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1引言
粉料燒結(jié)生產(chǎn)存在著大量人工將粉料裝填到燒結(jié)容器內(nèi)的小型企業(yè)。現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境差，不但存在對(duì)人體有害的粉料小顆粒，并且人工裝料、人工計(jì)量，因而也存在裝料重量不一致，誤差對(duì)燒結(jié)效果會(huì)產(chǎn)生不良影響，效率低下經(jīng)濟(jì)效益差；生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)工作量大，繁瑣易出錯(cuò)。為了解決實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線自動(dòng)裝料功能并將稱重結(jié)果數(shù)據(jù)記錄和保存，以及根據(jù)工藝實(shí)時(shí)調(diào)整裝料重量，立項(xiàng)自動(dòng)化稱重項(xiàng)目。
Modbus是由原Modicon（現(xiàn)為某電氣公司的一個(gè)品牌）在1979年發(fā)明的，是全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議。為更好地普及和推動(dòng)Modbus在基于以太網(wǎng)上的分布式應(yīng)用，目前某公司已將Modbus協(xié)議的所有權(quán)移交給IDA（InterfaceforDistributedAutomation,分布式自動(dòng)化接口）組織，并成立了Modbus-IDA組織，為Modbus今后的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在我國(guó)，Modbus已經(jīng)成為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19582-2008。此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-422、
RS-485和以太網(wǎng)設(shè)備。
Modbus協(xié)議是全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議。具有標(biāo)準(zhǔn)、開放，支持多種電氣接口，幀格式簡(jiǎn)單、緊湊，通俗易懂，用戶使用容易，廠商開發(fā)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。許多工業(yè)設(shè)備，包括PLC,DCS,智能儀表等都在使用Modbus協(xié)議作為他們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。本文介紹了一種PLC結(jié)合稱重控制儀表控制，通過PLC通訊模塊的內(nèi)置通訊協(xié)議和稱重儀表進(jìn)行Modbus通訊結(jié)合觸摸屏監(jiān)控的設(shè)計(jì)方案。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)
自動(dòng)化稱量系統(tǒng)架構(gòu)圖1所示。

2.1PLC系統(tǒng)配置
生產(chǎn)線數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)約40點(diǎn)、數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)約20點(diǎn)，與稱重控制儀表和上位觸摸屏進(jìn)行通訊的通訊模塊，系統(tǒng)提供以太網(wǎng)模塊。三菱MELSEEC-Q系列PLC采用了模塊化的結(jié)構(gòu)形式，產(chǎn)品的蛆成與規(guī)模靈活可變，能廣泛適應(yīng)用戶的不同應(yīng)用，無(wú)論是順序控制，過程控制，還是數(shù)據(jù)處理。支持的I/O點(diǎn)數(shù)從256到4096點(diǎn)，包含遠(yuǎn)程I/O時(shí)，可以控制的點(diǎn)數(shù)從2048點(diǎn)到8192點(diǎn)，足以滿足從小規(guī)模的單機(jī)控制到復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)控制。
(1)CPU型號(hào)型號(hào)選型：Q02UCPU,最大I/O點(diǎn)數(shù)2048;I/O軟元件點(diǎn)數(shù)8192;程序容量20K步；基本指令(LD指令)處理速度0.04US,程序存儲(chǔ)容量80KB。外設(shè)連接端口：USB和RS232以及內(nèi)存卡接口。
(2)串行通訊模塊選擇：QJ71C24N-R4:RS422/485:2通道，2通道合計(jì)傳輸速度：230.4kbpso
(3)太網(wǎng)模塊模塊選型：QJ71E71-100,可與生產(chǎn)管理用PC之間傳輸生產(chǎn)管理信息、質(zhì)量管理信息及設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況等數(shù)據(jù)，太網(wǎng)模塊具有了日益普及的因特網(wǎng)電子郵件收發(fā)功能，使用戶無(wú)論在世界的任何地方都可以方便地收發(fā)生產(chǎn)信息郵件，構(gòu)筑遠(yuǎn)程監(jiān)視管理系統(tǒng)。同時(shí)，利用因特網(wǎng)的FTP服務(wù)器功能及MELSEC專用協(xié)議可以很容易的實(shí)現(xiàn)程序的上傳/下載和信息的傳輸。
(4)基板選擇：Q35B-E—臺(tái)，電源插槽+CPU插槽+5個(gè)Q系列I/O插槽。
(5)電源選擇：QY61P-臺(tái)，規(guī)格描述100-240VAC輸入/5VDC6A輸出。
(6)數(shù)字量輸入模塊：QX42一塊，64點(diǎn)直流24V共陽(yáng)極輸入。
(7)數(shù)字量輸出模塊：QY41P-塊，32點(diǎn)帶短路保護(hù)晶體管輸出模塊。
2.2稱重控制儀表
在系統(tǒng)裝料時(shí)，儀表根據(jù)設(shè)定目標(biāo)值和相關(guān)控制參數(shù)設(shè)置來(lái)給控制PLC系統(tǒng)快、慢供給以及穩(wěn)定合格輸出信號(hào)，結(jié)合外圍供料系統(tǒng)進(jìn)行裝料的重量精度控制，是本系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵控制器件。上海耀華XK3190-C602稱重顯示控制器，采用CortexM3內(nèi)核的32位ARM處理器及高精度1左A/D轉(zhuǎn)換器件，釆用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對(duì)重量信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、處理和顯示，最高可達(dá)200次/秒的轉(zhuǎn)換速度。本顯示器可方便地與電阻應(yīng)變式稱重傳感器連接組成配料秤、定量包裝秤、分選秤等，適用于各種高速度與高精度稱重要求的控制場(chǎng)合。準(zhǔn)確度等級(jí)3級(jí)，最大檢定分度數(shù)n=3000,最小輸入信號(hào)電壓IpV,輸入信號(hào)范圍-15mV~15mV,傳感器激勵(lì)電源DC5V,100mA,傳感器接線方式6線制，長(zhǎng)線自動(dòng)補(bǔ)償，通訊接口2個(gè)RS232,串口2可設(shè)置為RS422/RS485.支持指令方式和標(biāo)準(zhǔn)的ModbusRTU協(xié)議。
2.3觸摸屏功能與選型
觸摸屏功能主要顯示生產(chǎn)流程畫面，參數(shù)設(shè)定和設(shè)備監(jiān)控。系統(tǒng)選用知名品牌Pro-face(普洛菲斯)GC4000系列面板型號(hào)GC4501W,部分參數(shù)指標(biāo)：顯示屏類型：TFT真彩LCD;尺寸10.1英寸寬屏；分辨率800X480像素(WVGA);顏色65536色；RS232接口1個(gè),RS422/485接口1個(gè)。
3軟件設(shè)計(jì)
3.1通訊協(xié)議原理
QJ71C24N-R4與RS-232、RS-422/485線路中連接的外部設(shè)備通過下述4個(gè)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。4個(gè)協(xié)議分別為(1)MELSEC通信協(xié)議；(2)通信協(xié)議；⑶無(wú)順序協(xié)議；(4)雙向協(xié)議。通過使用調(diào)制解調(diào)器或終端適配器，可以利用公共線路(模擬/數(shù)字)與遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
(l)MELSEC通信協(xié)議(以下略稱為MC協(xié)議。外部設(shè)備可以對(duì)CPU模塊的軟元件存儲(chǔ)器進(jìn)行讀取及寫入等。在從外部設(shè)備對(duì)CPU模塊的動(dòng)作進(jìn)行管理用。
⑵通信協(xié)議可以根據(jù)外部設(shè)備側(cè)的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。通過(3)中說(shuō)明的無(wú)順序協(xié)議也可進(jìn)行相同的數(shù)據(jù)通信，但與無(wú)順序協(xié)議相比較，有下述的方便功能。
由于可以使用GXWorks2的通信協(xié)議支持功能簡(jiǎn)便地進(jìn)行協(xié)議設(shè)置，因此可以減少順控程序。由于可以將登錄的協(xié)議設(shè)置數(shù)據(jù)寫入到快閃ROM中，因此可以減少寫入至IJCPU模塊中的程序容量。
詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱MELSECQLMELSEC通信協(xié)議參考手冊(cè)。
PLC串行通訊模塊必須先進(jìn)行相關(guān)的配置才可以正常使用。參數(shù)設(shè)置通過三菱新的編程軟件GX-Works2進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。打開GX-Works2軟件后，添加選擇智能功能模塊QJ71C24N-R4,然后打開QJ71C24N-R4的參數(shù)選項(xiàng)，對(duì)開關(guān)設(shè)置和各種控制指定這兩項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置，其它參數(shù)項(xiàng)保持默認(rèn)即可。通道CH1用于和Pro-face屏通過RS422方式MC協(xié)議(格式5)進(jìn)行通訊，通道CH2通過通信協(xié)議和稱重控制儀表進(jìn)行2線RS485半雙工速率4800bps方式通訊。開關(guān)設(shè)置的具體參數(shù)如圖2所示。以上參數(shù)設(shè)置完畢后，確認(rèn)保存并下載到PLC中。

3.2通訊協(xié)議設(shè)置
通過GX-Works2的通訊協(xié)議支持功能可以簡(jiǎn)便的進(jìn)行設(shè)置，通過符合外部設(shè)備的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送/接收?？梢詫⑼獠吭O(shè)備側(cè)的協(xié)議從GXWorks2的通信協(xié)議庫(kù)中方便地進(jìn)行設(shè)置選擇或創(chuàng)建/編輯。具體操作流程如下：
(1)添加協(xié)議1選制造商SchneiderElectric型號(hào)MODBUS,協(xié)議名03:RDHoldingRegisters讀取儀表當(dāng)前值，同理用協(xié)議名16:WRMultiRegister寫入?yún)?shù)，如圖3所示。

(3)通訊協(xié)議的寫入：將設(shè)置好的MODBUS通信協(xié)議寫入到C24的快閃ROM中。
(4)協(xié)議的執(zhí)行：通過專用指令(CPRTCL指令)執(zhí)行協(xié)議。
3.3PLC程序的設(shè)計(jì)
編輯順控程序，對(duì)通訊數(shù)據(jù)包所用寄存器寫入相關(guān)參數(shù)，從站地址001寫入D500,起始地址為0,讀取字?jǐn)?shù)寫入D502中，創(chuàng)建使用了專用指令(CPRTCL指令)的程序。通過CPRTCL專用指令，執(zhí)行寫入到C24快閃ROM中的MODBUS協(xié)議，就可以讀取和寫入和儀表的數(shù)據(jù)了。如參數(shù)讀取程序段羅列參見圖5所示。

3.4C602儀表通訊相關(guān)設(shè)置
軟件參數(shù)將通訊地址設(shè)為001,通訊波特率為4800bps,通訊協(xié)議Modbus;參數(shù)設(shè)定值是儀表通訊地址[Addr]=001通訊波特率[bAud]=*3通訊方式[tMode]=*40;儀表的操作以及參數(shù)詳細(xì)信息請(qǐng)參考XK3190-C602稱重顯示控制器使用說(shuō)明書。

3.5HMI畫面設(shè)計(jì)
觸摸屏軟件設(shè)計(jì)采用Pro血ce的GP-proEX版本V3.01.101,如果版本低于V3.01.101將無(wú)法支持GC4000系列觸摸屏。畫面規(guī)劃上，設(shè)計(jì)有設(shè)備監(jiān)控畫面，故障報(bào)警畫面，系統(tǒng)設(shè)置畫面，10定義監(jiān)控畫面以及數(shù)據(jù)記錄畫面，如數(shù)據(jù)記錄畫面有儀表目標(biāo)值得設(shè)定，當(dāng)前值的顯示，以及上一稱重記錄的顯
示和保存，程序內(nèi)部設(shè)置了500組數(shù)據(jù)的記錄。每一頁(yè)顯示50組數(shù)據(jù)，共10頁(yè)（0~9）,通過翻頁(yè)鍵或直接輸入所需頁(yè)碼來(lái)完成數(shù)據(jù)的分組顯示。具體如圖6所示。

4系銃調(diào)試
硬件接線連接完畢后，檢查無(wú)誤。開始上電調(diào)試，設(shè)備整個(gè)調(diào)試過程中岀現(xiàn)的問題以及解決方式羅列如下。
4.1參數(shù)確認(rèn)
WKS!確腳，Affifi訊瑚SB,硬正確。
4.2儀表確認(rèn)
儀表通訊異常，儀表硬件需將JP4跳至RS485—端。
4.3數(shù)據(jù)確認(rèn)
稱量數(shù)據(jù)的記錄斷電后無(wú)法保存?需把要保存的稱重?cái)?shù)據(jù)放置到PLC的數(shù)據(jù)鎖存區(qū)。具體操作在PLC參數(shù)-軟元件設(shè)置-數(shù)據(jù)寄存器（D）內(nèi)設(shè)定為鎖存起始地址和鎖存結(jié)束地址。串口通訊模塊CH2通道，做2線制485通信時(shí)接線方法是SDA與RDA短接，SDB與RDB短接，這就造成發(fā)送的數(shù)據(jù)首先會(huì)被PLC自己接收到。這就會(huì)對(duì)外部?jī)x表的通訊數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾，產(chǎn)生通訊異常。在各種控制指定選項(xiàng)中，將CH2的設(shè)置RS-485（2線制）進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊中的響應(yīng)返回?cái)?shù)據(jù)由0:響應(yīng)返回允許改為1：響應(yīng)返回禁止就可以避免了。
5結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)過試運(yùn)行，本系統(tǒng)安全可靠。提高了裝料的精度和工作效率，實(shí)現(xiàn)了稱重結(jié)果數(shù)據(jù)的記錄和保存，測(cè)量值的遠(yuǎn)程顯示以及儀表參數(shù)的遠(yuǎn)程設(shè)置，具有操作簡(jiǎn)便、功能強(qiáng)大的特點(diǎn)。大大的減輕了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了操作人員的工作環(huán)境，同時(shí)也提高了產(chǎn)品的品質(zhì)，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)該系統(tǒng)也可應(yīng)用與其它需要稱重并記錄的自動(dòng)化設(shè)備上。
 

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