【正文】 紙機(jī)交流伺服傳動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 23 5 切紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC是 切紙機(jī)傳動(dòng) 系統(tǒng)的 控制 核心，接收 操作臺(tái) 發(fā)送的 啟 /停 機(jī)， 切長(zhǎng)設(shè)定、切長(zhǎng)校準(zhǔn)、加 /減速 等指令， 并 從現(xiàn)場(chǎng)采集 變頻器和伺服控制器的數(shù)據(jù)， 進(jìn)行分析和處理， 將命令和給定傳給變頻器和伺服控制器控制各傳動(dòng)點(diǎn) 。切紙機(jī) 系統(tǒng) 控制 框圖 如圖 51所示 。 圖 51 切紙機(jī) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 OP是系統(tǒng)的 操作臺(tái) ， 操作臺(tái)上設(shè)置觸摸屏， 控制人 員可以通過它和控制系統(tǒng)很容易的進(jìn)行交流 ， 通過它來對(duì)控制系統(tǒng) 進(jìn)行 時(shí)時(shí)監(jiān)控，并在 需 要 的時(shí)候進(jìn)行切長(zhǎng)的設(shè)定 和 參數(shù)設(shè)置或 修改 。它和 PLC之間是通過 9針通訊線進(jìn)行連接通訊的。 A、 B、 C、 為三相供電回路， N為零線， PE為接地保護(hù)線 。 FBsPLC 的定位功能 用 整合于 PLC內(nèi) 的 專用 NC定位控制器，使 PLC與 NC控制器能共用相同的資 料 區(qū)，而無需作兩系統(tǒng)間的資 料 交換與同步控制等繁復(fù)工作 ， 提供對(duì)伺服的定位、速度控制。 四臺(tái)變頻器的 DI1分別接的是 PLC的輸出端子 Y17Y20。 PLC的速度指令由此送入 4臺(tái)變頻器，改變 PLC的輸出信號(hào)，便可以調(diào)節(jié)各傳動(dòng)點(diǎn)的速度。 系統(tǒng)通訊設(shè)置 通訊網(wǎng)絡(luò)是控制系統(tǒng)的大動(dòng)脈，通過網(wǎng)絡(luò)可將系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合起來。通訊網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、性能也是決定整個(gè)控制系統(tǒng)的性能與先進(jìn)程度的主要因素之一。由于 以 PLC、變頻器、伺服單元組成通訊網(wǎng)絡(luò)的各部件都是以微處理器為核心的功能單元，所以切紙機(jī)傳動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)質(zhì)上也是一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。變頻器、直流調(diào)速裝置大都自帶有 RS485或RS422通訊接口，用于通訊控制。利用變頻器、直流調(diào)速裝置自帶通訊接口通訊控制，可以不用再選擇配置通訊接口板， 本方案中 PLC與變頻器之間采用 RS485通訊 方式 進(jìn)行連接，本節(jié) 就 RS485接口通訊控陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)說明書） 24 制方法作簡(jiǎn)單介紹。 RS485 接口數(shù)據(jù)傳輸原理 RS485屬于串行通訊，一般采用異步通訊方式，傳送數(shù)據(jù)每次只能送一個(gè)字符，所以只能逐字傳送。每幀表示一個(gè)字符，每幀包括：一個(gè)起始位，表示字符的開始，用若干位表示字符本身 (5~8位 )，一個(gè)校驗(yàn)位，用一個(gè)停止位（ 1位、 2位）表示字符結(jié)束。其數(shù)據(jù)位由低到高傳送。 RS485是一種平衡傳輸方式的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，它采用雙線傳輸 DATA+、 DATA。由于發(fā)送和接收都公用這兩條信號(hào)線，所以 RS485只能工作在半雙工工作方式。它于RS422標(biāo)準(zhǔn)相類似，與 RS422A兼容，并且擴(kuò)展了 RS422A功能。它允許在電路中可以有多個(gè)發(fā)送器，一個(gè)發(fā)送器可以驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載設(shè)備。負(fù)載設(shè)備可以是被動(dòng)發(fā)送器、接收器和發(fā)送器組合單元。 RS485的共線電路結(jié)構(gòu)是在一對(duì)平衡傳輸線路兩端都配置 120歐姆 終端電阻。其發(fā)送器、接收器、組合發(fā)送接收器可以掛在平衡傳輸線路的任何位置。實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸中多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器共用同一傳輸線的多點(diǎn)應(yīng)用。 RS485發(fā)送 /接收器最大 輸出 /輸入電壓為 7V~+12V，驅(qū)動(dòng)器負(fù)載阻抗為 54歐姆 。接收器輸入阻抗為 12千歐 。 RS485屬于廣播式通訊方式，當(dāng)一個(gè)發(fā)送器發(fā)送信息時(shí)，所有在總線上的接收器都接收到信息，接收器會(huì)判斷信息包含的地址信息是否與本節(jié)點(diǎn)相同，相同則進(jìn)行處理，若不相同，則不處理，等待下一次信息。 RS485的特點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，傳輸速率高，傳輸距離遠(yuǎn)。如采用雙絞線在 100Kb/s的傳輸速率時(shí)，可傳送 1200米；若傳輸速率為 9600b/s，則傳輸距離可達(dá) 1500米。 RS485允許最大可以連接 32對(duì)發(fā)送器 /接收器，目前在工業(yè)控 制中得到廣泛的應(yīng)用。 RS422結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，傳輸速度和距離能夠滿足工廠自動(dòng)化控制需求。所以許多測(cè)量?jī)x表、控制儀器都帶有 RS485接口（如測(cè)量?jī)x表、調(diào)節(jié)器、變頻器和直流控制器等），因此 RS485網(wǎng)絡(luò)成為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用最多的通訊控制網(wǎng)。 RS485 組網(wǎng)技術(shù)及通訊協(xié)議分析 組成 RS485 通訊控制總線有兩個(gè)方面，一是硬件組建，按照 RS485 電氣標(biāo)準(zhǔn)將各控制部件連接起來；二軟件設(shè)置及編程，依據(jù)通訊部件的通訊協(xié)議進(jìn)行設(shè)置和編 程設(shè)計(jì)。 （ 1） RS485 網(wǎng)絡(luò)硬件組建 RS485 總線要求有物理標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。在 RS485 總線上的各部件必須具有標(biāo)準(zhǔn)RS485 通訊接口，所有的 RS485 接口的 DATA+和 DATA分別連接在一起，在通訊兩端配置終端電阻。同時(shí)在 RS485 總線上的各部件必須遵從同一種通訊協(xié)議，不同的通訊協(xié)議產(chǎn)品不能同時(shí)掛在同一個(gè) RS485 總線上。 在 ACS800 上都可以選擇配置終端電阻，我們將中間的變頻器都配置為非終端模式，將最兩邊的變頻器配置為終端工作模式。完成終端電阻的配置。有些公司變頻器沒切紙機(jī)交流伺服傳動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 25 有 RS485 總 線終端電阻配置選擇，我們通過在通訊線的兩終端外接 120 歐姆 電阻完成終端電阻配置。 （ 2）通訊參數(shù)設(shè)置 在 RS485 總線上，各部件必須具有相同的通訊參數(shù)。即具有相同的波特率、相同的數(shù)據(jù)位、相同的校驗(yàn)位、相同的停止位。必須對(duì)各部件分配總線地址，每個(gè)部件必須唯一的總線地址，總線地址不能重復(fù)。 變頻器、直流控制器和工業(yè)控制檢測(cè)儀表都有 RS485 通訊參數(shù)設(shè)置，在這些參數(shù)中我們選取通訊協(xié)議，配置通訊波特率、校驗(yàn)方式、停止位等。紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)主要是PLC 配置和變頻器或直流控制器參數(shù)配置。 RS485 是 Modbus 最常 用的一種，通常稱為 H2，采用屏蔽雙絞銅線電纜，共用一根導(dǎo)線對(duì)。適用于需要高速傳輸和設(shè)施簡(jiǎn)單而又便宜的各個(gè)領(lǐng)域。 RS485 操作容易，總線結(jié)構(gòu)允許增加或減少站點(diǎn)，分步投入不會(huì)影響到其他站點(diǎn)的操作。 RS485 每段最多 32 個(gè)站點(diǎn)，帶轉(zhuǎn)發(fā)器最多可以到 127 點(diǎn)。傳輸速度可選用 ~12Mbps，一旦設(shè)備投入運(yùn)行，全部設(shè)備均需選用同一傳輸速度。電纜的最大長(zhǎng)度取決于傳輸速度， RS485 傳輸技術(shù)的基本特性如表 51 所示 [15]。 表 51 RS485 傳輸技術(shù)的基本特性 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)? 兩端帶終端電阻的線形總線， 波特率小于 12 兆 介質(zhì) 屏蔽雙絞電纜 站點(diǎn)數(shù) 每段 32 個(gè)，帶中繼器最多可到 127 個(gè) 插頭連接器 九針插頭連接器 在切紙機(jī)傳動(dòng)設(shè)計(jì)中， PLC 與變頻器之間的通訊連接可用屏蔽雙絞線，屏蔽層只需單端接地。如圖 52 所示。 圖 52 PLC 和變頻器通訊連接 示意 圖 PLC 與變頻器的連接 PLC 側(cè)設(shè)計(jì) PLC 要與 ACS800 變頻器通過 RS485 進(jìn)行通訊，可 以把每個(gè) PLC 上的通訊連接到陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)說明書） 26 網(wǎng)絡(luò)總線。 永宏 PLC 上的通訊口是符合 RS485 標(biāo)準(zhǔn)的兼容 9針 D 型連接器 。本設(shè)計(jì) 采 用RS485 協(xié)議進(jìn)行通訊，只需將使用的引腳 3 和引腳 8 作為信號(hào)線連接到變頻器相應(yīng)的接線端子即可。永宏通訊口引腳分配 如表 52 示 [11]。 表 52 永宏通訊口引腳分配 針 名稱 端口 0/端口 1 1 屏蔽 邏輯地 2 24V返回 邏輯地 3 RS485信號(hào) B RS485信號(hào) B 4 發(fā)送申請(qǐng) RTS（ TTL） 5 5V返回 邏輯地 6 +5V +5V， 100Ω串聯(lián)電阻 7 +24V +24V 8 RS485信號(hào) A RS485信號(hào) A 9 不用 10位 協(xié)議選擇（輸入） 連接器外殼 屏蔽 機(jī)殼接地 變頻器 ACS800 側(cè)設(shè)計(jì) （ 1）變頻器介紹 （ a）變頻器功能的基本要求 [12] 切紙機(jī)要求在操作臺(tái)上能夠?qū)ψ冾l器進(jìn)行起 /停、切長(zhǎng)設(shè)定、切長(zhǎng)校準(zhǔn)、速度增 /減等控制操作，能夠顯示變頻器工作狀態(tài)等功能。 控制方式選擇 PLC 通訊控制方式。 PLC 通訊控制方式按照操作方式分有兩種控制方式，一種是采用傳統(tǒng) 的按鈕操作方式，另一種為觸摸屏操作方式。這兩種控制方式要求變頻器有通訊控制功能和對(duì)應(yīng)的通訊適配器。本次設(shè)計(jì)選擇觸摸屏操作方式。 （ b）變頻器的主要參數(shù)和設(shè)置方法 在變頻器的顯示面板上，都有頻率增加和頻率減少按鍵，通過它可以改變變頻器的切紙機(jī)交流伺服傳動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 27 運(yùn)行頻率，這是一種數(shù)字設(shè)定頻率的方式。 變頻器控制命令包括控制電機(jī)的起動(dòng) /停止，電機(jī)的運(yùn)行方向等。 起動(dòng) /停止 :當(dāng)系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒后（通電），變頻器處于待機(jī)狀態(tài)，電機(jī)并沒有運(yùn)轉(zhuǎn)。要使系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)需給變頻一個(gè)起動(dòng)命令。有三種方式可以起動(dòng)變頻器。 ① 操作面板； ② 外部端子，可以是固定電平也可是 脈沖信號(hào)； ③ 通訊方式?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況，選擇其中的任一種方式。變頻器停止時(shí)和起動(dòng)完全一樣，只不過動(dòng)作相反。 電機(jī)的運(yùn)行方向 :我們知道交流電機(jī)是通過改變其輸入三相電源任意兩相的相序來改變其旋轉(zhuǎn)方向的，在變頻中只需給它一個(gè)電平信號(hào)其自動(dòng)調(diào)整兩相相序，從而改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)中，根據(jù)工藝要求決定是單向或是雙向運(yùn)行。在切紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，都是單方向旋轉(zhuǎn)，不需改變電機(jī)運(yùn)行方向。 （ c）應(yīng)用宏的選擇 所謂應(yīng)用宏就是根據(jù)變頻器在一些常用的場(chǎng)合中所需的一些功能在出廠時(shí)已經(jīng)經(jīng)過預(yù)編程的參數(shù)集。利用這些應(yīng)用宏用戶可 以快速完成對(duì)變頻器的直動(dòng)。 ABB800 系列變頻器的應(yīng)用宏有以下七種： 工廠宏；手動(dòng) /自動(dòng)宏； PID 控制宏；轉(zhuǎn)矩控制宏；順序控制宏；用戶宏（兩個(gè)）。 用戶以根據(jù)需要選擇應(yīng)用宏，在切紙機(jī)的變頻控制部分使用 PID 控制宏實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。 （ d）變頻器控制參數(shù) 這些參數(shù)主要規(guī)定了變頻器起動(dòng)方式，包括： 、 起動(dòng) /停機(jī) /方向的命令的信號(hào)源，在外部控制時(shí)，變頻器的起動(dòng)和停止應(yīng)使用外部端子或通信的方式，而ABB800 變頻器用外部端子又有多種組合，常用的可以設(shè)為 DI1~DI6 的任何一個(gè)作用起動(dòng) /停止的命令的輸 入端。 是規(guī)定變頻器所拖動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，根據(jù)電機(jī)學(xué)我們知道三相異步電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向取決于輸入三相電源的相序，在需要雙向運(yùn)行的場(chǎng)合可以把這個(gè)參數(shù)設(shè)為REQUEST，由數(shù)字輸入端子來控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。 允許信號(hào)：要起動(dòng)變頻器將參數(shù)必需設(shè)為 YES。 （ e）限幅參數(shù) 限幅參數(shù)主要規(guī)定電流轉(zhuǎn)矩最高運(yùn)行頻率等參數(shù)，在 ABB800 系列變頻器中，最大輸出電流能達(dá)到 200%Ihd，在轉(zhuǎn)矩控制模式下最大輸出能達(dá) 300%，一般來說，在切紙機(jī)傳動(dòng)控制中，都能滿足要求，這些參數(shù)基本上不用修改。（參數(shù)代碼 ） 對(duì)于最高運(yùn)行頻率，一般出廠設(shè)定 50HZ，如果傳動(dòng)系統(tǒng)減速器選擇合適的話，也不用修改。 （ 2）給定選擇 (a)外部控制選擇， 由參數(shù)組 10 定義。 其中，參數(shù) 1（ EXT1）用于起動(dòng)、停機(jī)和轉(zhuǎn)向命令的連接和陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)說明書） 28 信號(hào)源。我們選擇 =DI1，即通過數(shù)字輸入 DI1的值來控制起動(dòng)和停機(jī)，其中 0=停止，1=起動(dòng)。轉(zhuǎn)向取決于參數(shù) 。 參數(shù) 電機(jī) 轉(zhuǎn)向，我們?cè)O(shè)置 =FORWARD，即固定為正向。 ABB800 有兩個(gè)控制源可以選擇即 EXT1， EXT2。當(dāng)選擇 EXT1 時(shí)，變頻器的起動(dòng)由 所指定的輸入端子控制，頻率由 所指定的方式給定。對(duì)于 PID 應(yīng)用宏，此時(shí)為開環(huán)控制。當(dāng)選擇 EXT2 時(shí)，變頻器的起動(dòng)及頻率來源分別為 、 。在PID 宏及轉(zhuǎn)矩控制宏下分別為閉環(huán)控制及轉(zhuǎn)矩控制方式。 (b) 外部給定信號(hào)源 的選擇， 由參數(shù)組 11 定義。 其中，參數(shù) EXT1有效還是 EXT2有效的控制口，通過控制口的信號(hào)可以在 EXT1或 EXT2中選擇。我們?cè)O(shè)置 =EXT1，即指定 EXT1為當(dāng)前控制地。 參數(shù) , 分 別 是定義選擇外部給定 EXT1， EXT2 的 信號(hào)源。我們?cè)O(shè)置=。即為現(xiàn)場(chǎng)總線給定值 REF1 [16]。 (3) 變頻器側(cè)接口連接及參數(shù)設(shè)置 表 53 變頻器外部給定 參數(shù)設(shè)置 控制盤鍵參數(shù) 功能 /信息 當(dāng)選擇 EXT1 為控制區(qū)時(shí)，控制字（除了位 11）有效。 EXT1 的啟動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)向信號(hào)。 當(dāng)選擇 EXT2 為控制區(qū)時(shí)，控制字（除了位 12）有效。 EXT2 的啟動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)向信號(hào)。 調(diào)過現(xiàn)場(chǎng) 控制字位 11EXT TRLLOC，對(duì) EXT1/EXT2 進(jìn)行選擇。 EXT1 的給定信號(hào)。 EXT2 的給定信號(hào)。 變頻器的參數(shù)設(shè)置： （ a）首先確定電機(jī)參數(shù)，以及做自適應(yīng)處理，參數(shù)組 99 是設(shè)置電機(jī)啟動(dòng)數(shù)據(jù)的。 其中參數(shù) 是定義電機(jī)控制模式的，我們選擇的控制模式為標(biāo)量控制，即=SCALAR。 參數(shù) 是定義電機(jī)額定電壓值的，我們?cè)O(shè)置 =380，即額定電壓值為 380V。 參數(shù) 是定義電機(jī)額定電流的，我們?cè)O(shè)置 =，即額定電流值為 。 參數(shù) 是定義電機(jī)額定頻率的， =50，即為 50HZ。 參數(shù) 是定義電機(jī)額定速度的，我們?cè)O(shè)置 =1440，即電機(jī)額定速度為1440rpm。 參數(shù) 是定義電機(jī)額定功率的，我們?cè)O(shè)置 =4000，即電機(jī)額定功率為。 是定義設(shè)備地址的，第三臺(tái)變頻器 =3，第四臺(tái)變頻器 =4。 切紙機(jī)交流伺服傳動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 29 是定義波特率的，我們定義 =