【摘要】 本文介紹了通過RockWell A-B PLC Controllogix作為平臺與SEW Movimot變頻器、A-B PowerFlex700VC變頻器、Versaview CE700觸摸屏用DeviceNet開放式現(xiàn)場總線構(gòu)成的高精度變頻器調(diào)速控制、監(jiān)控系統(tǒng)作用于叉式移載升降機(jī)在焊接車間的應(yīng)用。詳細(xì)敘述了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成,PLC與變頻器之間的通訊原理和通訊協(xié)議,闡明了該網(wǎng)絡(luò)控制調(diào)速系統(tǒng)與一般模擬量控制調(diào)速系統(tǒng)相比的優(yōu)越性，給出了系統(tǒng)框圖及以及PLC系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)方法。 Abstract: This paper gives a detailed introduction about the precise timing control system of the inverters used in ForkMoveShift-lift For Bodyshop , using RockWell A-B PLC network as the main platform, connected with SEW Movimot inverter、 A-B PowerFlex700VC inverter and Versaview CE700 HMI by DeviceNet Openbus communication network. It also discusses in detail the base structure, the principle, and the communication protocol of the system, explicates the superiority of the system comparing with other similar systems, and gives the frame diagram of the system, and the software implementation procedure of the PLC system. Key Words: PLC inverter multi-motor-control DeviceNet Openbus communication protocol timing control 一，引言 目前，變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、冶金、化工等各個行業(yè)。作為變頻調(diào)速系統(tǒng)中的控制核心部分的變頻控制器,最初是以單臺形式工作的,可以通過變頻器的控制面板或端子進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置,啟動或停止變頻器運(yùn)行,讀取各種變頻器運(yùn)行數(shù)據(jù)等等。而目前各種大中型自動化生產(chǎn)線則要求由多臺和多種變頻器組成的同步控制系統(tǒng)、比例控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)等復(fù)雜的控制,并且要相互協(xié)調(diào),形成連續(xù)生產(chǎn)線的調(diào)速控制系統(tǒng)。 本文取自我公司在某焊接車間的一個實(shí)例。叉式移載升降機(jī)在汽車焊接車間的應(yīng)用目的是將車身焊接線上的白車身轉(zhuǎn)移到空中滑撬上，通過滑撬機(jī)運(yùn)系統(tǒng)送白車身進(jìn)入B.I.W.線。叉式移載升降機(jī)在這個過程中需要與兩個不同的系統(tǒng)交接，控制比較復(fù)雜，同時運(yùn)用了同步和比例控制，并需要三個系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，滿足工藝要求，提高產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量。該例采用PLC通過DeviceNet現(xiàn)場總線對SEW Movimot變頻器、A-B PowerFlex700VC變頻器進(jìn)行控制，并有效的運(yùn)用Versaview CE700 HMI對現(xiàn)場設(shè)備實(shí)時監(jiān)控操作，實(shí)現(xiàn)了多機(jī)分布傳動和聯(lián)動機(jī)制的PLC集中監(jiān)控和控制系統(tǒng)，著重介紹了本系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和組建過程及A-B PowerFlex700VC系列變頻器實(shí)時在線通訊的實(shí)現(xiàn)。 二，工藝要求和系統(tǒng)工作原理 焊接車間白車身生產(chǎn)線上的叉式移載升降機(jī)控制系統(tǒng)主要由四臺電機(jī)驅(qū)動。要求在與焊接線和空中滑撬線交接時能以不同的匹配速度，啟動停止要求相對同步才能保證并提高生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中對設(shè)備的位置精度控制要求較高，誤差精度高，故采用閉環(huán)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。 此過程工藝精度要求比較高，安全性能要求高，因此對電氣控制精確度和安全性提出了較高的要求。具體工藝流程下圖所示： 三，自動控制系統(tǒng)構(gòu)成 根據(jù)設(shè)備工藝的技術(shù)要求我們設(shè)計了專門的全新控制系統(tǒng)，整個控制系統(tǒng)主要由以下幾部分組成。 1．集成到Logix平臺的變頻器，通過給SEW Movimot變頻器增加DeviceNet通訊適配器和給A-B PowerFlex700VC變頻器添加20-COMM-D通訊適配器，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制； 2．運(yùn)用AB PLC 的1756-DNB模塊作為DeviceNet掃描器模塊，通過網(wǎng)絡(luò)對變頻器進(jìn)行控制； 3．通過PC HMI Versaview CE700來監(jiān)控和操作，可以直觀的顯示各種參數(shù)和故障報警。便于維護(hù)和操作，系統(tǒng)的可靠性強(qiáng)，抗干擾能力突出，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡潔。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示： 電氣系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)于上圖所示，主要由下列組件構(gòu)成： 1）PC HMI（Versaview CE700 HMI）為整個系統(tǒng)的操作設(shè)置顯示單元。在HMI上可以通過不同畫面將PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)、輸入(I)輸出(O)狀態(tài)、各個動作過程，以及全機(jī)故障查詢、工藝參數(shù)等一一顯示出來，實(shí)時監(jiān)控全機(jī)的工作狀態(tài)，除了顯示功能外，還可以根據(jù)現(xiàn)場的情況，通過HMI設(shè)置和修改PLC內(nèi)部的一些需要用戶設(shè)定的參數(shù)。人機(jī)界面上直接觀察到變頻器的工作狀態(tài)，對變頻器進(jìn)行監(jiān)控。 2）AB Controllogix5561為PLC基本單元，執(zhí)行系統(tǒng)及用戶軟件，是整個現(xiàn)場（Cell level）設(shè)備層的核心。 3）1756－DNB是AB Controllogix5561平臺與現(xiàn)場設(shè)備的DeviceNet通訊適配器，該模塊的主要作用是PLC通訊系統(tǒng)中作為主站發(fā)給各個現(xiàn)場變頻器信息，并接收和發(fā)送現(xiàn)場輸入輸出信號。我們將其作為DeviceNet通訊主站使用，完成變頻器和現(xiàn)場設(shè)備各種數(shù)據(jù)的傳送，參數(shù)監(jiān)控及故障報警等。 4）SEW Movimot變頻器自帶DeviceNet接口單元和添加了20－COMM-D接口卡的 A-B PowerFlex700VC變頻器符合DeviceNet通訊規(guī)范，用于PLC與現(xiàn)場多臺變頻器的聯(lián)網(wǎng)，通過該單元能夠在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速器的運(yùn)行控制（如啟動、停止、運(yùn)行頻率設(shè)定）、參數(shù)設(shè)定和狀態(tài)監(jiān)控等功能，是變頻器的網(wǎng)絡(luò)接口，在工業(yè)現(xiàn)場，DeviceNet是應(yīng)用廣泛、運(yùn)行穩(wěn)定、技術(shù)成熟的一種通信。 5）A-B PowerFlex700VC變頻器帶有編碼器PG閉環(huán)反饋，能有效的防止因負(fù)載的變化而引起的電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，電機(jī)變頻調(diào)速采用了編碼器PG閉環(huán)反饋。該系統(tǒng)穩(wěn)定特性較強(qiáng)，隨負(fù)載變化而引起的變化小外界干擾對系統(tǒng)速度基本沒有影響。保證了設(shè)備交接的吻合、位置控制的精確。 6）ODVA開放式標(biāo)準(zhǔn)的通訊網(wǎng)絡(luò)，整個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為兩個層級，上層為開放的以太網(wǎng)通訊Ethernet/IP，主要用于人機(jī)界面和PLC之間的通信；另一層為現(xiàn)場設(shè)備級的DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，主要用于小范圍（500米以內(nèi)）的現(xiàn)場設(shè)備級控制，包括，IO、變頻器等。由于Ethernet/IP與DeviceNet網(wǎng)絡(luò)均采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)包格式，因此在這兩者之間的數(shù)據(jù)通信無需在CPU內(nèi)進(jìn)行任何網(wǎng)絡(luò)編程，完全實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無縫路由。 7）整個系統(tǒng)處于公司級上位機(jī)監(jiān)控和操作下，能將實(shí)時數(shù)據(jù)反饋至公司主服務(wù)器，例如：產(chǎn)量、合格率、設(shè)備使用率等等情況，車間生產(chǎn)情況更加透明化，形成數(shù)字透明工廠的雛形。 四，A-B PowerFlex700VC矢量變頻器與PLC的通訊原理及協(xié)議 變頻器與PLC通訊是雙向進(jìn)行的，因此收發(fā)雙方同時都具備收發(fā)設(shè)備，雙方同用一個傳輸媒介，傳輸系統(tǒng)和交換系統(tǒng)共同組成一個完整的通訊系統(tǒng)，并由此構(gòu)成復(fù)雜的通信網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)基本上包含了通信方面的基本技術(shù)：編碼技術(shù)、傳輸技術(shù)。PowerFlex700VC矢量變頻器采用五線制的DeviceNet總線協(xié)議作為現(xiàn)場監(jiān)控和操作協(xié)議。它以主從式方式構(gòu)成工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)，在網(wǎng)絡(luò)里有一個主站1756-DNB，1～63個從站，各站點(diǎn)由唯一的標(biāo)識碼識別。這樣AB PLC和HMI，及上位機(jī)系統(tǒng)便能通過DeviceNet通信線，對網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備進(jìn)行控制操作。PowerFlex700VC通信方式為DeviceNet，波特率最高可達(dá)500Kbps，本系統(tǒng)采用125Kbps；數(shù)據(jù)格式為4ByteIN、4ByteOUT。 變頻器接收控制的通信協(xié)議如下： 邏輯命令字(Logic Command Word) 邏輯狀態(tài)字(Logic Status Word) 由通訊可以控制變頻器的起/停、故障檢測、故障復(fù)位、速度和轉(zhuǎn)向控制，由PLC通過DeviceNet總線完成。 五，控制系統(tǒng)中變頻器與PLC通訊控制軟件設(shè)計 由于系統(tǒng)生產(chǎn)工藝要求精確度高，安全性能要求高，因此PLC與變頻器之間的通訊的實(shí)時性和設(shè)備的響應(yīng)時間是重點(diǎn)。要實(shí)現(xiàn)對變頻器的實(shí)時通訊控制，要求PLC進(jìn)行通訊編程，通過程序?qū)崿F(xiàn)PLC與變頻器信息交換的控制。 1，由于AB Controllogix5561平臺功能強(qiáng)大，通過DeviceNet總線協(xié)議能夠?qū)崟r的監(jiān)控各個設(shè)備所處的狀態(tài)，能及時的檢測出各個設(shè)備的通訊故障，系統(tǒng)中的PowerFlex700VC和SEW變頻器都有強(qiáng)大的故障保護(hù)性能，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，變頻器開啟自動保護(hù)，并同時發(fā)出故障報表，并將該設(shè)備進(jìn)入故障安全狀態(tài)，直至維修人員將故障排除并復(fù)位。 2，PowerFlex700VC的馬達(dá)控制參數(shù)部分設(shè)定如下： 以上參數(shù)是部分修改的實(shí)際值，其余參數(shù)調(diào)整是按廠家出廠值或電機(jī)銘牌值進(jìn)行設(shè)定，注意采用閉環(huán)編碼器時，編碼器的分辨率和轉(zhuǎn)向。 六，Versaview CE700 HMI畫面設(shè)計 在PC級人機(jī)界面中，根據(jù)控制需要設(shè)計控制畫面，包括主選擇畫面、模式畫面、叉式移載升降機(jī)循環(huán)時間畫面、DeviceNet總線監(jiān)控畫面、設(shè)備監(jiān)控操作畫面、設(shè)備交接連鎖畫面、整體區(qū)域監(jiān)控畫面、幫助畫面、故障報警畫面和密碼保護(hù)等。故障顯示使用具體故障名稱和故障時間地點(diǎn)，讓操作者很方便的知道故障原因和部位，極大的降低了維修時間，節(jié)約了運(yùn)行成本。監(jiān)控操作畫面舉例如圖所示： 1，主選擇畫面： 2，主操作畫面： 3，設(shè)備監(jiān)控畫面： 七，實(shí)際應(yīng)用效果 經(jīng)過汽車焊接車間實(shí)際應(yīng)用，A-B PowerFlex700VC矢量變頻器加編碼器閉環(huán)組成的自動控制系統(tǒng)，在汽車工廠采用DeviceNet開放式總線控制是一種理想的控制方式，非常適合大規(guī)模使用，它有很多值得借鑒的優(yōu)點(diǎn)： 1，采用總線通訊控制變頻器，具有硬件邏輯簡單、軟件結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、