EC20系列PLC在染缸自動控制系統中的應用

一 工藝簡介
　　染缸系統用于為布料著色，通過調節溫度，壓力，和顏料的流量形成一定的工藝條件，在相對穩定水位、壓力、溫度條件下對布料進行染色。系統屬于全電腦控制，對各個控制量均實現閉環控制，根據反饋實時調節補償，以達到穩定的控制效果。
　　用戶對于每種染色工藝的要求不同，要求程序按照功能進行模塊式劃分，可以根據需求在上位機中靈活調用，組成一個工藝方案。

二．電氣技術方案
2.1 系統組成
　　根據客戶需求，結合當前工控技術的最新技術和產品，設計采用的電氣技術方案如下。
　　上位機采用工業平板PC機。PC機與PLC以RS232方式通信，上位機開發平臺采用Wonderware Intouch 9.5版組態軟件，可實現對整機運行工作情況的監控和歷史紀錄數據的保存。
　　在可編程控制器（PLC）方面，選擇業內領先的艾默生PLC作為核心控制器，采用MODBUS通訊協議，與艾默生變頻器通過RS485總線通訊控制方式實現傳動控制，并可與流量傳感器通訊。根據系統要求，這些PLC分配在三個控制箱中。主控制箱中1臺PLC配置為MODBUS主站，由主站對全部從站PLC、變頻器、流量傳感器進行監控；上位機通過主站來進行系統監控。
　　變頻器選型采用艾默生TD3000系列和SK系列產品。 TD3000系列變頻器是高品質、多功能、低噪音的矢量控制通用變頻器；SK系列變頻器具有體積小巧、操作簡便、功能實用、寬輸出頻率和低噪音等優點。
　　文本顯示器采用無錫匯聯SLIAN文本顯示操作屏。
2.2 電氣系統結構圖

圖中粗黑線表示的是MODBUS總線。
電氣系統結構圖說明
　　1、PC作為系統的上位機通過串口與主控制箱的PLC主站模塊的通訊口0連接，采用RS232通訊實現對PLC數據的采集和控制。
　　2、系統主干通訊網絡采用MODBUS協議。
　　3、系統分為三個控制箱：主控制箱、機身控制箱、機身電磁閥接線盒。系統需要配置5個PLC主模塊，以MODBUS總線協議進行通訊。主控制箱內有3個PLC主模塊，其中第1個主模塊配置為MODBUS主站。機身控制箱和機身電磁閥接線盒分別各配置1個PLC主模塊。
　　4、主控制箱的主站PLC采用EC20-2012BTA主模塊（晶體管輸出），擴展了2個EC20-4PT模塊（溫度測量）、2個EC20-4AD模塊（4-20mA模擬量測量）；主控制箱的從站PLC采用2個EC20-2012BTA主模塊（晶體管輸出）。
　　5、機身控制箱從站PLC采用EC20-2012BRA主模塊（繼電器輸出），擴展了1個EC20-4AD模塊（0-10VDC模擬量測量）。控制箱應留出未來擴展的空間，以便將來增加擴展模塊。該控制箱上安裝1個無錫匯聯SLIAN的文本顯示屏，通訊線與PLC的通訊口0連接（RS-232）。
　　6、機身電磁閥接線盒從站PLC采用EC20-3232BRA主模塊（繼電器輸出）。
　　7、5個比例閥分別由主控制箱的3個PLC主模塊進行控制。每個PLC主模塊可控制2個比例閥。
　　8、4臺變頻器和2個流量計都作為MODBUS從站，由主控制箱主站PLC進行監控。
2.3工作原理說明
　　人機交互通過PC實現，PC可以實時監控整個系統的工作運行狀態、動作過程及故障報警、實時曲線描繪和保存歷史數據等，同時可發送各種操作命令給PLC以控制系統的運行。　　

　　在主站PLC與PC、從站PLC、變頻器和流量計儀表通訊方面，EC20 PLC充分利用自身的優勢，由于EC20 PLC本身帶有2個串行通信口（1個RS232口，集成自由協議/編程協議/MODBUS從站協議，1個RS232/485口，集成自由協議/MODBUS主站/從站協議），EC20 PLC利用COM0口和PC進行通信（EC20 PLC做從站，設置成MODBUS從站協議），利用COM1和多臺從站PLC、變頻器和流量計儀表組成網絡進行集中控制（EC20 PLC的COM1設置成MODBUS主站協議）。
　　艾默生變頻器自帶RS485接口的通訊單元，用于實現PLC與多臺變頻器的聯網。對變頻器的所有控制都通過RS485通訊鏈路來完成，可省去變頻器的外部起停控制線路。
　　5個比例閥控制器均由步進電機及放大器組成，由主站PLC及2個從站PLC通過高速脈沖輸出口來進行控制。
　　流量計儀表具有MODBUS協議，可由主站PLC通過MODBUS網絡訪問和監控。另外，流量計具有脈沖計數和頻率輸出，可用于計量，作為備用方案。脈沖輸出可以接入到EC20的高速輸入通道。

三．PLC邏輯控制
　　此次編程采用順序功能圖（Sequential Function Chart），利用順序功能圖的過程劃分和步驟間轉換功能。可將程序段進行模塊化自由組合。
　　由于順序功能圖編程具有直觀和流程化的特點，分解后的每一步驟和每個轉換條件都為相對簡單的程序過程，在順序控制領域應用比較廣泛。
3.1 模塊化的分解與實現
　　染布工藝經過長時間的積累，已經形成一套相對固定的工藝流程。但是隨著布料種類、染料種類和印染要求的不同，會在原有流程上進行一定的增加、刪減或者參數的改變，因此需要將整個印染工藝分解為若干個小模塊以實現這一功能。
　　經過對印染工藝的了解，現將整體工藝拆分為如下功能塊：

　　模塊功能的實現應用順序功能圖流程的概念。在一個關聯且封閉的順序流程中，每一時刻只有一個步驟在運行，且各流程間互不干擾。而工藝模塊的劃分也正是本著一個模塊內的工藝順序執行、各個模塊間的工藝盡量獨立這一原則。因此，一個模塊對應一個流程即可。
3.2 自由式組合編程的實現
　　工藝要求能夠自由的對功能模塊進行順序組合和重組，而PLC的程序是通過軟件將PC中的內容寫入到PLC固件中的，因此一經寫入就不再可以更改，程序的執行完全按照預定流程。于是我們通過與上位機的配合，再結合順序功能圖的特點，來實現自由編程的，其原理如下圖：

　　在上位機中對各個功能模塊進行組合，通過組態軟件將這些模塊所對應的流程的起始步進號存儲到一個配方列表中。上位機PC發送配方當前的步進號給PLC，PLC接收到后啟動該步進對應的流程，并在流程的最后置位某固定的完成標志，發送給上位機。PC收到完成標志后，配方的步進號向下傳遞并再發送，如此實現自由組合編程。

四 小結
　　通過模塊化的編程與PLC雙通信口的功能，把一個中型機的功能在小型機上就輕易實現了，實現了染缸工藝要求的全部功能，并降低了客戶的成本。