三菱Q系列PLC

三菱Q系列PLC（精选九篇）

三菱Q系列PLC 篇1

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.

三菱FX系列PLC简介及型号说明 篇2

FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC产品。其中FX2是1991年推出的产品，FX0是在FX2之后推出的超小型PLC，近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有较高的性能价格比，应用广泛。它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构。

一、FX系列PLC型号的说明

FX系列PLC型号的含义如下：

其中系列名称：如0、2、0S、1S、ON、1N、2N、2NC等

单元类型：M──基本单元

E──输入输出混合扩展单元

Ex──扩展输入模块

EY──扩展输出模块

输出方式：R──继电器输出

S──晶闸管输出

T──晶体管输出

特殊品种：D──DC电源，DC输出 A1──AC电源，AC（AC100~120V）输入或AC输出模块

H──大电流输出扩展模块 V──立式端子排的扩展模块

C──接插口输入输出方式

F──输入滤波时间常数为1ms的扩展模块

三菱Q系列PLC 篇3

计数器是PLC编程系统中常用的编程元件。在三菱FX2N系列PLC中，计数器分为16位加计数器和32位加，减计数器两种。32位加，减计数器共有35个，编号为C200～C234，由特殊辅助继电器M8200～M8234设定计数状态。当特殊辅助继电器为ON时，对应的计数器为减计数状态，计数器线圈接受一次上升沿信号，计数器当前值减一：反之为加计数状态。这样，在编程时不仅要注意计数信号的产生，还要注意与计数器相对应的特殊辅助继电器的状态，如何灵活地使用加／减计数器进行编程是PLC教学过程中的难点之一。

我们在教学中采取循序渐进的教学方法，以贴近生活的实例激发学生学习兴趣，引导学生由简入繁不断完善控制要求，逐步完成程序。通过程序的编写指导学生初步了解功能指令的基本使用方法并掌握定时器、计数器的综合应用。

一、自动售热饮机控制程序的控制要求

一是可投入1元硬币及0.5元硬币，当累计投币达3元时，足额指示灯L1亮，提示可以购买热饮。此时，按下取饮料按钮，交易成功，开始出饮料，同时足额指示灯闪烁，5秒钟后，停止出饮料，足额指示灯熄灭，交易过程结束，系统恢复待机状态。

二是若累计投币超过三元，则足额指示灯熄灭，超萄指示灯亮，超额状态下，取饮料按钮无效，无法交易。

三是交易完成前，在不足额、足额、超额等状态下均可退币。

四是为调试程序方便，设置手动复位键。

退币方式如下：

按1元退币按钮一次，1元面额硬币退币一次。

长按1元退币按钮3秒后，开始1元面额持续退币，松于按钮后，退币停止。若余额不足1元，则退0.5元。

按0.5元退币按钮一次，0.5元面额硬币退币一次。

长按1元退币按钮3秒后，开始1元面额持续退币，松于按钮后，退币停止。

*注：若要实现超额状态下的购物，需要使用较复杂的功能指令来完成，故本程序暂不涉及，欢迎感兴趣的读者联系交流。退币部分只要求编写计数环节即可，不必考虑输出问题。

二、1/0分配及工作示意图

三、编程过程

为简化编程过程，从最基本的控制要求开始编写，逐步完善程序，直到形成符合控制要求的控制程序。

1、实现双面额投币及足额显示

使用计数器对投币口的信号进行计数，当累计达到3元时引发相应的动作。由控制要求可知：若只投入0.5元硬币，则投入6枚硬币，即计数6时，达到足额；若只投入1元硬币，则投入3枚硬币，即计数3时即可达到足额。题目要求必须能够实现两种硬币的混投，所以我们只能使用一个计数器对两个投币口的信号进行计数。我们注意到只要使投入1元硬币时产生2次计数信号即可实现足额时计数6，刚好与0.5元面额投币相一致，所以，投币部分程序如图3。

图3中，1元投币口的上升沿与下降沿分别产生一个计数信号，即投币一次计数2；0.5元投币口每次投币只产生一个计数信号，即投币一次计数1，无论以何种次序投币，当计数6时即表示投币足额。另，一次投币实现两次计数也可用其他方式(如利用定时器及脉冲信号)实现(见图4)。

足额时，足额指示灯显示可通过下述程序实现：

足额时，计数器C200当前值=预设值，C200触点动作，足额显示Y2得电。

2、购买过程的程序实现

足额状态下方可购买，购买过程中，足额指示灯闪烁，交易完成后，计数器复位，系统恢复待机状态。程序如图5。

足额(Y2)得电状态下，按下购买按钮(X22)，Y3得电，自锁，开始购买。同时利用Y3常开触点实现以下控制(1)对C200进行复位。(2)使定时器T3线圈得电开始计时(3)通过M8013(1秒时钟脉冲)控制Y2闪烁。5秒钟后，T3常闭触电动作，Y3线圈失电，交易结束，系统恢复待机状态。

3、超额的程序实现

足额后继续投币将进入超额状态，超额状态下，足额指示灯熄灭，超额指示灯亮，购买按钮失效。程序如图6所示。

使用比较指令DCMP对C200当前值和常数K6进行比较，比较结果用M6～M8表示。当C200)K6时，M6得电，M6常开触点闭合，Y4线圈得电，超额指示灯亮，同时Y4常闭触点断开，Y2失电。

4、单枚退币的程序实现

与投币类似，要求退1元面额硬币时计数器当前值减2，退0.5元面额硬币时计数器当前值减1，计数器当前值减为0后，退币键失效。程序如图7所示。

使用比较指令DCMP对C200当前值和常数KO进行比较，比较结果用MO表示。当C200>KO时MO得电，常开触点闭合，保证减计数信号可传送到C200线圈。

特殊辅助继电器M8200使用X24、X25、M21的常开触点控制，保证退币时M8200处于得电状态，计数器C200减计数。M21常开触点是为了保证M22下降沿时仍能减计数。

5、连续退币的程序实现

对上述单枚退币程序稍作修改即可得连续退币程序如图8所示。

按下退币按钮超过3秒钟，则开始自动退币，松开按钮或余额为0时，停止退币。

以上分步对控制要求进行了程序实现，整合后完整程序如图9所示。

本例虽与实际购物机控制功能仍有差距，但较为完善的表现了计数器指令与其他指令的综合应用，有助于学生深入理解本课题内容。

三菱Q系列PLC 篇4

关键词：制造业信息化,MES系统,iQ平台

本文所述基于三菱Q系列MES接口模块和i Q平台的工厂MES系统,其基本功能是生产计划与排产管理、生产过程控制管理、数据采集、质量管理、物料追踪、资源管理、统计过程控制、统计分析[1]。

质量管理是MES系统的主要功能之一。为了配合现代企业全面质量管理的进程,MES系统设计有相应的售后(出厂)质量管理接口,可与CRM(Customer Relationship Management)或其他售后服务管理软件联结,对成品出厂后的销售和服务过程中质量相关问题进行有效管理,实现售后服务过程中的质量问题的根源追溯,将质量管理贯穿于产品的整个生命周期。MES财务系统安全性高,有完善的权限设置和安全日志,记录每个用户的重要行为的操作记录。MES系统提供标准的用户界面,进行信息管理、参数设置、问题查询、数据维护等功能。MES条码管理系统在生产线的实际应用,生产过程的管理是一个企业的灵魂,企业产品的好坏主要取决于生产过程的管理和控制。

1 MES系统结构框图

i Q平台是三菱电机的FA整合概念(integrated/improved Quality(高品质)/intellgent&Quick(高性能、高速)/innovation&Quest(创新、探索))。MES(制造业执行系统)和i Q平台构成一个完整的工厂资源管理系统。从工厂生产线生产到工厂最高层管理,MES系统实现信息资源共享,并从各个阶段的信息反馈来调节各环节的运行策略,从客户和市场反馈信息来调整生产计划。

该MES系统的结构框图如图1所示。

2 MES系统硬件组成

该MES系统的硬件主要由工厂总服务器、各部门管理器、个人计算机、工程环境、控制器和HMI、网络工程、MES(制造业执行系统)、ERP(企业资源管理系统)等组成。

工程环境由MELSOFT、顺序编程软件、运动控制器编程软件、人机界面(GOT)绘图软件组成。控制器和HMI由PLC、运动控制器、面向流水线CNC、机器人控制器、GOT等组成。网络工程由CC-Link IE,MELSNET、SSNET、CC-Link,CC-Link/LT组成。MES(制造业执行系统)三菱公司有一专用模块QJ71MES96[2]。

图2为使用MES接口模块时的总体系统配置。此系统是把整个车间设备用以太网连接起来,通过MES接口模块和服务器对整个生产进行管理,把其他公司的反馈信息存进数据库,管理者可通过数据库信息来调整和计划现场生产。同样可以随时查看车间生产状况,整个生产车间和生产管理、生产计划、生产调度、采购、销售等形成一个闭环系统。

3 MES系统软件组成

该MES系统的软件是在i Q平台上开发出来的,是把顺序控制编程软件、运动控制编程软件和GOT编程软件兼容在一起,针对程序的部件化以及可再用性、操作进行规范统一和数据的统一管理。MES接口模块专用软件MX MESintorface,用于将各执行软件安装到各自的运行环境下的软件,包括“信息链接功能设置工具”、“DB链接服务”和“DB链接服务设置工具”。信息链接功能设置工具是安装设置工具在个人计算机中,对MES接口模块的信息链接功能进行各种必要设置的软件。除了信息链接功能的设置以外,还可以进行信息链接功能的运行状态、运行历史记录的确认以及信息链接功能的运行、停止等功能的各种操作。DB链接服务是安装在服务器用于个人计算机中,链接数据库及MES接口模块的软件。DB链接服务设置工具是安装在服务器用于个人计算机中,对“DB链接服务”的设置内容进行更改的软件。

4 MES系统运行环境

MES接口模块和MX MES intorface软件的运行环境,要求硬盘空余容量64MB以上,CD-ROM驱动器,显示器分辨率1024×768象素以上,基本软件Windows2000以上,具有以太网接口。用于服务器时要求使用DB链接功能时的关键数据库Oracle8i以上,使用同步功能时STNP服务器[2]。

该工厂制造业MES系统是基于MES接口模块和i Q平台一体的整合系统,为了开发各个阶段的所必需的功能,设计了能将各种不同的项目于一处执行管理的工作区域树形结构,以及用图形来表述整个系统的系统结构图。编程时为了减少操作次数,在GOT中也能够使用PLC或运动控制器中所使用的标签,由此来解决设备分配变更时的繁琐。安装调试时,为缩短故障发生时确定原因的时间,设计了以系统结构图为基准的多监控功能,使多个机器相关联部分的调整时间也得以缩短。为了减少在备份上浪费时间,提供了PLC、运动控制器、GOT全部读出/写入功能,同时通过履历管理功能还能够执行备份数据的版本管理。

5 结束语

随着工厂企业的高速发展,有很多行业已经应用了MES管理系统,尤其在汽车制造业和钢铁制造业。但是,要建立工厂MES系统需要更多的资金投入,需要MES方面的管理人员和工程人员。该系统是建立在以三菱Q系列MES模块和i Q平台整合系统的基础之上的,因此要求工厂和车间所有控制系统兼容。

参考文献

[1]GB/Z18728-2002.制造业企业资源计划(ERP)系统功能结构技术规范.国家质量监督检验检疫总局,2002.

[2]MES接口模块用户手册.MITSUBISHI公司.

[3]QCPU/QnCPU编程手册.MITSUBISHI公司.

[4]白慧杰.一种新型的剪板机——立式剪板机.锻压装备与制造技术,2011,46(5):16-17.

三菱Q系列PLC 篇5

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。

三菱Q系列PLC 篇6

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) .

三菱Q系列PLC 篇7

笔者受托为一家食品公司改造一台食品加工设备 (由该公司机修师傅协助, 本人主要负责电气控制方面) 。该设备是一台进口二手的三柱塞泵高压均质乳化机, 机器的铭牌及电气控制线路部分在购进前已被拆除。由于最初只采用接触器、继电器对电控线路进行简单的控制, 所以须频繁维修更换器件, 而对该机原有的多个自动控制及保护设施闲置或不予配套, 经常由于缺水、缺油、超压或压力不够等造成精密元件的损坏或加工质量下降, 从而降低了生产效率, 笔者经过对该机的控制要求进行全面的分析及听取厂方的意见之后, 提议有必要用PLC对其控制线路进行改造, 得到了厂家的支持, 最后在机修师傅的配合下对此设备改造成功。

1高压均质乳化机的电气控制分析

高压均质乳化机是食品加工过程中不可缺少的重要设备。它的主要功能有: (1) 进行油和水的混合, 获得稳定的油包水型或水包油型乳化液; (2) 对固体颗粒超细粉碎, 获得稳定的分散体溶液; (3) 对大肠杆菌、酵母菌、细胞进行破碎, 提取其细胞内酶、蛋白质等活性产物。

它的主要部件是三柱柱塞泵, 由高低压两级均质阀体组成。需要粉碎乳化的物料, 通过柱塞的往复运动, 先将物料吸入泵体, 然后依次压入高低压两级阀体。物料在高压腔内, 通过每秒约300 m的高速撞击作用、压差悬殊的空穴作用和高速流动时的剪切作用下, 使原始物料的颗粒得以充分细化 (它们的直径在0.01~2μm范围内) , 然后物料立即又在低压腔内得以充分乳化[1]。参见图1, 简单了解了高压均质机的功能及工作原理后, 来对该设备各方面进行分析。

(1) 设备简介

该设备由供料部分和均质部分组成, 供料部分是一台内部装有S型叶片封闭式搅拌机, 该搅拌机可正反向运转。正转时搅拌, 反转时给原料桶加料。该搅拌机由一台3 k W电动机带动, 从搅拌机中出来的原料进入原料桶, 然后经过输料管进入均质机, 输料管上安装了一个电磁阀, 作进料控制。料桶上下各有一个液位开关用来监视料桶中原料 (图1为改造后的结构) 。

均质部分是由一台37 k W电动机通过一比一的皮带轮 (皮带轮直径450毫米) 带动一台减速箱 (输入与输出速度比为30/1) 和一台齿轮油泵, 减速箱再带动柱塞泵对物料均质, 油泵为整机提供润滑油。润滑油管上安装一个油压传感器, 用以检测油压。在柱塞泵上安装有进出水口, 通过水流为柱塞泵降温, 冷却水管上安装有一个水流传感器, 用以检测水流。在柱塞泵旁边安装了一个电磁阀, 用以在停机时卸放高压腔内的压力, 在柱塞泵上还安装了一块压力表, 用以监视压力。

该机原本是采用传统的继电-接触器控制, 均质机电动机M1由KM1、KMY、KM△接触器控制, 采用星三角降压启动, 单向运转, 热继电器FR1进行过载保护。由两个电磁阀YV1、YV2分别控制料桶进料和停机卸压, 搅拌器电动机M3由KM3、KM4接触器控制直接启动, 正反向运转, 热继电器FR3进行过载保护。该机原有的齿轮油泵已损坏, 现单独用一台油泵, 油泵电动机M2由KM2接触器控制, 热继电器FR2进行过载保护。冷却水用自来水, 水流传感器和油压传感器原均未使用。由于原来三台电动机相互不关联, 当油泵电动机M2出现过载保护时, 均质机电动机M1还继续运行, 这样会对设备运行的安全性以及生产工艺质量造成影响。还有由于液位开关只是用到的SQ1和SQ3, 所以当显示缺料时只能手动控制加料, 这样带来了操作方面的不便。另外, 由于缺水、缺油、超压或压力不够时, 没有对该机进行保护造成精密元件的损坏或加工质量下降也时常发生。

(2) 新增控制要求

1) 料桶中物料能自动控制, 满桶时搅拌机正转搅拌, 低于某一位置时搅拌机反转为料桶加料。

2) 均质机出现缺水、缺油、缺料任意一种情况时, 都不能运行, 如在运行时出现缺水、缺油、缺料要求能自动停机。

3) 当缺水、缺油、缺料时均质电动机切换△时便立即停车, 均质电动机不能继续运转, 直到故障排除。

4) 均质机的压力要求控制在一定的范围内以保证产品质量 (细化) 。同时为保证设备安全, 必须限制最高压力。

5) 出现故障时, 要有明确的故障指示。

6) 要求有急停按钮, 紧急状态时按下急停按钮, 全机必须立即停车。

(3) 电气改造

根据设备运行控制要求, 对该机的电气控制线路进行全面改造。

1) 根据输入输出要求, 选用三菱FX2N—32MR型可编程序控制器作主控制器。

2) 由于控制均质电动机的接触器吸合电流太大, 不宜用PLC的输出继电器直接控制KM1、KMY、KM△, 所以用继电器KA1、KA2、KA3作为过渡控制, 如图2所示。

3) 利用原有水流传感器和油压传感器监视水流和油压, 保证设备安全。

4) 为了确保安全生产, 该机已装上了溢流阀配合原有的压力表, 用以检测均质机高压腔内压力, 同时限制最高压力 (由机修师傅负责) 。

5) 在减速箱的主动轮旁边安装一个接近开关, 其型号为TL-Q5MB1 (PNP) , 用以检测主轴转速 (变速箱的主动轮轮毂为三柱式, 其转一周接近开关将提供三个脉冲) , 保证主轴转速就能保证压力在正常范围内从而确保产品质量[2]。

6) 料桶原有两个液位开关, 再增加一个, 且重新调整开关位置, 用来检测原料的多少, 控制搅拌器正反转, 确保料桶不缺料 (图1所示) 。

7) 设有缺水、缺油、低速 (低压) 、缺料、均质电动机过载、油泵过载、搅拌机过载等七个故障指示灯作故障指示 (用原热继电器作过载保护) 。

2改造后的控制流程

(1) 启动

合上电源开关, 开启冷却水阀门, HL1 (缺水) 故障指示灯熄灭。

按下SB0 (X0) , 搅拌机M3正转, 使原料充分混合均匀。10分钟后, M3反转向料桶中注料。当满料开关SQ3 (X17) 接通后, 搅拌机M3又正转搅拌, 直到SQ2 (X16) 复位, M3再次反转向料桶中注料。满料的同时, 润滑油泵电动机M2启动。按下SB1 (X1) , 均质电动机M1 Y型启动, 卸压电磁阀YV2 (Y4) 得电关闭, 柱塞泵内压力开始上升。6秒后, 电动机M1断开Y接中性点惯性运转, 0.5秒熄弧后, 电动机M1△型运转。2秒后, 进料电磁阀YV1 (Y3) 得电进料加工。

(2) 停止

按下停止按钮SB2 (X2) , 搅拌机电动机M3立即停车, 均质电动机M1继续运行, 料桶中的原料逐渐减少, 当原料低于缺料开关SQ1后, 全机停止运转。

(3) 急停

当需要紧急停车时, 按下急停按钮SB3 (X3) , 整机停止运转, 直到复位急停按钮SB3 (X3) , 方可重新启动。

(4) 保护措施

当系统出现缺水、缺油、缺料、低速、均质电动机过载或油泵电机过载等任一故障时, 对应的故障指示灯亮, 同时KA1 (KM1) 、KA2 (KM△) 、YV1、YV2复位, 均质电动机停车, 卸压电磁阀打开, 进料电磁阀关闭。

另外当搅拌机过载时, 搅拌机立即停车, 均质电动机继续运行, 直到料桶缺料, 均质电动机才会停车。

3程序设计

(1) 输入、输出分配如表1。

(2) PLC程序设计 (部分) :

(3) 程序简述

1~15步为故障指示 (开机前应先打开冷却水阀门, 输入继电器X11动作, 故障指示灯Y11熄灭) 。

16~24步为缺水、缺油、低速、均质机过载、缺料、油泵过载保护, 当均质机电动机M1△型运转时, Y2置1, 故障出现时, 对应输入继电器动作, 辅助继电器M20置1, Y0~Y4复位, 均质电动机停车。

25~26步为搅拌机电动机M3过载保护, 当搅拌机电动机M3过载时, 辅助继电器M30置1, 搅拌机无论正反转都停车。

27~80步为搅拌机电动机M3正反转自动控制, 按下SB0 (X0) , 辅助继电器得电吸合, 同时Y6得电搅拌机正转, T0开始延时, 10分钟后正转停止, T1开始延时熄弧, 2秒后Y7得电, 搅拌机反转为料桶供料。当料桶中的原料超过缺料开关SQ1时, 输入继电器X15动作, 故障指示灯Y15熄灭。当料桶中的原料超过满料开关SQ3时, 输入继电器X17动作, 搅拌机反转停止, T3开始延时熄弧, 2秒后Y6得电搅拌机正转。

81~88步SQ3 (X17) 动作的同时Y5得电, 油泵电动机M2工作, 输入继电器X12动作, 故障指示灯Y12熄灭。

89~122步为均质机电动机M1启动过程。到88步时所有故障灯都已熄灭, 此时按下SB1 (X1) , Y0、Y1、Y4得电均质机电动机M1Y型启动, 卸压电磁阀关闭, 同时T4开始延时, 6秒后Y1失电, 断开Y接中性点惯性运转, T5开始延时熄弧, 0.5秒后Y2得电, 均质机电动机M1△型运转, T6开始延时, 2秒后Y3得电, 进料电磁阀打开。

123~155步为减速箱主轴速度检测, 当输入继电器X13检测到的脉冲少于每分钟4200个时, 辅助继电器M10、M20置1, 149步Y0~Y4复位, 均质电动机停车。

156~173步为急停和复位。当输入继电器X3闭合, 复位Y0~Y7, 设备停止运行。当Y2失电后, 复位辅助继电器, 为下一次启动作准备。

4结束语

该机未改造之前是由传统的继电器控制, 只有料桶满料自动正转功能, 另设有缺料、满料指示, 除过载保护外没有任何保护措施, 经常出现因缺料、缺油造成设备故障;因缺水柱塞泵体过热, 皮带磨损主轴转速下降等原因引起的产品质量下降, 生产效率较低。用PLC改造后的高压均质机通过一段时间的运行, 结果令人满意。不但实现了自动控制, 而且由于接线简单, 故障率大大降低, 同时减小设备操作人员的劳动强度。由于保护措施的设置, 至今设备未发生故障, 生产效率明显提高。

比较PLC控制和传统的继电器控制, PLC具有可靠性高, 安全性好, 故障率低等优点, 在充分了解生产工艺的基础上用PLC对生产设备进行控制, 对提高生产效率和经济效益是传统的继电器控制方式所不可比拟的。

由于受现场条件和设备条件的限制, 有些地方不近人意, 如对冷却水的控制及均质机超压保护, 也可以用PLC进行自动控制, 此设计待补充。

参考文献

[1]雒亚洲, 鲁永强, 王文磊.高压均质机的原理及应用[J].中国乳品工业, 2007, 35 (10) :55-58.

三菱Q系列PLC 篇8

PLC是可编程序的逻辑控制器((Programmable Logical Controller)的简称,自1969年问世以来,目前已广泛应用到电子、纺织、印刷、食品加工、建筑等生产领域的自动控制[1]。本设计以三菱FX2N-32MR型PLC作为智能核心元件,以水塔(高位水池)中水位的维持为目标,实现两台供水泵的自动控制系统,具有造价低廉运行可靠的特点,能广泛应用在工农业生产及城镇供水工程中。

1 控制方案设计

如图1所示,供水工程如果选用两台水泵,必然存在两台水泵的分工问题。在供水能力上单泵应能承担用户设计用水流量的要求,两台泵合力应该能承担用户用水峰值的要求[2]。在工作方式上的一般分工是一台工作,一台备用,当然也可以同时工作或同时备用。

详细设计方案如下:

(1)水泵具有“手动”、“自动工作”、“自动备用”和“停止”四种工作状态,状态的切换由四位万能转换开关实现[3,4]。

(2)“手动”工作状态应用于供水系统设备安装检修完成、或水位信号采集回路故障时,由运行管理人员现场手动操作启动、停止按钮实现水泵运行的人工控制。

(3)水塔中设置“公共”、“高水位”、“低水位”、“过低水位”等四个水位电极以采集自动控制信号。

(4)水泵处于“自动工作”状态时,其工作范围为“低水位”至“高水位”之间。即水塔中水位低于“低水位”时自动启动运行抽水,水位上升到“高水位”时自动停止运行,如此自动反复运行,以实现无人值守的智能控制。

(5水泵处于“自动备用”状态时,其工作范围为“过低水位”至“高水位”之间。当出现用水高峰时“自动工作”状态的一台水泵无法满足用水量的需求时,虽然工作泵在“低水位”自动启动运行,但水塔中水位因为供水量小于用水量而继续降低,当水塔水位持续降低到低于“过低水位”时,备用泵自动启动抽水,水塔水位在工作、备用两台水泵供水的情况下逐渐升到“高水位”,两台水泵同时停止运行,如此自动反复运行,以实现无人值守的智能控制。

(6)“停止”工作状态用于当供水系统检修、或较长时间停止运行时应用,也作为紧急情况下人为停机开关之用。

(7)在主电路中装置低压断路器(自动空气开关)作为水泵电机主电路的短路保护,也作为紧急情况的急停开关。

(8)在主电路交流接触器后串接热继电器,作为水泵电机的过载保护。

(9)设置必要的信号装置。每台水泵机组设置一组红、绿信号灯,作为水泵机组运行、停止状态信号。设置一组黄色电源指示灯,通过万能转换开关监视三相电源,作为缺相监视。

2 主电路设计

根据控制方案,系统控制主电路设计如图1所示。两台水泵电机M1、M2为控制对象,低压断路器QF1起总电源开关和短路保护作用。交流接触器KM1、KM2为自动控制信号的执行设备,起到控制水泵电机电源的通断作用。热继电器FR1、FR2分别作为两台水泵电机的过载保护。三位转换开关SA1和黄色信号灯HY组合装置在低压断路器QF1之前,用于电源指示监视、运行前或故障排除过程中的缺相检查。

3 水位电极布设与水位信号识别

根据设计方案,水塔中水位电极的布设如图2所示,分别设置“公共”、“高水位”、“低水位”、“过低水位”等四个水位电极。“公共”电极接PLC“COM”点,“过低水位”、“低水位”、“高水位”分别接入PLC地址为“X014”、“X015”、“X016”的控制信号输入点[5,6]。

电极布设完成并接入PLC输入点之后,PLC如何识别水位信号既是关键点、又是难点。控制决策既要依据水位电极回路的通断、又要依据水位变化的趋势(是正在上升、还是正在下降)。例如:当水塔中水位处于低水位和高水之间的某水位时,根本无法决策此时水泵此时是在运行状态,还是处在停止状态。但如果此时水位处于下降(或静止),那很显然此时水泵停机,水位随着用户的用水而下降(静止则为用户用水量为零)。因此,在设计水泵电机的PLC控制时首先要解决水位信号的PLC识别问题。本控制任务中,两台水泵电机自动控制工作状态时的设计工况是一台工作、另一台备用,工作泵和备用泵的自动工作情况如图3所示。

对于工作泵来说,当水位低于“低水位”时自动启动,并保持运行直到水位达到“高水位”停止运行。对于备用泵,当水位低于“过低水位”时自动启动,并保持运行直到水位达到“高水位”停止运行。显然,PLC在识别水位时,除了识别“低水位”、“过低水位”、“高水位”,还有个运行状态的过程“保持”问题。三菱FX2N-32MR型PLC的SET(置位)、RST(复位)指令就具备将短信号或阶跃信号转化成长信号的“保持”功能。

根据图2所示水位电极布设、水位信号输入地址,采用如图5所示控制程序中第5、6行及第7、8行程序段,就可以将来至水位电极的水位信号,分别转换成满足图3所要求功能的自动工作泵控制信号和自动备用泵控制信号。

4 PLC控制硬件设计

4.1 I/O地址分配

初步确定使用FX2N型PLC,根据控制要求及FX2N的编程元件,分配输入、输出的I/O地址如下:

输入(IN)地址:

输出(OUT)地址:

4.2 PLC选型

根据地址分配,输入点数15点,输出点数6点,共21点,选用FX2N-32M型PLC,其输入16点、输出16点资源可以满足控制要求[7]。如果考虑输入点仅余1点影响功能扩展的话,也可考虑选用FX2N-64M型PLC。

4.3 I/O接线设计

根据控制方案及地址分配设计I/O接线如图4所示。PLC工作电源及控制电源采用AC220 V,通过控制回路的短路保护作用的单极低压断路器QF2引入,输入端除接入必要的控制操作信号及水位信号外,将两台水泵电机主电路中的过载保护热继电器辅助触点的动合触点接入输入端(图中X012、X013),以便在过载保护动作切断主电路的同时,中断PLC内部程序。

5 控制系统软件设计

PLC控制软件采用梯形图进行编程[8],控制程序如图5所示。

程序图中第1、2行程序段用于将来至1#泵手动启、停按钮SB1、SB2的手动控制短信号转换长信号并置于内部辅助继电器M000,串接高水位电极输入点X014动断触点可实现“手启自停”功能,即手动启动水泵后,如果出现工作人员疏忽大意未能及时手动停止水泵运行情况时,可在水塔中水位达到高水位时自动停止水泵运行,以免出现水塔水满溢出事故。第3、4行程序段为1#泵手动控制信号转换程序段,原理同1#泵。第5、6、7、8行程序段为工作泵、备用泵自动控制信号转换程序段。

第9、10、11行程序段为1#泵自动工作、自动备用及手动控制信号综合并经Y000输出到水泵电机回路交流接触器线圈KM1及运行状态指示红灯HR1,串FR1动合触点输入X012用于过载保护动作时中断输出。X000、X001、X002为万能转换开关SA2的“自动工作”、“自动备用”、“手动”状态指令输入点,如果万能转换开关SLevel Singa A2置于“停止”,则X000、X001、X002都不通,任何控制信号都不会起作用。如果万能转换SA2开关置于“自动工作”位置,则来至M002的自动工作信号起作用控制水泵运行。如果万能转换开关SA2置于“自动备用”位置,则来至M003的自动备用信号起作用控制水泵运行。如果万能转换开关SA2置于“手动工作”位置,则来至M000的手动工作信号起作用控制水泵运行。

第12、13、14行为1#泵准备状态指示灯HG1控制程序段,在万能转换开关SA2置于“自动工作”、“自动备用”、“手动”任一位置、水泵停运及热继电器未动作时,输出信号点亮指示灯HG1。如果电源正常,水泵停运(HR1灭),万能转换开关SA2置于“自动工作”、“自动备用”、“手动”任一位置时指示灯HG1不亮,则说明热继电器动作后未复位。

第15、16、17、18、19、20行为2#泵控制信号综合并输出到交流接触器KM2、信号灯HR2、HG2程序段,原理同1#泵。

6 结束语

该控制系统经过安装调试后,满足控制系统的所有工艺要求,运行工作状态良好,实践证明使用三菱FX2N系列PLC控制两台水泵电机实现自动/手动运行,可完全取代传统继电器控制系统,具有开发周期短,硬件设计简单的优势,广泛用于工业控制、农业灌溉、水塔/水位控制等领域中的水泵电机自动控制系统中。

参考文献

[1]周萌,陈跃东,宋少雷.基于PLC和MCGS的水塔水位监控系统的设计[J].南阳理工学院学报,2013,5(3):11-14.

[2]蒋祥龙,刘文超.基于PLC及组态王水塔液位控制系统[J].伺服控制,2015,10(7):72-74.

[3]刘杰.基于PLC控制的水塔供水系统设计[J].价值工程,2014,8(22):87-89.

[4]邬丽娜.基于PLC的水塔水位控制设计[J].机电产品开发与创新,2007,20(5):171-172.

[5]刘彦齐.基于PLC控制的城市变频恒压供水系统设计[J].通讯世界,2013,20(8):27-28.

[6]宋阳.基于PLC的双恒压供水控制系统设计研究[J].制造业自动化,2012,8(8):138-140.

[7]李克俭,饶满和.水塔水位控制系统的研究与设计[J].广西工学院学报,2006,4(19):76-79.

三菱Q系列PLC 篇9

MR-J2S-A系列的伺服驱动器支持RS422/RS232C串行通信功能, 通过该功能可实现伺服系统的运行控制、参数的修改和监视等功能。三菱FX3U系列PLC可在CPU左侧扩展通信口安装通信模块实现与外部智能设备的串行通行。将FX3U系列PLC与MR-J2S-A进行通信连接, 则可对伺服系统进行非常便利的控制, 当不具备晶体管输出的CPU时, 可通过通信的方式实现对伺服的定位控制;同时在PLC与伺服驱动器的距离较远、传送环境比较复杂、采用高速脉冲输出控制伺服系统将可能出现脉冲信号干扰失真的情况, 通信方式控制伺服系统便有较大优势, 因为FX3U的通信扩展板的通信距离可长达500米, 且具有较强的抗干扰能力, 即降低了远距离控制的成本, 也增加了远程伺服系统控制的可靠性及稳定性。本文针对FX3U与MR-J2S-A伺服驱动器的通信做详细描述。

2. FX3U系列PLC与MR-J2S-A伺服驱动器通信的硬件接线

FX3U系列PLC与MR-J2S-A的伺服驱动器通信的硬件接线如图1所示, 由于FX3U主单元模块不具备扩展通信功能, 故在它的扩展口需接上FX3U-485-BD模块, 与RS485/232模块的485端相连。为实现长距离的通信, 需在485网络的两终端模块中增加110欧的偏置电阻以消除通信电缆中的信号反射, 否则485网络中的数据传输将可能出现混乱, FX3U-485-BD模块内置了采用半双工接线的110欧的偏置电阻和全双工接线的330欧偏置电阻, 可通过模块上的选择拨位开关进行控制。伺服驱动器端通过MR-CP-CATCBL3M电缆与RS485/232模块的232端相连。采用三菱触摸屏GT-1150-QBBD-C对PLC发出控制指令, 实现对伺服系统的运行控制、参数的修改和监视。

3. 三菱FX系列PLC与MR-J2S-A伺服驱动器链接通信

3.1 控制任务

要求FX3UPLC能以通信的方式实现MR-J2S-A伺服系统的运行控制、参数的修改和监视。

3.2 任务分析

和大多数的通信任务解决方案一致, 在配置好硬件, 接线完毕后, 必须先让PLC和伺服驱动器的通信参数设为一致, 然后根据控制任务进行数据格式分析, 最后进行PLC程序的编写和调试。

(1) 通信参数的设定

三菱MR-J2S-A伺服驱动器通信采用的数据帧格式是固定的11位, 其中起始位和停止位各1位, 数据位为8位, 采用偶校验1位, 数据传送时采用ASCII码的方式。除此之外还涉及到的通信参数主要有:通信速度、通信方式选择、通信延迟时间、站号设定和站号协议选择。

其中通信速度、通信方式选择、通信延迟时间均由伺服驱动器的NO.16号参数进行设定, 站号和站号协议选择分别由NO.15和NO.53进行设定。其设定的意义如下图2所示。

本任务将参数设置为:

NO.16=0000 (延时时间不超过800us, 使用RS-232C电缆线通信, 通信速度9600bps)

NO.15=0 (站号设为0号站, 可设定范围:0~31)

NO.53=0000 (有站号通信协议)

FX3UPLC欲能与三菱MR-J2S-A伺服驱动器通信, 应当设置与其对应的通信参数。通过D8120可以对PLC通信参数进行快速设定, 本任务设定D8120=H0087 (数据位长度为8位, 停止位为1位, 偶校验, 波特率为9600bps) 。需要注意的是D8120设定完成后需断电PLC后重启方能起效。

(2) MR-J2S-A伺服驱动器链接通信的数据格式

(1) PLC向伺服驱动器写入参数数据时, 其数据格式如下图3所示。和校验是对通信开始SOH (01H) 和STX (02H) 除外的所有数据进行求和。

对参数的写入指令为84 (ASCII) , 写入参数号范围为00-54, 参数号为16进制, 必须转换成10进制后和参数号对应。如要向0号站伺服驱动器的NO.11 (加速时间常数) 修改为2000ms, 则应该发送数据如图4所示数据。

(2) PLC读取伺服驱动器的参数时, 其数据格式如图5所示。

对参数的读取指令为05 (ASCII) , 读入参数号范围为00-54, 参数号为16进制, 必须转换成10进制后和参数号对应。如0号站伺服驱动器的NO.12 (减速时间常数) 为1500ms, 则对应的发送和接收数据格式如图6所示。

(3) PLC控制伺服系统试运行

PLC控制伺服系统试运行的数据格式与PLC向伺服驱动器写入参数数据的数据格式是一致的, 如图3所示。但流程上会复杂一些, 同时还需做到在运行期间必须保持通信不中断, 否则伺服将减速停止并处于锁定状态。试运行流程如图7所示。

3.3 PLC程序设计

PLC程序设计时, 首先应当对通信参数的所有数据进行初始化, 包括波特率、起始位、停止位、数据长度、奇偶校验等, 而且通信参数设定好后, 若要通信参数设置生效, 必须将PLC断电后重新上电。由于伺服驱动器的通信协议是采用ASCII码的传输方式, 对于十六进制数与ASCII码的转换, 完全可以用“ASC”指令对所需的数据进行转换, 这样就不需要对每一个数据进行一一转换, 既可以提高程序的编写速度, 也可以增加程序的可阅读性与移植性, 美观简便, 实用性强。但有一不足的是, “ASC”指令占用的程序步数相对较大, 过度使用会导致程序扫描周期延长, 对于一些分散不连续的数据, 建议不使用“ASC”指令进行ASCII码的转换, 这种情况下可采用常用的“MOV”指令。本任务完成在触摸屏上按下点动启动后电机以200r/min的速度正转, 按下读取参数按钮, 读取NO.3参数值, 在NO.4输入值并按确定修改NO.4参数的值。PLC程序如图8所示。

4. 结语

使用三菱MR-J2S-A链接通信, 连接PLC和HMI后, 使得系统的控制变得相当直观, 且运行稳定可靠。通信控制伺服系统, 不但可以修改与读取伺服驱动器的参数、点动运行、定位运行、状态显示、读取报警履历、复位报警, 还可以实时修改运行速度等, 最重要的是接线简单, 大大降低了伺服系统的控制成本, 通信参数设定简单, 但程序设计比较复杂, 要求编程者对通信及伺服协议具有较深的理解。

摘要：针对三菱FX3U系列PLC与MR-J2S-A伺服系统的通信方式, 对PLC与伺服通信系统之间的系统构成作了介绍, 详细描述了MR-J2S-A的通信参数设定及分析其通信数据格式, 介绍了MR-J2S-A三菱伺服系统通信控制试运行的流程, 实现了FX3U系列PLC对MR-J2S-A伺服系统通信方式的运行控制、参数的修改和监视等功能。

关键词：MR-J2S-A,FX,PLC,伺服,通信

参考文献

[1]三菱电机.三菱MR-J2S-A使用手册.三菱株式会社, 2003.

[2]李金城.PLC模拟量与通信控制应用实践[M].北京:电子工业出版社, 2011.