摘要：本文論述了PLC在圓網印花機中的應用，詳細論述了以PLC為控制核心的多單元線速度同步方法，以及PLC與單片機的通訊技術。 關鍵詞：圓網印花機 PLC 獨立傳動 同步 單片機 通訊 Abstract: This paper discuess the application experinence of plc in rotary screen printing machine. Describle detaily the method mutil-unit speed synchronization by plc, And Communication between plc and single chip MCU. Key Words: Rotary screen machine Plc Independent transmission Synchronization Single chip MCU Communction 圓網印花機是一種使用圓形鎳網在白色坯布上可連續印制各色圖案專用加工設備，工作原理類似套色印刷機，整機包括進布、主機、烘房、落布這四大部分，主機部分是由主電機經蝸輪蝸桿減速機后帶動一直徑約450毫米（長由1.8米到3米不等）輥子,輥子帶動厚兩毫米多的聚氨脂導帶轉動,由直徑較小的被動輥拉緊導帶,使與輥子導帶間無打滑,導帶在兩輥間形成一平面,坯布被貼緊導帶經由第一色網到最后一色網位而進入烘房將布烘干。只要網子與導帶嚴格同步，且網子間任意時刻相位沒有誤差，則可以在高速運動中（最高速為120米/分）嚴格保持0.1毫米的印花精度（這也是印花導帶的最高精度）。與數控技術在機床中應用一樣，先進的圓網印花機用網頭單電機驅動技術淘汰了落后的機械減速箱長軸傳動的方式，克服了原機械傳動間隙和磨損對印花的影響。與數控加工技術相比，他是一種高速高精度同步技術，升降速不能有明顯的速度和位置誤差。而不能象數控那樣有時需降低進給速度來保證較小的誤差。全伺服圓網印花機是指主電機與網頭獨立傳動電機均采用伺服電機，而進、出布電機是采用變頻電機拖動。 德高的圓網印花機電控系統由兩大部分組成，基于底層開發的先進電子技術實現的高速高精度同步運動控制，使網頭電機（步進或伺服驅動）精確跟蹤布速（通過高分辯率編碼器測主輥角速度間接得到）。實現套色印花。變化的位置信息因最快10微秒系統就可在線處理。因此可使一秒內車速由80米/分降為零都不會產生多大位置誤差，這一點在國內是唯一能同國外先進系統相比的。另一大部分是由通用PLC實現的整機由進布到出布同步拖動控制及操作控制，以觸摸屏完成速度模擬條顯示，升降速的不同速度段快捷鍵一鍵操作，及故障滾動顯示。界面如圖1所示。 系統的邏輯動作較為簡單，PLC程序沒什么難度，此處只舉一例，供大家參考，整機除可用觸摸屏操作外，仍保留按扭操作，按扭中最常用的為啟/停按扭，為了減少外部連線并節約PLC的輸入口，我們在如停車狀態時需要操作的圓網自轉開/停按扭，采用了單按鈕操作，即第一次按下為開，在按一次為停。現以FX系列PLC為例說明實現方法，此處是采用計數器法。假設輸入按鈕接在X001，輸出為Y001，梯圖為圖2示： 其中PLSY發脈沖指令在FX系列PLC中只能從Y0輸出，此一點因PLC不同而不同。 系統的同步控制我們采用了兩種方式；第一種方式較為簡單，技術要求低用模擬電壓為給定控制主伺服電機和進落布烘房變頻器的給定（原理如圖3示），為使線速度一致采用數字式同步控制器實現同一主給定下各路不同比例輸出（價格比PLC專用D/A模塊便宜，輸出模擬電壓為12位D/A，精度也足夠，除主電機外，進落布取調節布張力的松緊架信號（實質為±5V供電的電位器），因此同步器的數學表達式可描述為：Ui=Um＊Ki+Uf＊Kfi（輸出最高電壓為10V，其中：Ui為第i路輸出，Um為主令電壓，Ki為第i路輸出比例系數，Uf為該路反饋電壓，Kfi為反饋系數）,實際調試中為使布受的張力均勻，特別是升降速時同步效果好，除松緊架反饋系數合適外，還要注意變頻器的升降速時間參數設不可太長，以免反饋信號作用后反應時間太慢造成同步不好。我們選用的同步器帶外部升、降數字信號輸入，即UP與DOWN與其相應的地接通可使輸出電壓升高和降低，因給定為內部數字給定，使輸出模擬電壓穩定性很好，再采用伺服電機驅動從而保證了主傳動的穩定。這里值得一提的是我們采用了主伺服電機驅動器上編碼器輸出差分信號，來測量主電機的速度，實現自動按設定速度升降速，自動停車，自動判斷導布速等功能，所有參數可通過觸摸屏進行參數的修改，如升降速時間，導布速調節。伺服驅動編碼器接口到PLC的接口電路如圖4示，不僅實現了隔離，且完成信號類型和電平轉換。 FX2N系列有高速脈沖輸入口，用SPD指令可以完成對速度的測量，要注意的是用于速度控制要留有誤差帶，不然會引起速度的振蕩。 第二種方案是采用總線通過通訊控制完成坯布輸送的同步，從而省去同步控制器。完全的數字化控制，不僅減少了連線，系統的可靠性和抗干能力都大大提高。而且伺服或變頻器的故障原因可直接在觸摸屏顯示出來。系統框圖如圖5示。其中松緊架的反饋信號則送入變頻器，實現對主令速度的微調整，反饋系數可直接在變頻器設置或在觸摸屏設置，用485總線送入變頻器。不管采用什么品牌的PLC為得到良好的實時特性和同步的一致性，避免因通訊的延遲在升降速過程對電機同步的影響，我們采用中斷控制的方法，效果是很好的。歐母龍的通訊有專用指令很簡單，在此不再贅述。 最后再談談系統中的另外一個特色，最先推出獨立傳動系統時采用的是單片機作為主機，已經有了彩色觸摸屏了，整機拖動部分采用PLC后，剛開始的改造我們采用了增加一個PLC專用的觸摸屏。隨后為了使整機能夠合二為一，我們選用了兩種方案。主要區別是用誰來做主機。是單片機還是PLC，不管用什么方法，都要完成單片機同PLC的通訊。如用單片機作為主機，易于大量參數的存儲，這樣PLC就成了下位機了，在主機上增加有關PLC操作及參數設置的畫面，信息參數經單片機通訊至PLC就可以了。 當然這一技術的關鍵是要清楚所使用PLC的通訊協議，歐母龍的通訊協議是開放的。直接可從編程手冊中獲得。以三菱FX2N系列PLC為例：表1為PLC專用專用協議通信的指令。 表1 指令 注 釋 BR 以1點為單位，讀出位元件的狀態 WR 以16點為單位，讀出位元件的狀態；或以1為單位，讀出字元件的值 BW 以1點為單位，寫入位元件的狀態 WW 以16點為單位，寫入位元件的狀態；或以1為單位，寫入值到字元件 BT 以1點為單位，置位/復位（SET/RESET）位元件 WT 以16點為單位，置位/復位（SET/RESET）位元件，或寫入值到字元件 RR 控制PLC運行（RUN） RS 控制PLC停止（STOP） PC 讀出PLC設備類型 TT 連接測試 注：位元件包括X、Y、M、S以及T、C的線圈等；字元件包括D、T、C、KnX、KnY、KnM等 FX系列PLC通訊協議規定PLC無論在運行還是在停止時，都可以接收上位機的4種監控命令，每種命令用唯一的命令碼標識，如表2示 表2 監 控 命 令 命令碼 目 標 單 元 說 明 讀取單元 30H X、Y、M、S、T、C、D 成組讀取目標單元的狀態 寫入單元 31H X、Y、M、S、T、C、D 成組寫入數據到目標單元 單元置位 37H X、Y、M、S、T、C 置位目標單元的映像寄存器 單元復位 38H X、Y、M、S、T、C 復位目標單元的映像寄存器 PLC與單片機之間是以報文方式進行數據傳輸的，數據傳輸單位為幀。表3給出了通訊中所用到的控制字符。 表3 控 制 字 符 ASCII 說 明 ENQ 02H 詢問：主機向PLC發送的請求通信信號 ACK 06H 確認：PLC對主機返回的肯定應答信號 NAK 12H 否認：PLC對主機返回的否定應答信號 STX 02H 文始：表示報文正文開始 ETX 03H 文終：表示報文正文結束 命令幀采用和校驗（Sum Check）方式檢錯，格式如圖示 起始標志 命令碼 數據區 結束標志 和校驗值 STX CMD DATA ETX SUM UPPER SUM LOWER 1個字符 1個字符 多個字符 1個字符 1個字符 1個字符 通訊時，單片機先向PLC發送詢問（ENQ）信號，請求通訊并等PLC響應。PLC接收到該字符后，若通訊正常，PLC應答信號為確認（ACK），否為（NCK）。單片機收到確認信號便可發送相應命令并等PLC應答，如此可以完成單片機對PLC的控制。 我們用PLC和自主開發的運動控制系統組成的全伺服圓網電控系統，在國內使用多套，用戶反映良好，把先進電子技術應用到傳統印染裝備行業，提高了裝備水平，也使我國色布出口提高了競爭力，且與國外系統比，價格低廉，非常適合國情。 參考資料； 1． 三菱FX系列可編程控制器編程手冊 2． 歐母龍CPM1A可編程控制器編程手冊 3． 《圓網印花機獨立傳動系統》楚建安