金相切割机控制系统的研究

论文导读：变频器可以控制电机在负载变化时从静止到输出50HZ平稳地运行。变频器都是由PLC通过RS485串行通讯口使用USS协议来控制的。变频器，金相切割机控制系统的研究。
关键词：切割机，USS协议，变频器，RS-485通信

 

1．引言

金相分析是科学研究中研究新材料、新工艺和提高产品内在质量的重要方法[1]。要进行金相分析，就必须制备金相试样。论文写作，变频器。随着控制技术的不断发展，可编程控制器在工业控制中的应用越来越广泛。采用机电一体化技术设计了一种基于OMRON CP1H PLC控制的金相试样切割机控制系统，扩大了切割范围，满足了较大零件取样的要求。系统采用了带有RS-485接口的西门子MM420变频器来控制切割主电机，具有高效率的工控效果，有效提高了金相切割的质量和效率。采用触摸屏设置触摸开关和数字输入编程键，对设备进行控制操作，同时通过反映出切割机的工作状态。

2．PLC与变频器之间的通信协议

MM420变频器可以控制电机在负载变化时从静止到输出50HZ平稳地运行。变频器都是由PLC通过RS485串行通讯口使用USS协议来控制的。这不仅增强了系统的控制性能而且减少了系统布线和调试时间。所有的变频器和电机的参数如:电机实际速度、电机电流、电机输出力矩以及变频器和电机的运行状态都可以通过串行口来访问。另外还可以实时地通过PLC来修改变频器和电机的参数，例如变频器的斜坡时间等。

西门子MM420通用的串行接口协议(USS)按照串行总线的主－从通讯原理来确定访问的方法。主站根据通讯报文中的地址字符来选择要传输数据的从站。在主站没有要求它进行通讯时，从站本身不能首先发送数据，各个从站之间也不能直接进行信息的传输。

3．系统RS485通信连接

3.1系统RS485通信硬件连接

CP1H通过外扩的CP1W-CIF11(RS-422A/485)模块对变频器进行RS485通信控制，PLC的串口输出端可与变频器的串口输出端相连。PLC的输出端的SDA、SDB是数据发送端口，串连后经过1.5K的电阻和变频器的输出端P＋相连；RDA,RDB是数据接收端口，串连后经过470W的电阻和变频器的输出端N－相连; 最后在P＋和N－之间并联120W的电阻。SA是变频器的数据发送端口，RA是变频器的数据接收端。它们之间通过一对双绞线连接，如图1所示：

图1 RS485通信接线图

Fig.1RS485 correspondence wiring diagram

3.2通信参数的设置

MM420变频器通过USS协议与PLC进行1：1主从链接通信，CP1H作为主站发送读写命令，实现的功能有：读写MM420变频器的运行状态，读写PKW区(参数识别标记ID－数值区)和PZD区(过程数据区)的内容。MM420变频器与PLC通信，PLC是主动的，MM420变频器是被动的，每次通信由PLC主动发起，MM420变频器不需编写通信程序，但用户应遵循通信协议即命令帧、响应帧的要求，在PLC上设计通信程序。为了保证PLC与MM420变频器的正常通信，通信前，应保证PLC的通信参数(如帧格式、波特率、较验方法等)必须和MM420变频器参数设置一致[2]。

（1）PLC串行通信接口设置

CP1W-CIF11(RS-422A/485)模块内置式的装在PLC上，通信时需要对PLC的外部硬件和内部程序参数进行设置。首先RS485通信的工作方式要通过CP1W-CIF11面的六位拨多动开关设定，将引脚1、2、3设为ON，引脚4为空置，引脚5、6为OFF。

通信前，必须使用编程器或编程软件CX-Programmer在PLC设置，作为主站，来发送变频器运行状态命令。这种情况下，通过PLC系统设定将串行接口的类型、起始码、结束码、波特率、校验、通信速度、串行通信模式等参数进行设定。

PLC的通信数据要发送给被控设备变频器时，要执行TXD指令，同时变频器的运行状态数据发送给PLC，也就是PLC对外部设备的数据接受，要执行RXD指令。每次的通信过程都需要有和变频器匹配的通信参数，并且数据收/发都应有严格的帧格式。所以正确设置下表1所示参数：

表1 PLC通信参数设置

Tab.1 PLC communication parameters setting

（2）MM420变频器串口参数设置

MM420变频器内部有一个半双工标RS485串口，一般只需要两根线，分别为平衡发送器和差分接受器，接口表示为P＋和N－。采用屏蔽双绞线传输，抗共模干扰能力增强，传输速率高。它主要接受PLC传输的数据，MM420变频器读出数据后，根据数据控制要求去控制主电机的速度。论文写作，变频器。同时主电机运行的状态参数通过此串口传输给PLC。所有参数的传输都要保持PLC和MM420变频器通信数据格式统一。控制系统采用MM420提供的COM与USS链路协议，定义数据的格式给变频器通信。

4．切割状态信息显示设计

切割机状态信息的显示主要是来自变频器通过RS-485接口传输给PLC的数据，以及X、Y、Z各向驱动器返回的数据，最后通过RS-232接口将数据由PLC传输到触摸屏[3-4]。通过触摸屏实时显示出来。论文写作，变频器。

系统上电后，触摸屏显示启动界面，系统密码验证正确后进入系统主界面，选择合适的切割参数之后触摸屏自动进入切割状态显示界面。在切割状态显示界面中，可通过操作说明按键浏览操作说明。论文写作，变频器。切割模式显示出用户选择切割模式：匀速切割、进三退一、逐层切割。变频器状态监控界面显示出切割时变频器的电压、电流以及输出功率，这样我们就可以了解变频器的工作状态了，设定完成后，按启动按钮系统开始自动切割，切割状态监控显示出X、Y、Z各向的速度，通过这些参数可以了解到切割工件进度。论文写作，变频器。出现异常情况时自动会报警并进入报警界面，显示系统故障信息。论文写作，变频器。切割状态显示界面如图2：

图2 切割状态显示界面图

Fig.2 The interface of cutting statusmessages

5．结论

通过采用PLC 与MM420变频调速器RS-485串行通行的方式对变频器进行调速，控制切割主电机，通过对变频器和PLC通信参数的设置，设计了变频器的接口电路，并且采用USS协议对电机的运行状态进行控制监视，提高了系统安全性和抗干扰能力。在较恶劣的切割环境中，系统能够安全可靠运行，有效提高了金相切割的质量和效率。控制系统采用NT31C触摸屏作人机界面，通过通信参数的设置实现了触摸屏与PLC的通信。通过对触摸屏界面的总体规划，设计出了形象直观、能满足操作参数设定、并能将变频器信息状态实时、准确显示出来，有利于工作人员对切割状态的监控。

参考文献
[1]孙维连，理化检验金相切割机的国内外研究概况[J]-物理分册．2003.7．357-360
[2]欧姆龙(中国)有限公司．SYSMAC CX-programmer 软件介绍．上海印刷
[3]刘燕，触摸屏与PLC的通信与连接[J]。自动化与仪器仪表，2002，(4)．
[4]吴振纲，陈虎．PLC的人机接口与编程[J]．微计算机信息，2005，8-1：21-23。