Q系列PLC

2024-05-11

Q系列PLC（精选五篇）

Q系列PLC 篇1

随着物联网、人工智能、大数据以及云计算等前沿科技的飞速发展,人类正在走向高智能化时代。传统工业急需跟上时代的变化,尽快完成自身转型与升级,跟上科技发展的浪潮。在科技上游技术呼唤远程互联互通与信息共享的大背景下,寻求适当策略将目前仍大量应用于工业现场的独立封闭式系统接入远程网络,在实现底层设备联网的基础上,进一步实现远程监测和操控是当今工业自动化领域的研究热点[1]。

可编程控制器( PLC) 作为融合了微型处理器技术、通用外围接口自动控制技术和多模式通信协议的综合控制设备,其自身具有灵活的编程模式,可靠性极高以及广泛适用于各种工业环境等众多优势。上世纪末和本世纪初是PLC技术在工业现场快速布局和发展的时期,以西门子和三菱等一大批实力雄厚的大公司退出的系列产品为代表,使诸多底层自动加工流水线获得了长足的发展,并取得了良好的经济效益[2]。但近年来,工业现场发展的大趋势正在发生变化,功能更为强大和多样、集成度更高,联网功能更强是对PLC技术发展的更强烈的推动。虽然各大PLC公司都投入大量的人力财力去开发自身的网络系统,但因为企业间利益的纠葛,很难寻求到一种被各企业广泛接受的一致性网络通信标准。针对这一问题,本文提出基于多层网络控制的PLC通信系统设计方法,即通过三层网络实现工业现场与以太网的互通互联,在底层仍采用各大公司自身的网络系统,在顶层借力当前应用最广的以太网,着力研究和设计连接两者通信的中间控制层, 最终实现整体控制与通信系统设计。本研究以三菱Q系列PLC为例,进现场调试实验,验证了所提系统的可靠性与可行性。

1多层网络整体系统设计

为应对工业现场网络化应用的大潮流,结合PLC在工业现场的实际运行需求,本系统采用三层网络实现从工业现场到远程监控层的多集成度通信控制系统设计。系统具体包括: 基于CC-Link[3,4]现场总线的工业现场底层设备层,基于MELSECNET / H[5,6]网络的中间管理控制层和基于以太网的远程监控层。各层网络的设计方案的选取依据如下:

现场设备层: 现场总线具有极好的稳定性,在小型网络连接中被广泛采用。CC-Link作为主流现场总线协议的一种更适合于工业现场的设备连接,本设计采用CC-Link现场总线,实现FX2N PLC,变频器,工控触摸屏,伺服控制器以及I / O接口直接的连网,可完成对现场设备的变频调速,触摸设置,三维运动控制等控制任务。

中间管理层: MELSECNET/H网络能够提供不同过程间的线路互锁和同步功能,并且具有高性能、低故障率以及可确定通讯等特点。最高可达25 Mbps的通信速度,双重回路设计保障了通信的可靠性,减少了信息冗余,同时提供大容量软文件连接功能。本设计以8个三菱Q系列PLC为例,在该层实现了8个控制对象的协同控制。

远程监控层: 以IEEE 802. 3标准为支撑的以太网通信协议已经从百兆级发展到了千兆级,而以光纤,石墨烯等新材料为推动力的更高速的以太网通信速度也指日可待。本设计基于现有强大的以太网网络协议,将中间管理层的多台设备利用交换机进行连接,利用组态软件中间件技术实现网络设置及上位控制界面的编程。

图1是整个网络控制系统结构示意图。

2系统硬件设备与参数设置

2.1系统硬件设备及布局

本系统以工业现场为背景,基本设备包含三菱Q系列PLC, 控制柜、总线挂箱及各种单元模块。具体由三个现场综合操控控制柜,一个系统现场总线挂箱和总控台构成。

三个控制柜分别以CC( Control cabinet) - 1、CC - 2、CC - 3命名,8个PLC作为微控制器单位依次命名为CPU - 1至CPU 8。针对现场设备连接直接的主要单元设计相应的I / O接口电路。整个系统具备逻辑编程控制( 以按钮指示方式) 、AD数据采集、DA数据输出、变频器调速、中间层控制、远程唤醒与关闭等功能。

图2是控制柜的现场图片。

2.2系统硬件设备控制电路设计

系统各单元模块的硬件设计是较为庞大的工程,本文选取其中的关键模块进行详细说明。

2.2.1冗余系统切换模块

前节提到,本设计底层由8个PLC构成,需要设计8个CPU彼此手法指令之间的信息冗余处理模块。根据现场实际情况,设定系统主CPU和从CPU,三菱公司的产品为冗余系统设计了电源冗余,通信冗余,主控制器冗余,且所有模块均具有双热备用的功能,可随时被唤醒。当某个模块在系统中出现故障之时,其余系统可以继续工作和接收控制指令,能够有效保障系统的稳定运行。但同时考虑到大规模停电或者某些突发自然灾害的情况,还设计了手动切换功能,使整体系统更具操作性和灵活性。最终电路和手动切换电路如图3所示。

2.2.2CC-Link变频调速电路设计

基于CC-Link变频调速电路设计如图4所示。CPU - 4作为主站,其控制按钮经过CC-Link总线发送命令控制位于控制箱中的FX2N PLC,采用RS - 485总线实现对FR - F740 - 5. 5K变频器控制; 另一台FR - A540 - 2. 2K变频器自带CC-Link接口,可直接接收主站的控制命令。CPU - 4还配备有按键式逻辑控制, AD数据采集和DA数据输出仪表显示功能,主站通过CC-Link方式控制远程的I/O站点。

2.2.3伺服运动控制电路设计

CPU - 3搭载伺服定位QD75M模块,另外配有三个J2S B伺服系列驱动器,以SSCNET总线实现两者直接的连接。该接线方式方便快捷,操控性能良好,可完成对电机的实时定位数据读取, 多轴联动运行,直线插补和圆弧插补等功能。CPU - 3和CPU - 4同样具备逻辑控制,AD数据采集,DA数据输出等基本功能。具体实现电路如图5所示。

3三层网络通信系统设计

3.1底层CC-Link通信实现

主站CPU与各从站之间的数据可采用远程输入RX和远程输出RY,按照N∶ N的模式实现数据交互。信息传送的具体流程如下:

( 1) 系统启动,设置网络参数并传送给主站,自启动CCLink;

( 2) 自动刷新CPU内部定时器单元。将RY作为本地站点的输出数据;

( 3) 将数据自动存储在RX缓冲存储器或者其他本地子站点中;

( 4) RX缓冲存储器中的数据用来自动设置刷新参数,远程RX用在子站点的输入数据;

( 5) 本地子站点向主CPU回馈一个完成指令;

( 6) 接通指定的继电器单元,并访问子站点缓冲存储器中的数据;

( 7) 将读取的数据存储在主CPU的接收缓冲单元。

底层设备网络通信实现后,其与中间控制层的连接通过三菱Q系列PLC自带的MELSEC / H网络接口实现两层网络间的硬件连接,具体协议设计在下一小节介绍。

3.2中间控制层MELSECNET/H网的通信实现

在中间控制层设计基于MELSECNET/H网络的双环路网络。一路网络连接8个CPU构成1号网络或主网络,另一路网络负责冗余系统和远程I/O站点之间的连接,称为2号网络或I/O网络。具体实现过程是采用光纤将各CPU站点连接形成一个环形网络,配置相应的CPU参数和网络模块,此光纤环路中一共可以连接64个子站点,并可以通过中继实现数量级的扩展,完全能够满足各种工业现场如图6所示。

MELSECNET / H网络的主要性能指标如下:

( 1) 高速通信: MELSECNET/H通信速度有25 Mbps和10 Mbps两种模式,其中25 Mbps只可用于光纤网络;

( 2) 系统配置灵活: 系统可扩展为239个网络,每个站点链接点数最高可设置为2 000字节;

( 3) RAS功能: 当子站故障排除重新启动后,可自动返回断点处,保证记忆数据不丢失;

( 4) 网络兼容性高: 利用MELSECNET/10模式,可以与常规网络模块一起使用。

利用专用以太网协议转换单元,可快速实现中间控制层接入顶层以太网监控层。

3.3顶层以太网监控通信设计

经专用HUB可快速实现中间控制层数据接入以太网,现将组网过程中主要设置步骤加以说明[7,8,9]:

( 1) I/O配置: 通过三菱公司提供的GX - Developer软件对按照在基板上的模块数据类型和输入、输出信号范围进行设置;

( 2) MNET - 10H以太网卡号设置: 设置内容主要包括其它站访问有效模块数量、网络类型、网络编号、起始I/O、组号、站号等;

( 3) 操作设置: 主要对传输数据格式、初始化时序、IP地址、发送桢、运行时写入权限等进行设置。

4系统功能调试

整体系统设计完成后,我们基于组态软件MCGS[10]开发了一套上位机监控程序,通过调用不同的子程序,能够实现对工业现场的实时监测和远程控制。下面以闭环无级调速和多段调速实时监控功能为例对整体系统的允许情况进行展示,具体上位机界面如图7所示。

我们设计了多段速控制面板和无级调速控制面板。远程监控者不需要在工业现场,只要在任意一个接通了互联网的电脑上,都可以通过浏览器登陆系统,实时监控现场设备的运行情况。在多段速控制功能设计中,可以通过选择正转、反转、停止等操作,对电机进行实时控制,并可选择电机的段速,而选择的数据将直接显示在输入框中。相应的,在无级调速调速功能中,通过输入规定范围内的任意频率,并点击写入运行频率按钮,就可以将频率传送至现场的PLC设备,对电机实现无级调速控制,如果想要读取电机运转频率,则可以直接点击读取运行频率按钮,电机的实时运行频率将显示在对应的输出框中。

5结束语

本文针对工业现场实时远程控制的时代需求,设计了一套基于三层网络的PLC通信系统。具体包括: 基于CC-Link现场总线的底层设备层,基于MELSECNET/H网的中间控制层和基于以太网的远程控制层。在文中给出了整体系统详细的硬件和软件设计方案,最终利用MCGS组态软件设计了上位控制系统。经系统现场演示,验证了所提设计方案的可行性。后续工作将针对越来越普及的智能手机操作平台,开发相应的远程监控APP,摆脱现有监控系统必须在PC机上运行的弊端,实现对工业现场的实时监控。

摘要：为实现对工业现场的实时在线远程监控,针对三菱Q系列PLC设计了一种多层网络控制系统,给出了不同网络层次之间的通信系统设计方案。多层控制网络由现场控制层、中间决策层和远程管理监控层构成,各层分别采用CC-Link现场总线、MELSECNET/H网络和以太网进行通信,层与层之间设计了专门的通信模块。以Q系列PLC为例,给出了系统的软硬件设计方案,基于MCGS组态软件在线调试结果显示整体通信系统运行良好,有效解决了信息冗余和丢包现象。

施耐德系列PLC介绍篇2

Twido，小型PLC，可完成一般的自动化任务，比西门子S7-200性能稍弱，编程平台是TwidoSoft或TwidoSuite；

M218，小型PLC，可完成一般的自动化任务，比西门子S7-200性能稍弱，编程平台是SoMachine；

M238，面向OEM自动化的小型专用PLC，可完成较复杂的OEM自动化任务，跟西门子S7-200性能接近，编程平台是SoMachine；

M258，中型PLC，跟西门子S7-300性能接近，但结构有所差异，更接近于倍加莱、倍福、万可的产品，编程平台是SoMachine；

M340，中型PLC，跟西门子S7-300性能接近，编程平台是Unitry；

Premium，中型PLC，跟西门子S7-300性能接近，新的编程平台是Unitry，原来是PL7 Pro；

Quantumn，大型PLC，跟西门子S7-400性能接近，新的编程平台是Unitry，原来是Concept；

已经淘汰的产品线：

Neza，小型PLC，Modicon Nano的中国版，编程平台是PL707；

Q系列PLC 篇3

关键词：PLC,网络结构,通信

1 Q系列PLC的网络结构

三菱Q系列PLC有着清晰的三层网络, 根据不同的系统要求提供对应的网络产品。具体的网络结构图如图1 所示。

信息层:以太网是整个网络系统中最高层, 它的主要功能是在可编程逻辑控制器及PC之间传输设备运行状况、产品信息等相关数据 (如设备运行状态、能源可视化数据) , 信息层一般使用以太网, 它不仅能够连接PC, 而且还能连接各种自动化设备, 三菱Q系列PLC的以太网模块具有电子邮件收发功能, 用户随时随地可以通过电子邮件了解生产状况。同时, 利用因特网的FTP服务器功能可以实现程序的上传/下载和信息的传输。

控制层:MELSECNET/H它是系统网络的中间层, MELSECNET/H的作用是在可编程逻辑控制器等控制设备之间进行数据传递的控制网络, 其中MELSECNET/H有以下特点:首先是有良好的实时性、其次它的网络设定较为简单、最后是有冗余回路。由于具有这些特点使得它获得了较高的市场评价。 MELSECNE/H继承了MELSECNET/10 网络的优点, 优化了网络的实时性, 提升了数据容量, 从而进一步满足系统要求。现在只有三菱Q系列PLC才可使用MELSECNET/H网络。

设备层:基于CC-Link控制的设备层具功能是把可编程逻辑控制器与系统的相关设备相连接, CC-Link控制的网络是系统的最底层网络。使用该总线结构, 减少了配线的工作量, 提供了系统可维护性, 并且, CC-Link收集的不只I/O有无的数据, 它还可以连接变频器、风机等相关设备, 从而完成数据的交互实现系统的控制。在Q系列PLC中使用, CC-Link的功能更好, 而且使用更加方便。

2 网络系统的通信实现

2.1 CC-Link网的通信实现

CC-Link的通信方式主要为以下两种:循环通信和瞬时传送。循环通信表明网络中一直有数据在交换。交换的数据类型为:远程输入RX, 远程输出RY和远程寄存器RWr、RWw这四种数据类型。一个从站可传递的数据容量依赖于所占据的虚拟站数。占据一个从站意味着适合32 位RX或RY, 并以每四个字进行重定向。如果一个装置占据两个虚拟站, 那么它的数据容量就扩大了一倍。除了循环通信, CC-Link还提供主站、本地站及智能装置站之间传递信息的瞬时传送功能。

在CC-Link网络中主站是通过CC-Link模块采用链路扫描方式与各从站进行数据链接, 远程站与主站之间的链接通过缓冲存储器自动映射完成, 而各站与本站PLC内的缓冲存储器是通过程序的编写来实现。CC-Link的网络参数设置图2 所示。

2.2 MELSECNET/H网的通信实现

MELSECNET/H网络通过光纤环路网络模块进行网络通讯, 通过设置CPU模块与网络模块的连接方式, 以达到网络连接和通讯的目的。网络的整体设置如下所示。

(1) 站号设置:根据网络需要定好站号, 通过Station设置开关进行设置。 (2) 模式设置:根据网络连接情况设定网络连接速度和工作模式。 (3) 网络连接:在整个光纤环路中, 通过使用光纤线缆将模块接入MELSECNET/H网络。模块的IN端口应与上游设备的OUT端口相连, 模块的OUT端口应与下游设备的OUT端口连接。 (4) 连接应当将同一网络内的模块模式设为一致。利用GX一WORKS设置网络模块和CPU模块的连接以及网络模块的网络参数。

通过通信模块的MODE旋钮, 可以选择数据传输速率应为25Mb P/S, s设置冗余系统1# 为工作站, 其余顺次排列。由于网络层共有两个环网, 所以还需要设置其中的网络号。网络刷新参数设置如图3 所示。

2.3 以太网的顶层通信系统实现

整个系统的通信可以通过HUB来实现, 以太网的主要设置步骤如下: (1) I/O配置:I/O配置可以通过三菱公司的GX-WORKS软件针对安装在基板上的模块类型和对I/O信号的范围进行设置。这样的设置方法较为简单。 (2) MNET-10H以太网卡号的设置:设置的主要内容有其他站访问期间的有效模块、网络类型、起始I/O地址、模式等相关设置。 (3) 操作设置:主要内容有:通讯数据格式、时序初始化、IP地址、发送祯等相关设置。

3 结束语

针对现场控制的网络化时代的需求。设计了基于Q系列PLC的三层网络结构。网络结构主要包括:设备层、控制层、监控层, 通过三层网络间的通信实现系统的整体控制。未来的工作将针对发展迅猛的手机APP应用, 实现通过手机完成系统的操作以及远程监控等。

参考文献

[1]熊新民.自动控制原理与系统[M].北京:电子工业出版社, 2003.

[2]满永奎.三菱Q系列PLC原理与应用设计[M].北京:机械工业出版社, 2010.

[3]王俊明, 苏记华, 薄昌盛, 等.基于PLC和CC-Link总线的工业机器人控制的实现[J].自动化技术与应用, 2013, 32 (7) .

Q系列PLC 篇4

随着印刷行业的快速发展,凹印机的生产速度与印刷精度要求也逐步提高,依靠传统的电气控制技术很难实现生产出高质量的印刷产品,为适应印刷行业发展的需求,凹印机的控制系统不断趋向数字化、智能化和网络化发展,尽可能应用高精度、高动态响应和高稳定性的控制系统,使复杂的印刷工艺控制变得简单精确,并且越来越多的机械传动和执行机构也由电气控制系统所取代。当凹印机的印刷单元、牵引单元和模切单元等发展成为独立的伺服电机驱动方式控制时称为电子轴凹印机[1]。电子轴凹印机控制系统主要由大型PLC、伺服控制系统、现场总线、套准系统和人机界面等组成。大型PLC具有功能强、可靠性高、使用灵活方便的特点,能够实现多重任务的复杂控制功能,适应灵活多变的生产控制要求。目前国内外有多种品牌的大型PLC应用于电子轴凹印机,三菱公司的Q系列PLC是其中常用的一种。

2 电子轴凹印机的印刷工艺流程

电子轴凹印机印刷工艺流程如图1所示,卷筒纸从开卷机离开后送到除尘装置,为纸张的上下表面进行除尘作业,接着进行前张力控制,用以控制印刷前端的纸张张力,并与后张力控制系统构成闭环的印刷张力控制,使多色印刷单元区域内部的张力始终保持相对的稳定,在前纠偏控制系统区域,通过纠偏控制使纸张在进入印刷之前横向位置保持相对稳定。经过前端的多道工序控制后,纸张输送到印刷单元开始进行多色印刷,每组印刷单元包含上墨系统、印版、套准系统、补偿系统、烘干和冷却系统等组成部分,完成油墨的上墨和转移、纸张的烘干与冷却、颜色叠加的套准控制[2]等工序,直到完成所有规定的文字图案印刷任务;印刷后的纸张进行后张力控制和后纠偏控制,使纸张在进入模切之前保持张力和横向位置的相对稳定,最后进入模切控制系统,分别完成压凹凸、压痕和模切任务,生产出印刷成品,至此,完成电子轴凹印机的整个印刷生产工艺流程。

电子轴凹印机的工艺流程由许多电子轴共同完成,控制的关键在于实现多电子轴之间的速度同步及相对位置的恒定,因此必须采用高性能的大型P L C作为控制核心。

3 三菱Q系列PLC在电子轴凹印机的应用

3.1 三菱Q系列PLC

三菱Q系列PLC[3]采用模块化结构,主要由主基板(Q 3 1 2 B)、电源模块(Q 6 1 P-A 1)、高性能的模块(Q02HCPU)、MELSECHET/H模块(QJ71BR11)、CC-Link模块(QJ61BT11N)、输入模块(QX41)、输出模块(QY41P)、串行通讯模块(QJ71C24N)等模块构成,此外可以通过扩展基板的方式来扩展I/O的数量,增加需要的特殊功能模块。

3.2 电子轴凹印机控制系统

以国内某型的电子轴凹印机为例,控制系统主要由Q系列PLC、伺服控制器、伺服驱动器、检测电路、套准系统、CC-Link现场总线[4]和人机界面等组成。

控制系统如图2所示,首先操作人员在人机界面设定生产的相关数据,如印版的版幅周长、前后张力的数值和机器稳定运行速度等等,这些数据传送到Q系列PLC,作为运算和执行的基准参数。Q系列P L C通过CC-Link现场总线把各种运行指令和控制指令传输到所有的伺服控制器,伺服控制器给伺服驱动器发出指令,控制各自的伺服电机完成相位、速度、单/联动、启停等运动动作,同时通过各个检测装置把机器的瞬时状态参数由CC-Link现场总线反馈回到Q系列PLC,Q系列PLC再根据反馈回的信息发送下一步的控制指令,周而复始完成机器的闭环控制。

电子轴凹印机最重要的控制要求是实现精确的同步和多种颜色之间的叠加套准印刷。Q系列PLC根据生产要求生成一个虚拟主轴,作为整机协调统一运动的基准,按虚拟主轴的要求把位置及速度指令信号传送到CC-Link现场总线上,伺服控制器接收到位置和速度指令信号,由伺服驱动器驱动相应的伺服电机进行位置同步运行,从而实现整机高精度的同步控制;在套准控制时,套准系统的光电眼对印刷的光标进行检测,并把实时的检测数据传送到套准系统控制器,当某个颜色的印刷套准的误差值偏离允许的范围时,套准系统给出纠正指令给Q系列P L C,由相应的伺服电机完成纠偏动作,最终实现高精度的套准控制。

3.3 软件设计

在电子轴凹印机控制系统中,控制系统程序设计主要完成参数设置、系统检测、印刷单元运行、同步调节、套准控制和干燥风机运行等任务,程序设计流程如图3所示。系统通电后,先进行参数设置,系统自动检测完成后发送运行信号到上位机,并启动印刷预备系统,选择调节方式,然后通过滚筒速度、纸张张力和位置检测实现印刷同步调节,同步调节完成后启动干燥风机开始印刷,同时对套准系统发出信号,实现印刷过程的套准控制。

3.4 QPLC的I/O地址分配

3.5 部分程序

(1)主程序

(2)1#印刷单元运行程序

4 应用效果

Q系列PLC在电子轴凹印机的应用,大大提高了印刷设备的性能,真正实现各电子轴之间的同步及相对位置的精确控制。控制系统与各电子轴之间运用高速的CC-Link现场总线进行数据传输,如命令参数、反馈参数、伺服增益参数、报警、错误代码等大量有关伺服控制系统的信息,数据传输速率高,同时保证数据的严格同步实时传输。系统的闭环设计和快速响应能力使设备在高速运转状态下作出高精度的定位控制。通过控制系统的监测诊断功能,能够监测到任意一个与电子轴相连的印版,分析印刷过程中的负载情况,实现了自动化控制。对于电子轴凹印机最关键的套准精度控制指标方面,由于伺服电机每转动一周编码器产生几十至上百万个脉冲,因此控制系统对所有印版的相对位置的控制量可以达到4000次/秒,位置转换的精度极高,便于实施高精度的套准控制。

5 结束语

Q系列PLC在电子轴凹印机控制系统应用后,很容易完成电子轴之间的速度同步,实现开车起步和停车过程中按指令同步升降速,而电子轴之间速度的同步和纸张张力的均匀,使整机的运动控制更加稳定可靠;同时控制系统能实现印刷单元多个电子轴之间的精确套色印刷,系统配置灵活,容易扩展。因此,电子轴凹印机的精度、速度等关键性能得到显著提升,生产的安排和产质量控制更容易,设备的维护和故障的排除更方便。

参考文献

[1]唐苏亚.无轴传动技术在凹版印刷机中的应用[J].微电机.2006,39(6):69-71.

[2]杨霖,等.欧姆龙运动控制器在多轴套色印刷机中的应用[J].国内外机电一体化技术.2009,(5):21-23.

[3]满永奎,等.三菱Q系列PLC原理与应用设计[M].北京:机械工业出版社出版.2010,1.