而對變頻的PID 調(diào)速，以保證熔噴布的品質(zhì)。

MODBUS 在工控領(lǐng)域中已經(jīng)廣泛應用，成為一種工業(yè)標準。MODBUS 通信網(wǎng)絡如果是采用RS-485 通信，則可使用1 臺主站控制32 臺從站，如果采用RS-232C 通信，則1 臺主站只能控制1 臺從站。不同廠商的控制設(shè)備可以通過MODBUS 協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，如今許多的工控產(chǎn)品，例如：PLC，變頻器，檢測儀表等，大都支持MODBUS 協(xié)議。通過MODBUS 協(xié)議與PLC 通過RS485 接口實現(xiàn)通信，大大減少了接線工作量，簡潔方便。CC-LINK是三菱推出的一種設(shè)備層現(xiàn)場總線，由1 個主站和最多64 個從站組成，其底層通信協(xié)議遵循了RS485。CCLINK 網(wǎng)絡使用簡單，應用廣泛，具有優(yōu)良的抗干擾性能，數(shù)據(jù)傳輸速度快，傳輸距離遠等特點。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計

系統(tǒng)方案框圖如圖1 所示。本系統(tǒng)采用了一臺三菱Q 系列 PLC 和兩臺 FX 系列 PLC，Q 系列 PLC 為主站用于數(shù)據(jù)的處理和計算、兩臺FX 系列PLC 為從站，一臺PLC 用于接收溫度數(shù)據(jù)，一臺PLC 用于采集變頻器轉(zhuǎn)速、負載數(shù)據(jù)，發(fā)送指令，從站通過CC-LINK 網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)發(fā)送給主站。Q 系列PLC 連接人機界面，用來顯示溫度、變頻轉(zhuǎn)速、運行狀態(tài)，監(jiān)控系統(tǒng)。其中從站PLC 增加了特殊功能模塊：FX3U-485ADP-MB，用于MODBUS 通信。

圖1 系統(tǒng)方案設(shè)計

2 變頻器設(shè)置

本系統(tǒng)以FR-E700 系列變頻器為例，PLC 與多臺變頻器MODBUS 通信，變頻器通信接口為“PU”接口，采用568B 標準的網(wǎng)絡線與FX3U-485ADP-MB 相連接，如圖2 所示。表1 為1 號變頻器參數(shù)設(shè)置。其中P117 為變頻器站號設(shè)置，1 號變頻器 P117＝1，從站地址為 1；2 號變頻器 P117＝2，從站地址為 2；3 號變頻器 P117＝3，從站地址為3……其它參數(shù)所有變頻器一致。表1 為1 號變頻器參數(shù)。

圖2 變頻器通信接線

表1 1 號變頻器參數(shù)

3 CC-LINK 網(wǎng)絡

3.1 通信原理

主站與遠程設(shè)備站之間基于鏈接掃描和自動刷新具有相應的通信關(guān)系，如圖3 所示。主站與遠程設(shè)備站之間的通信原理如下：PLC 分別在CC-LINK 模塊和CPU 中開辟出一塊緩沖存儲器（BFM），數(shù)據(jù)儲存在初始環(huán)節(jié)BFM 中，然后通過自動刷或鏈接掃描到達下一個環(huán)節(jié)的BFM 中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，從而實現(xiàn)主站與遠程設(shè)備站之間的通信。

圖3 主站與遠程站通信關(guān)系

3.2 硬件設(shè)置

主站與從站進行CC-LINK 網(wǎng)絡通信時，需先進行外部硬件設(shè)置，主站QJ61BT11N 硬件設(shè)置：STATION NO設(shè)置為00，MODE 為0。從站一FX2N-32CCL 硬件設(shè)置：STATION NO 設(shè)置為 01，OCCUPY STATION 設(shè)置為 1，占用兩個邏輯站，B BATE 設(shè)置為0，波特率為156Kbit/s。從站二FX2N-32CCL 硬件設(shè)置：STATION NO 設(shè)置為02，OCCUPY STATION 設(shè)置為1，占用兩個邏輯站，B BATE設(shè)置為0，波特率為156Kbit/s。

此外，本系統(tǒng)連接主模塊、從站模塊采用專用通訊線，具有優(yōu)良的抗干擾性，。模塊間連接如圖4 所示。

圖4 模塊間連接

3.3 軟件設(shè)置

實現(xiàn)主站與從站的通信，還需在主站網(wǎng)絡參數(shù)里設(shè)置CC-LINK，主站程序內(nèi)CC-LINK 網(wǎng)絡參數(shù)設(shè)置：起始I/O 號設(shè)為 0020；遠程輸入：X100，遠程輸出：Y100；遠程寄存器讀：D200，遠程寄存器寫：D100；站信息 01，02 都設(shè)置為遠程設(shè)備站，每個站占用2 站，遠程站點數(shù)為64點。

4 通信編程

4.1 PLC 與變頻器通信程序

本系統(tǒng)中MODBUS 通信時不需要在PLC 編程軟件參數(shù)設(shè)置中的CH1 或CH2 中設(shè)置通道串行通信參數(shù)，反而需要在程序中的一開始，通過MODBUS 通信設(shè)定專用的特殊輔助繼電器M8411 和MOV 指令通過常數(shù)賦值特殊數(shù)據(jù)寄存器來設(shè)定通信格式。PLC 主站通訊設(shè)置程序如圖5 所示。其中需要注意，如果當M8411 常開觸點使用了2 次以上時，僅最后一次設(shè)定的MODBUS 通信參數(shù)有效。

圖5 PLC 主站通訊設(shè)置程序

PLC 作為變頻器主站，因采用FX3U-485ADP-MB作為通信模塊，其使用方式只要加裝在PLC 左側(cè)，再使用ADPRW 指令可達到 MODBUS 直接控制 MODBUS RTU 設(shè)備。并省掉復雜的CRC 運算達到節(jié)省程序撰寫的方式。ADPRW 功能代碼樣例如圖6 所示。

圖6 ADPRW 功能代碼樣例

圖7 從站1 部分通信程序

圖8 MCGS 監(jiān)視界面

4.2 主站PLC 與從站PLC 通信程序

CC-LINK 的通信形式可分為 2 種方式：循環(huán)通訊和瞬時傳送，本系統(tǒng)采用瞬時傳送的形式，因此從站程序中通過DFROM（對BFM 指定位的讀取操作）、DTO 指令（對BFM 指定位的寫入操作）與主站的數(shù)據(jù)通信。從站1部分通信程序如圖7 所示。

5 人機界面設(shè)計

本項目采用MCGS 觸摸屏，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測，MCGS 與QPLC 的通信鏈接：打開工具箱選擇通用串口父設(shè)備，子設(shè)備三菱Q 系列編編程口，設(shè)置設(shè)備屬性值：串口端口號為0-COM1，通訊波特率為6-9600，數(shù)據(jù)位位數(shù)為1-8 位，數(shù)據(jù)校驗方式為1-奇校驗。設(shè)置三菱Q 系列編程口屬性：設(shè)備地址0，PLC 類型三菱Q02UCPU。

人機界面設(shè)計主要由趨勢曲線、報警記錄、監(jiān)視界面等構(gòu)成。MCGS 界面如圖8 所示。趨勢曲線：根據(jù)實時采集溫度、頻率參數(shù)自動形成趨勢曲線，方便用戶觀察變化趨勢。報警記錄：當變頻器異?；蛘邷囟葏?shù)異常，由報警界面提供報警功能并做歷史記錄。監(jiān)視界面：用戶通過此界面實時觀察溫度、各站變頻器運行狀態(tài)，運行頻率等參數(shù)。

6 結(jié)束語

通過使用 Q 系列 PLC、FX 系列 PLC、CC-LINK 網(wǎng)絡、MODBUS 通信以及MCGS 組態(tài)軟件，實現(xiàn)了溫度的采集、對多臺變頻器的控制，該設(shè)計通過MODBUS 系統(tǒng)現(xiàn)場各項參數(shù)進行監(jiān)測和控制，大大提高了生產(chǎn)的熔噴布品質(zhì)，在95 熔噴布以上，趨近于高端的99 熔噴布。通過CC-LINK 網(wǎng)絡實現(xiàn)PLC 之間信息傳輸，使系統(tǒng)的實時性、開放性、可靠性提高，具有較強的可操作性和實用性。通過使用RS485 通信和CC-LINK 網(wǎng)絡，使設(shè)備電氣控制更加簡潔、便利。建立不同控制系統(tǒng)之間的MODBUS 通信是自動化工程中常見的案例，也是技術(shù)難點之一。因此，操作工程師不僅要對 MODBUS 通信協(xié)議的基本原理有較深理解，還要熟悉通信兩端控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)，這些經(jīng)驗均需要在實踐中不斷積累與提升。本項目技術(shù)路線圍繞著PLC 網(wǎng)絡通信進行運行和調(diào)試，在其他設(shè)備均采用模擬量和數(shù)值量控制的情況上，采用全新的網(wǎng)絡通訊方式，體現(xiàn)了運行速度快，導線連接少，工程硬件接線工作量小，調(diào)試方便快捷的特點。