摘要:设计了一种基于变频器RS485通信的自动抓棉机控制系统，该控制系统中，PLC通过RS485总线将来自触摸屏、外部主令单元的控制信息和数据送至现场变频器，通过I/O方式控制现场三相交流异步电机、伺服电机、步进电机，进而实现抓棉、松棉、除去杂质和混合原料等操作;通过TPC触摸屏中简单的图形和颜色直观实时监控抓棉机运行状态和参数信息，具有良好人机交互界面.实践表明，该系统大大提高了抓棉机控制系统的自动化水平和网络通信能力，操作简单，维护方便，运行稳定，具有推广应用价值.
关键词:RS485;自动抓棉机;FR-E700变频器;TPC7062TI;FX3UPLC
自动抓棉机是纺织加工的第一道工序，用于加工棉、棉型化纤和中长化纤原料，具有抓棉、松棉、除去杂质和混合原料等功能，在棉花加工中起着非常重要的作用.本文设计了一种基于变频器RS485通信功能的自动抓棉机控制系统，充分发挥变频器的通信能力，嵌入版MCGS简单灵活的可视化操作界面，可以实时在线显示系统运行状态，为不同级别用户设定不同的操作权限，保证了系统操作安全性，有助于提高抓棉机的工作效率，提升棉纺企业的自动化水平.
1抓棉机的系统结构及控制要求
间隙下降的抓棉臂带动抓棉小车通过转塔移动顺序抓取，被抓取的棉花纤维束块通过风机抽吸经输棉管道送至下道机台作进一步加工.该系统由转塔、抓棉臂、抓棉小车、输棉管道和出棉口等部分组成，如图1所示.
自动抓棉机系统控制要求如下:抓棉小车随转塔做左右往复运动，对棉包进行抓取，抓棉小车每抓完一个行程，抓棉臂下降一定高度，然后再继续抓棉，抓棉小车抓到的棉花经风机抽吸随输棉管道输送到出棉口.自动抓棉机控制系统具备两种工作模式，模式一:调试模式;模式二:自动运行模式.当抓棉区没有棉花或抓棉小车电机温度报警时，系统停止运行，同时报警指示.本系统实时显示控制系统动作，监控自动抓棉机运行参数和状态.设置不同的用户组，对属于不同用户组的人员拥有不同的操作权限[1]
2控制系统
2.1硬件配置选型
根据抓棉机系统控制的要求，该控制系统应主要由以下电气控制回路组成:[2]
(1)转塔的移动电机M1控制回路.转塔的移动电机M1驱动，由于转塔的左右旋转需要精确的定位控制，故选用ECMA-C20604RS台达伺服电机，由ASD-B2伺服驱动器控制;
(2)抓棉臂的上下运行电机M2控制回路.抓棉臂的上下运行电机M2选用Kinco3S57Q-04079步进电机，由Kinco3M458步进驱动器实现控制;
(3)驱动抓棉小车电机M3控制回路.驱动抓棉小车电机M3，选用YS502/4三相异步双速电机，控制不同的抓棉速度.由PLC控制直流继电器，通过继电器控制接触器从而控制电机M2;
(4)驱动风机电机M4控制回路.驱动风机采用三相异步电动机M4，根据触摸屏设定值选择风机的速度，从而控制输棉的速度，采用FR-E740变频器实现对输棉速度的控制.
2.2自动抓棉机控制系统方案设计
控制器选用三菱FX3U-48MT晶体管输出型PLC，配以昆仑通态TPC7062Ti触摸屏.该触摸屏应连接到PLC的RS232端口，实现上、下位机的通信.M4电机采用触摸屏+PLC+变频器的控制方案，以PLC作为控制器，触摸屏为人机交互界面，通过PLC的RS-485总线控制变频器的启停;能从触摸屏上设定变频器的运行频率，并且能在触摸屏界面上在线监视变频器的运行频率、运行电流、运行电压等参数以及其他内部参数.
通过脉冲输出方式控制步进驱动器、伺服驱动器，分别控制对应电动机.由于晶体管输出型的PLC只能驱动直流负载，故交流接触器不能直接作为PLC输出，需要中间增设直流继电器，通过直流继电器控制交流接触器.[2-4]
推荐阅读：能发表无线通信类论文的期刊
控制系统组成框图如图2所示.
2.3PLC系统软硬件设计
根据抓棉机控制系统设计方案及确定的控制器I/O地址分配表，完成PLC外部接线图.FX3U-32MT通过FX3U-485BD模块与变频器连接，通过RS485总线实现数据交换.[3]
抓棉机的工作过程是典型的顺序控制，其PLC程序分为手动和自动两个部分，其中手动控制主要用于抓棉机的调试和检修，正常生产是运行在自动控制状态.为避免误操作，利用嵌入版MCGS中安全机制，设置不同级别的用户拥有不同的操作权限.PLC程序中设置必要的互锁措施.限于篇幅限制，本文只介绍PLC与变频器的通信程序.
3PLC与变频器RS485通信控制
PLC与变频器的组合应用在工业自动化控制系统中很普遍，主要有使用PLC的开关量信号、PLC加D/A模拟量模块、RS-485的通信方法等方法控制变频器.本系统使用RS-485通信控制，仅通一条通信电缆连接，既能完成传统应用的所有功能，还能进行内部的数据通信，可方便地从变频器中获取所驱动电动机的运行频率、电流等各种参数，并直接显示在触摸屏上，并且很容易实现多电机之间的同步运行.下面介绍本控制系统中三菱FX3U系列PLC与三菱FR-E700变频器之间的RS485通信控制.
3.1PLC与变频器之间的网络连接
为了实现RS485通信，三菱FR-E700变频器使用内置的RS-485通信端口，FX3U系列PLC则选用通信扩展板FX3U-485BD，两者通过网线相连，具体接线如图3所示.[3-4]
3.2变频器通信参数设置
PLC连接到E700系列变频器的PU端口时，需要设置变频器对应的参数，如表1所示[3-4]
参数设置完毕，变频器需要断电再上电，确保设置的通信参数有效
3.3PLC通信参数设置
为确保三菱PLC与三菱变频器之间RS-485通信的顺利可靠，必须在PLC中设置通信相关参数，图4给出了通过GXDeveloper编程软件设置PLC通信参数过程[3].
3.4PLC与变频器之间通信程序设计
变频器的运行控制IDVR指令是指通过可编程控制器，将变频器运行所需的控制值写入到变频器的指令;变频器的运行监视IVCK指令是指在可编程控制器中读出变频器的运行状态的指令.[3，5]
4人机界面组态
按照自动抓棉机控制要求，触摸屏监控界面设计共4个窗口，分别为启动选择画面、手动调试界面、自动运行界面和报警窗口.限于篇幅，这里只给出启动选择画面、手动调试界面和自动运行界面，分别如图5～图7所示[1，6]
5结语
基于变频器RS485通信的自动抓棉机控制系统采用触摸屏+PLC+变频器控制方案，设计周期短，安装调试方便，便于人机交互，有利于实现集中监控，提高棉纺企业生产自动化水平和网络通信能力，操作简单，维护方便，运行稳定，具有推广应用的价值.[6]
