EC20系列PLC在染缸自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

染缸系統(tǒng)用于為布料著色，通過調(diào)節(jié)溫度，壓力，和顏料的流量形成一定的工藝條件，在相對穩(wěn)定水位、壓力、溫度條件下對布料進(jìn)行染色。系統(tǒng)屬于全電腦控制，對各個控制量均實現(xiàn)閉環(huán)控制，根據(jù)反饋實時調(diào)節(jié)補償，以達(dá)到穩(wěn)定的控制效果。

用戶對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)開發(fā)平臺采用Wonderware Intouch 9.5版組態(tài)軟件，可實現(xiàn)對整機(jī)運行工作情況的監(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RS485總線通訊控制方式實現(xiàn)傳動控制，并可與流量傳感器通訊。根據(jù)系統(tǒng)要求，這些PLC分配在三個控制箱中。主控制箱中1臺PLC配置為MODBUS主站，由主站對全部從站PLC、變頻器、流量傳感器進(jìn)行監(jiān)控；上位機(jī)通過主站來進(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、操作簡便、功能實用、寬輸出頻率和低噪音等優(yōu)點。

文本顯示器采用無錫匯聯(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)圖說明

1、PC作為系統(tǒng)的上位機(jī)通過串口與主控制箱的PLC主站模塊的通訊口0連接，采用RS232通訊實現(xiàn)對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PLC主模塊，其中第1個主模塊配置為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EC20-4PT模塊（溫度測量）、2個EC20-4AD模塊（4-20mA模擬量測量）；主控制箱的從站PLC采用2個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EC20-4AD模塊（0-10VDC模擬量測量）?？刂葡鋺?yīng)留出未來擴(kuò)展的空間，以便將來增加擴(kuò)展模塊。該控制箱上安裝1個無錫匯聯(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個比例閥分別由主控制箱的3個PLC主模塊進(jìn)行控制。每個PLC主模塊可控制2個比例閥。

8、4臺變頻器和2個流量計都作為MODBUS從站，由主控制箱主站PLC進(jìn)行監(jiān)控。

2.3工作原理說明

人機(jī)交互通過PC實現(xiàn)，PC可以實時監(jiān)控整個系統(tǒng)的工作運行狀態(tài)、動作過程及故障報警、實時曲線描繪和保存歷史數(shù)據(jù)等，同時可發(fā)送各種操作命令給PLC以控制系統(tǒng)的運行。

在主站PLC與PC、從站PLC、變頻器和流量計儀表通訊方面，EC20 PLC充分利用自身的優(yōu)勢，由于EC20 PLC本身帶有2個串行通信口（1個RS232口，集成自由協(xié)議/編程協(xié)議/MODBUS從站協(xié)議，1個RS232/485口，集成自由協(xié)議/MODBUS主站/從站協(xié)議），EC20 PLC利用COM0口和PC進(jìn)行通信（EC20 PLC做從站，設(shè)置成MODBUS從站協(xié)議），利用COM1和多臺從站PLC、變頻器和流量計儀表組成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制（EC20 PLC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，用于實現(xiàn)PLC與多臺變頻器的聯(lián)網(wǎng)。對變頻器的所有控制都通過RS485通訊鏈路來完成，可省去變頻器的外部起停控制線路。

5個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個從站PLC通過高速脈沖輸出口來進(jìn)行控制。

流量計儀表具有MODBUS協(xié)議，可由主站PLC通過MODBUS網(wǎng)絡(luò)訪問和監(jiān)控。另外，流量計具有脈沖計數(shù)和頻率輸出，可用于計量，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（Sequential Function Chart），利用順序功能圖的過程劃分和步驟間轉(zhuǎn)換功能?？蓪⒊绦蚨芜M(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，分解后的每一步驟和每個轉(zhuǎn)換條件都為相對簡單的程序過程，在順序控制領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。

3.1 模塊化的分解與實現(xiàn)

染布工藝經(jīng)過長時間的積累，已經(jīng)形成一套相對固定的工藝流程。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，因此需要將整個印染工藝分解為若干個小模塊以實現(xiàn)這一功能。
經(jīng)過對印染工藝的了解，現(xiàn)將整體工藝拆分為如下功能塊：

模塊功能的實現(xiàn)應(yīng)用順序功能圖流程的概念。在一個關(guān)聯(lián)且封閉的順序流程中，每一時刻只有一個步驟在運行，且各流程間互不干擾。而工藝模塊的劃分也正是本著一個模塊內(nèi)的工藝順序執(zhí)行、各個模塊間的工藝盡量獨立這一原則。因此，一個模塊對應(yīng)一個流程即可。

3.2 自由式組合編程的實現(xiàn)

工藝要求能夠自由的對功能模塊進(jìn)行順序組合和重組，而PLC的程序是通過軟件將PC中的內(nèi)容寫入到PLC固件中的，因此一經(jīng)寫入就不再可以更改，程序的執(zhí)行完全按照預(yù)定流程。于是我們通過與上位機(jī)的配合，再結(jié)合順序功能圖的特點，來實現(xiàn)自由編程的，其原理如下圖：

在上位機(jī)中對各個功能模塊進(jìn)行組合，通過組態(tài)軟件將這些模塊所對應(yīng)的流程的起始步進(jìn)號存儲到一個配方列表中。上位機(jī)PC發(fā)送配方當(dāng)前的步進(jìn)號給PLC，PLC接收到后啟動該步進(jìn)對應(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)號向下傳遞并再發(fā)送，如此實現(xiàn)自由組合編程。

四 小結(jié)

通過模塊化的編程與PLC雙通信口的功能，把一個中型機(jī)的功能在小型機(jī)上就輕易實現(xiàn)了，實現(xiàn)了染缸工藝要求的全部功能，并降低了客戶的成本。