摘要：本文論述了PLC在圓網(wǎng)印花機(jī)中的應(yīng)用，詳細(xì)論述了以PLC為控制核心的多單元線速度同步方法，以及PLC與單片機(jī)的通訊技術(shù)。 關(guān)鍵詞：圓網(wǎng)印花機(jī) PLC 獨(dú)立傳動(dòng) 同步 單片機(jī) 通訊 Abstract: This paper discuess the application experinence of plc in rotary screen printing machine. Describle detaily the method mutil-unit speed synchronization by plc, And Communication between plc and single chip MCU. Key Words: Rotary screen machine Plc Independent transmission Synchronization Single chip MCU Communction 圓網(wǎng)印花機(jī)是一種使用圓形鎳網(wǎng)在白色坯布上可連續(xù)印制各色圖案專用加工設(shè)備，工作原理類似套色印刷機(jī)，整機(jī)包括進(jìn)布、主機(jī)、烘房、落布這四大部分，主機(jī)部分是由主電機(jī)經(jīng)蝸輪蝸桿減速機(jī)后帶動(dòng)一直徑約450毫米（長(zhǎng)由1.8米到3米不等）輥?zhàn)?輥?zhàn)訋?dòng)厚兩毫米多的聚氨脂導(dǎo)帶轉(zhuǎn)動(dòng),由直徑較小的被動(dòng)輥拉緊導(dǎo)帶,使與輥?zhàn)訉?dǎo)帶間無(wú)打滑,導(dǎo)帶在兩輥間形成一平面,坯布被貼緊導(dǎo)帶經(jīng)由第一色網(wǎng)到最后一色網(wǎng)位而進(jìn)入烘房將布烘干。只要網(wǎng)子與導(dǎo)帶嚴(yán)格同步，且網(wǎng)子間任意時(shí)刻相位沒(méi)有誤差，則可以在高速運(yùn)動(dòng)中（最高速為120米/分）嚴(yán)格保持0.1毫米的印花精度（這也是印花導(dǎo)帶的最高精度）。與數(shù)控技術(shù)在機(jī)床中應(yīng)用一樣，先進(jìn)的圓網(wǎng)印花機(jī)用網(wǎng)頭單電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)淘汰了落后的機(jī)械減速箱長(zhǎng)軸傳動(dòng)的方式，克服了原機(jī)械傳動(dòng)間隙和磨損對(duì)印花的影響。與數(shù)控加工技術(shù)相比，他是一種高速高精度同步技術(shù)，升降速不能有明顯的速度和位置誤差。而不能象數(shù)控那樣有時(shí)需降低進(jìn)給速度來(lái)保證較小的誤差。全伺服圓網(wǎng)印花機(jī)是指主電機(jī)與網(wǎng)頭獨(dú)立傳動(dòng)電機(jī)均采用伺服電機(jī)，而進(jìn)、出布電機(jī)是采用變頻電機(jī)拖動(dòng)。 德高的圓網(wǎng)印花機(jī)電控系統(tǒng)由兩大部分組成，基于底層開(kāi)發(fā)的先進(jìn)電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高速高精度同步運(yùn)動(dòng)控制，使網(wǎng)頭電機(jī)（步進(jìn)或伺服驅(qū)動(dòng)）精確跟蹤布速（通過(guò)高分辯率編碼器測(cè)主輥角速度間接得到）。實(shí)現(xiàn)套色印花。變化的位置信息因最快10微秒系統(tǒng)就可在線處理。因此可使一秒內(nèi)車速由80米/分降為零都不會(huì)產(chǎn)生多大位置誤差，這一點(diǎn)在國(guó)內(nèi)是唯一能同國(guó)外先進(jìn)系統(tǒng)相比的。另一大部分是由通用PLC實(shí)現(xiàn)的整機(jī)由進(jìn)布到出布同步拖動(dòng)控制及操作控制，以觸摸屏完成速度模擬條顯示，升降速的不同速度段快捷鍵一鍵操作，及故障滾動(dòng)顯示。界面如圖1所示。 系統(tǒng)的邏輯動(dòng)作較為簡(jiǎn)單，PLC程序沒(méi)什么難度，此處只舉一例，供大家參考，整機(jī)除可用觸摸屏操作外，仍保留按扭操作，按扭中最常用的為啟/停按扭，為了減少外部連線并節(jié)約PLC的輸入口，我們?cè)谌缤＼嚑顟B(tài)時(shí)需要操作的圓網(wǎng)自轉(zhuǎn)開(kāi)/停按扭，采用了單按鈕操作，即第一次按下為開(kāi)，在按一次為?！，F(xiàn)以FX系列PLC為例說(shuō)明實(shí)現(xiàn)方法，此處是采用計(jì)數(shù)器法。假設(shè)輸入按鈕接在X001，輸出為Y001，梯圖為圖2示： 其中PLSY發(fā)脈沖指令在FX系列PLC中只能從Y0輸出，此一點(diǎn)因PLC不同而不同。 系統(tǒng)的同步控制我們采用了兩種方式；第一種方式較為簡(jiǎn)單，技術(shù)要求低用模擬電壓為給定控制主伺服電機(jī)和進(jìn)落布烘房變頻器的給定（原理如圖3示），為使線速度一致采用數(shù)字式同步控制器實(shí)現(xiàn)同一主給定下各路不同比例輸出（價(jià)格比PLC專用D/A模塊便宜，輸出模擬電壓為12位D/A，精度也足夠，除主電機(jī)外，進(jìn)落布取調(diào)節(jié)布張力的松緊架信號(hào)（實(shí)質(zhì)為±5V供電的電位器），因此同步器的數(shù)學(xué)表達(dá)式可描述為：Ui=Um＊Ki+Uf＊Kfi（輸出最高電壓為10V，其中：Ui為第i路輸出，Um為主令電壓，Ki為第i路輸出比例系數(shù)，Uf為該路反饋電壓，Kfi為反饋系數(shù)）,實(shí)際調(diào)試中為使布受的張力均勻，特別是升降速時(shí)同步效果好，除松緊架反饋系數(shù)合適外，還要注意變頻器的升降速時(shí)間參數(shù)設(shè)不可太長(zhǎng)，以免反饋信號(hào)作用后反應(yīng)時(shí)間太慢造成同步不好。我們選用的同步器帶外部升、降數(shù)字信號(hào)輸入，即UP與DOWN與其相應(yīng)的地接通可使輸出電壓升高和降低，因給定為內(nèi)部數(shù)字給定，使輸出模擬電壓穩(wěn)定性很好，再采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)從而保證了主傳動(dòng)的穩(wěn)定。這里值得一提的是我們采用了主伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上編碼器輸出差分信號(hào)，來(lái)測(cè)量主電機(jī)的速度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)按設(shè)定速度升降速，自動(dòng)停車，自動(dòng)判斷導(dǎo)布速等功能，所有參數(shù)可通過(guò)觸摸屏進(jìn)行參數(shù)的修改，如升降速時(shí)間，導(dǎo)布速調(diào)節(jié)。伺服驅(qū)動(dòng)編碼器接口到PLC的接口電路如圖4示，不僅實(shí)現(xiàn)了隔離，且完成信號(hào)類型和電平轉(zhuǎn)換。 FX2N系列有高速脈沖輸入口，用SPD指令可以完成對(duì)速度的測(cè)量，要注意的是用于速度控制要留有誤差帶，不然會(huì)引起速度的振蕩。 第二種方案是采用總線通過(guò)通訊控制完成坯布輸送的同步，從而省去同步控制器。完全的數(shù)字化控制，不僅減少了連線，系統(tǒng)的可靠性和抗干能力都大大提高。而且伺服或變頻器的故障原因可直接在觸摸屏顯示出來(lái)。系統(tǒng)框圖如圖5示。其中松緊架的反饋信號(hào)則送入變頻器，實(shí)現(xiàn)對(duì)主令速度的微調(diào)整，反饋系數(shù)可直接在變頻器設(shè)置或在觸摸屏設(shè)置，用485總線送入變頻器。不管采用什么品牌的PLC為得到良好的實(shí)時(shí)特性和同步的一致性，避免因通訊的延遲在升降速過(guò)程對(duì)電機(jī)同步的影響，我們采用中斷控制的方法，效果是很好的。歐母龍的通訊有專用指令很簡(jiǎn)單，在此不再贅述。 最后再談?wù)勏到y(tǒng)中的另外一個(gè)特色，最先推出獨(dú)立傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)采用的是單片機(jī)作為主機(jī)，已經(jīng)有了彩色觸摸屏了，整機(jī)拖動(dòng)部分采用PLC后，剛開(kāi)始的改造我們采用了增加一個(gè)PLC專用的觸摸屏。隨后為了使整機(jī)能夠合二為一，我們選用了兩種方案。主要區(qū)別是用誰(shuí)來(lái)做主機(jī)。是單片機(jī)還是PLC，不管用什么方法，都要完成單片機(jī)同PLC的通訊。如用單片機(jī)作為主機(jī)，易于大量參數(shù)的存儲(chǔ)，這樣PLC就成了下位機(jī)了，在主機(jī)上增加有關(guān)PLC操作及參數(shù)設(shè)置的畫(huà)面，信息參數(shù)經(jīng)單片機(jī)通訊至PLC就可以了。 當(dāng)然這一技術(shù)的關(guān)鍵是要清楚所使用PLC的通訊協(xié)議，歐母龍的通訊協(xié)議是開(kāi)放的。直接可從編程手冊(cè)中獲得。以三菱FX2N系列PLC為例：表1為PLC專用專用協(xié)議通信的指令。 表1 指令 注 釋 BR 以1點(diǎn)為單位，讀出位元件的狀態(tài) WR 以16點(diǎn)為單位，讀出位元件的狀態(tài)；或以1為單位，讀出字元件的值 BW 以1點(diǎn)為單位，寫(xiě)入位元件的狀態(tài) WW 以16點(diǎn)為單位，寫(xiě)入位元件的狀態(tài)；或以1為單位，寫(xiě)入值到字元件 BT 以1點(diǎn)為單位，置位/復(fù)位（SET/RESET）位元件 WT 以16點(diǎn)為單位，置位/復(fù)位（SET/RESET）位元件，或?qū)懭胫档阶衷? RR 控制PLC運(yùn)行（RUN） RS 控制PLC停止（STOP） PC 讀出PLC設(shè)備類型 TT 連接測(cè)試 注：位元件包括X、Y、M、S以及T、C的線圈等；字元件包括D、T、C、KnX、KnY、KnM等 FX系列PLC通訊協(xié)議規(guī)定PLC無(wú)論在運(yùn)行還是在停止時(shí)，都可以接收上位機(jī)的4種監(jiān)控命令，每種命令用唯一的命令碼標(biāo)識(shí)，如表2示 表2 監(jiān) 控 命 令 命令碼 目 標(biāo) 單 元 說(shuō) 明 讀取單元 30H X、Y、M、S、T、C、D 成組讀取目標(biāo)單元的狀態(tài) 寫(xiě)入單元 31H X、Y、M、S、T、C、D 成組寫(xiě)入數(shù)據(jù)到目標(biāo)單元 單元置位 37H X、Y、M、S、T、C 置位目標(biāo)單元的映像寄存器 單元復(fù)位 38H X、Y、M、S、T、C 復(fù)位目標(biāo)單元的映像寄存器 PLC與單片機(jī)之間是以報(bào)文方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，?shù)據(jù)傳輸單位為幀。表3給出了通訊中所用到的控制字符。 表3 控 制 字 符 ASCII 說(shuō) 明 ENQ 02H 詢問(wèn)：主機(jī)向PLC發(fā)送的請(qǐng)求通信信號(hào) ACK 06H 確認(rèn)：PLC對(duì)主機(jī)返回的肯定應(yīng)答信號(hào) NAK 12H 否認(rèn)：PLC對(duì)主機(jī)返回的否定應(yīng)答信號(hào) STX 02H 文始：表示報(bào)文正文開(kāi)始 ETX 03H 文終：表示報(bào)文正文結(jié)束 命令幀采用和校驗(yàn)（Sum Check）方式檢錯(cuò)，格式如圖示 起始標(biāo)志 命令碼 數(shù)據(jù)區(qū) 結(jié)束標(biāo)志 和校驗(yàn)值 STX CMD DATA ETX SUM UPPER SUM LOWER 1個(gè)字符 1個(gè)字符 多個(gè)字符 1個(gè)字符 1個(gè)字符 1個(gè)字符 通訊時(shí)，單片機(jī)先向PLC發(fā)送詢問(wèn)（ENQ）信號(hào)，請(qǐng)求通訊并等PLC響應(yīng)。PLC接收到該字符后，若通訊正常，PLC應(yīng)答信號(hào)為確認(rèn)（ACK），否為（NCK）。單片機(jī)收到確認(rèn)信號(hào)便可發(fā)送相應(yīng)命令并等PLC應(yīng)答，如此可以完成單片機(jī)對(duì)PLC的控制。 我們用PLC和自主開(kāi)發(fā)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)組成的全伺服圓網(wǎng)電控系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)使用多套，用戶反映良好，把先進(jìn)電子技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)印染裝備行業(yè)，提高了裝備水平，也使我國(guó)色布出口提高了競(jìng)爭(zhēng)力，且與國(guó)外系統(tǒng)比，價(jià)格低廉，非常適合國(guó)情。 參考資料； 1． 三菱FX系列可編程控制器編程手冊(cè) 2． 歐母龍CPM1A可編程控制器編程手冊(cè) 3． 《圓網(wǎng)印花機(jī)獨(dú)立傳動(dòng)系統(tǒng)》楚建安