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】 【摘要】 本文介紹了通過RockWell A-B PLC Controllogix作為平台與SEW Movimot變頻器、A-B PowerFlex700VC變頻器、Versaview CE700觸摸屏用DeviceNet開放式現場總線構成的高精度變頻器調速控製、監控係統作用於叉式移載升降機在焊接車間的應用。詳細敘述了係統的硬件構成,PLC與變頻器之間的通訊原理和通訊協議,闡明了該網絡控製調速係統與一般模擬量控製調速係統相比的優越性，給出了係統框圖及以及PLC係統的軟件實現方法。
Abstract: This paper gives a detailed introduction about the precise timing control system of the inverters used in ForkMoveShift-lift For Bodyshop , using RockWell A-B PLC network as the main platform, connected with SEW Movimot inverter、 A-B PowerFlex700VC inverter and Versaview CE700 HMI by DeviceNet Openbus communication network. It also discusses in detail the base structure, the principle, and the communication protocol of the system, explicates the superiority of the system comparing with other similar systems, and gives the frame diagram of the system, and the software implementation procedure of the PLC system.
Key Words: PLC inverter multi-motor-control DeviceNet Openbus communication protocol timing control
一，引言
目前，變頻器調速控製係統已廣泛應用於汽車、機械、冶金、化工等各個行業。作為變頻調速係統中的控製核心部分的變頻控製器,最初是以單台形式工作的,可以通過變頻器的控製麵板或端子進行運行參數的設置,啟動或停止變頻器運行,讀取各種變頻器運行數據等等。而目前各種大中型自動化生產線則要求由多台和多種變頻器組成的同步控製係統、比例控製係統、閉環控製係統等複雜的控製,並且要相互協調,形成連續生產線的調速控製係統。
本文取自我公司在某焊接車間的一個實例。叉式移載升降機在汽車焊接車間的應用目的是將車身焊接線上的白車身轉移到空中滑撬上，通過滑撬機運係統送白車身進入B.I.W.線。叉式移載升降機在這個過程中需要與兩個不同的係統交接，控製比較複雜，同時運用了同步和比例控製，並需要三個係統相互協調，滿足工藝要求，提高產能和產品質量。該例采用PLC通過DeviceNet現場總線對SEW Movimot變頻器、A-B PowerFlex700VC變頻器進行控製，並有效的運用Versaview CE700 HMI對現場設備實時監控操作，實現了多機分布傳動和聯動機製的PLC集中監控和控製係統，著重介紹了本係統的硬件構成和組建過程及A-B PowerFlex700VC係列變頻器實時在線通訊的實現。
二，工藝要求和係統工作原理
焊接車間白車身生產線上的叉式移載升降機控製係統主要由四台電機驅動。要求在與焊接線和空中滑撬線交接時能以不同的匹配速度，啟動停止要求相對同步才能保證並提高生產，在生產過程中對設備的位置精度控製要求較高，誤差精度高，故采用閉環控製係統來實現。
此過程工藝精度要求比較高，安全性能要求高，因此對電氣控製精確度和安全性提出了較高的要求。具體工藝流程下圖所示：
三，自動控製係統構成
根據設備工藝的技術要求我們設計了專門的全新控製係統，整個控製係統主要由以下幾部分組成。
1．集成到Logix平台的變頻器，通過給SEW Movimot變頻器增加DeviceNet通訊適配器和給A-B PowerFlex700VC變頻器添加20-COMM-D通訊適配器，進行網絡控製；
2．運用AB PLC 的1756-DNB模塊作為DeviceNet掃描器模塊，通過網絡對變頻器進行控製；
3．通過PC HMI Versaview CE700來監控和操作，可以直觀的顯示各種參數和故障報警。便於維護和操作，係統的可靠性強，抗幹擾能力突出，網絡結構簡潔。係統結構如圖所示：
電氣係統硬件結構於上圖所示，主要由下列組件構成：
1）PC HMI（Versaview CE700 HMI）為整個係統的操作設置顯示單元。在HMI上可以通過不同畫麵將PLC內部數據、輸入(I)輸出(O)狀態、各個動作過程，以及全機故障查詢、工藝參數等一一顯示出來，實時監控全機的工作狀態，除了顯示功能外，還可以根據現場的情況，通過HMI設置和修改PLC內部的一些需要用戶設定的參數。人機界麵上直接觀察到變頻器的工作狀態，對變頻器進行監控。
2）AB Controllogix5561為PLC基本單元，執行係統及用戶軟件，是整個現場（Cell level）設備層的核心。
3）1756－DNB是AB Controllogix5561平台與現場設備的DeviceNet通訊適配器，該模塊的主要作用是PLC通訊係統中作為主站發給各個現場變頻器信息，並接收和發送現場輸入輸出信號。我們將其作為DeviceNet通訊主站使用，完成變頻器和現場設備各種數據的傳送，參數監控及故障報警等。
4）SEW Movimot變頻器自帶DeviceNet接口單元和添加了20－COMM-D接口卡的 A-B PowerFlex700VC變頻器符合DeviceNet通訊規範，用於PLC與現場多台變頻器的聯網，通過該單元能夠在網絡上實現變頻調速器的運行控製（如啟動、停止、運行頻率設定）、參數設定和狀態監控等功能，是變頻器的網絡接口，在工業現場，DeviceNet是應用廣泛、運行穩定、技術成熟的一種通信。
5）A-B PowerFlex700VC變頻器帶有編碼器PG閉環反饋，能有效的防止因負載的變化而引起的電機轉速的變化，電機變頻調速采用了編碼器PG閉環反饋。該係統穩定特性較強，隨負載變化而引起的變化小外界幹擾對係統速度基本沒有影響。保證了設備交接的吻合、位置控製的精確。
6）ODVA開放式標準的通訊網絡，整個網絡架構分為兩個層級，上層為開放的以太網通訊Ethernet/IP，主要用於人機界麵和PLC之間的通信；另一層為現場設備級的DeviceNet網絡，主要用於小範圍（500米以內）的現場設備級控製，包括，IO、變頻器等。由於Ethernet/IP與DeviceNet網絡均采用統一的數據包格式，因此在這兩者之間的數據通信無需在CPU內進行任何網絡編程，完全實現了數據的無縫路由。
7）整個係統處於公司級上位機監控和操作下，能將實時數據反饋至公司主服務器，例如：產量、合格率、設備使用率等等情況，車間生產情況更加透明化，形成數字透明工廠的雛形。
四，A-B PowerFlex700VC矢量變頻器與PLC的通訊原理及協議
變頻器與PLC通訊是雙向進行的，因此收發雙方同時都具備收發設備，雙方同用一個傳輸媒介，傳輸係統和交換係統共同組成一個完整的通訊係統，並由此構成複雜的通信網絡。本係統基本上包含了通信方麵的基本技術：編碼技術、傳輸技術。PowerFlex700VC矢量變頻器采用五線製的DeviceNet總線協議作為現場監控和操作協議。它以主從式方式構成工業監控網，在網絡裏有一個主站1756-DNB，1～63個從站，各站點由唯一的標識碼識別。這樣AB PLC和HMI，及上位機係統便能通過DeviceNet通信線，對網絡上的所有設備進行控製操作。PowerFlex700VC通信方式為DeviceNet，波特率最高可達500Kbps，本係統采用125Kbps；數據格式為4ByteIN、4ByteOUT。
變頻器接收控製的通信協議如下：
邏輯命令字(Logic Command Word)
邏輯狀態字(Logic Status Word)
由通訊可以控製變頻器的起/停、故障檢測、故障複位、速度和轉向控製，由PLC通過DeviceNet總線完成。
五，控製係統中變頻器與PLC通訊控製軟件設計
由於係統生產工藝要求精確度高，安全性能要求高，因此PLC與變頻器之間的通訊的實時性和設備的響應時間是重點。要實現對變頻器的實時通訊控製，要求PLC進行通訊編程，通過程序實現PLC與變頻器信息交換的控製。
1，由於AB Controllogix5561平台功能強大，通過DeviceNet總線協議能夠實時的監控各個設備所處的狀態，能及時的檢測出各個設備的通訊故障，係統中的PowerFlex700VC和SEW變頻器都有強大的故障保護性能，當設備發生故障時，變頻器開啟自動保護，並同時發出故障報表，並將該設備進入故障安全狀態，直至維修人員將故障排除並複位。
2，PowerFlex700VC的馬達控製參數部分設定如下：
以上參數是部分修改的實際值，其餘參數調整是按廠家出廠值或電機銘牌值進行設定，注意采用閉環編碼器時，編碼器的分辨率和轉向。
六，Versaview CE700 HMI畫麵設計
在PC級人機界麵中，根據控製需要設計控製畫麵，包括主選擇畫麵、模式畫麵、叉式移載升降機循環時間畫麵、DeviceNet總線監控畫麵、設備監控操作畫麵、設備交接連鎖畫麵、整體區域監控畫麵、幫助畫麵、故障報警畫麵和密碼保護等。故障顯示使用具體故障名稱和故障時間地點，讓操作者很方便的知道故障原因和部位，極大的降低了維修時間，節約了運行成本。監控操作畫麵舉例如圖所示：
1，主選擇畫麵：
2，主操作畫麵：
3，設備監控畫麵：
七，實際應用效果
經過汽車焊接車間實際應用，A-B PowerFlex700VC矢量變頻器加編碼器閉環組成的自動控製係統，在汽車工廠采用DeviceNet開放式總線控製是一種理想的控製方式，非常適合大規模使用，它有很多值得借鑒的優點：
1，采用總線通訊控製變頻器，具有硬件邏輯簡單、軟件結構嚴謹、抗幹擾能力強的特點。以此方式，可以實現全車間的現場總線網絡控製。
2，係統動態響應速度快，對於負載的變化能夠很好的作出調整，保證了係統安全穩定長期運行。設備產能提升速度快，能夠極大的提高係統的匹配能力，是對整個車間的產量變化起著至關重要的一部分。
3，由於采用標準的Ethernet/IP-DeviceNet通信網絡，網絡配置更加柔性，並且，由於AB PLC特有的標簽編程模式，程序的複用性得到了極大的提高。因此在一個工作區的程序完成後，僅僅通過10分鍾的輸入輸出地址map，即可將程序應用於同一PLC控製下的相同工藝的另一個工作區。
4，本係統結合了全新的安全標準，尤其是光幕和安全控製器的啟用，讓係統運行更加安全、更加穩定。
總之在實際應用中，提高了產品數量和質量，減少了機械的磨損和衝擊，延長了設備的使用壽命，故障排除非常容易，得到用戶的歡迎。
參考文獻
1) PowerFlex700VC變頻器說明書。
2) PowerFlex700VC變頻器DeviceNet通信協議。
3) AB Controllogix編程使用手冊。
4) AB 1756－DNB使用說明書。
5) AB Versaview CE700使用手冊。
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