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3 系统硬件设计 对于吹塑薄膜自动生产线，一方面电机的数目较多，另一方面电机分布距离不是很近。卷取部分的控制系统采用计算机为上位机，三菱plc为下位机来实现对整个系统的控制，PLC与变频调速器可构成多分支通讯控制网络[6][7]。利用通信技术，由计算机控制PLC，PLC直接控制变频器完成多电机调速，其方法是将通讯模块集成在变频器中或利用通讯模块与PLC连接，通过通讯接口控制变频器带动电机调速。PLC采用三菱公司的FX2N-64MR-001，变频器采用三菱公司的FR-A540，编码器采用增量型编码器。 计算机的通信接口RS232和PLC的通信功能扩展板FX2N-485-BD之间通过RS232C/PLC 变换接口FX2N-485PC-IF连接[8]，如图3示。  PLC和下位器件之间关系如图4所示。变频器的通信连接单元为FR-CU03，符合RS-422/RS-485通信规范；3MD2系列PLC数字显示器可以实时的显示PLC中的数据。电机1、2转速的计算和比较，张力反馈的PI调节等都由PLC来完成。 由图3和图4构成整个控制系统硬件的连接，这样的连接可以实现计算机对PLC远距离的调试与监控、PLC的离线编程、PLC对变频器的远距离监控等操作，使对薄膜吹塑生产线的控制更灵活。 4 软件实现 考虑到使用的方便，采用基于Windows操作系统的软件包SWOPC-FXGP/WIN-C，可对FX全系列可编程控制器（FX0S、FX2N、FX0N、FX2、FX2C）进行编程和控制[9]。这种软件可以实现寄存器数据的传送、PLC存储器清除、串行口设置（D8120）、运行中程序更改、遥控运行或停止、PLC诊断、采样跟踪和端口设置等操作；可读取和显示可编程控制器中的程序，实现文件的发送和接收；可监控和测试可编程控制器，实现动态监视器、元件监控和显示监控数据的变化值（十六进制）等功能；可以实现梯形图、指令表和顺序功能图（SFC）程序的相互切换显示，同时显示多个功能窗口。 要实现对薄膜牵引和卷取的恒线速度控制，需要PC与PLC之间点对点的串行通信和PLC与下位器件之间进行正确通信，这需要设定握手信号和数据传送格式。为了避免发送与接收的帧错，发送与接收采用相同的数据格式。 4.1 计算机和PLC的通信协议 为了使计算机和PLC进行正确地通信，必须对PLC的特殊寄存器作相应的设置[8]。D8120用来设置数据长度、校验形式、波特率和协议方式；D8121用来设置站号（设置范围为00H－0FH）；D8122和D8123分别存储待传送数据和已传送数据的长度；D8124存储数据开始位(初始值：STX)；D8125存储数据结束位(初始值：ETX)；……D8129用来设置间歇校验时间。上位机和PLC的通信协议有多种格式，我们所使用的专用通信协议格式4如图5、6、7所示，图5和图6中的和校验码是从站号开始到数据结束的所有字节转化为ASCII码相加后的末两个字节。 主要控制字符含义如下：ENQ：计算机的请求信号（05H）；ACK：无校验错误，PLC的应答信号（06H）；NAK：检验到错误时，PLC的应答信号（15H）；STX：信息帧开始标志（02H）；ETX：信息帧结束标志（03H）；ETO：传输结束（04H）；LF：数据供给（0AH）；CL：清空初始化（0CH）；CR：传输再次开始（0DH）。  4.2 PLC与变频器之间的通信协议 在三菱PLC与三菱变频器构成的1：2通信网络中，每个变频器为一个子站，其站号由参数设定单元设定。工作过程中，PLC通过FX2N-485-BD发有关命令信息后，各个子站均收到该信息，然后每个子站判断该信息的站号地址是否与本站站号一致。若一致则处理该信息并返回应答信息；若不一致则放弃该信息的处理。这样就保证了在网络上同时只有一个子站与主站交换信息。通信协议仍采用专用通信协议格式4，如图5、6、7所示。 |