探究陶瓷磚生產線變頻器的可視化整體控制，實現產品的快速轉產

程碧峰 招偉培 龍海仁 李鋒

摘 要： 目前，陶瓷行業里的自動化程度越來越高，如原料輸送帶、干燥窯、釉線、燒成窯的全程自動操作，這對于陶瓷廠來說，可以達到減員增效的作用。本文主要是講述老舊陶瓷廠的升級改造，為適應差異性產品的快速轉產，對現有的釉線、窯頭、燒成窯的各個負責傳動的變頻器進行改造，技術路線是基于MODBUS-RTU通信協議實現威綸通品牌的觸摸屏控制裝置與三菱變頻器的通信及控制，實現可視化、整體化控制，達到快速轉產的目的。

關鍵詞：陶瓷生產;整體控制;自動化;三菱變頻器;威綸通觸摸屏

1 前 言

本生產基地的生產線較短，產能較低，在公司集團中的定位，主要是負責訂單數量少，工藝復雜的產品，這可以有效減少其他基地（有超長生產線）在試板過程中容易產生的質量差、損耗高等問題。在實際生產過程中，本廠的產品厚度有20mm、18mm、15mm、13mm、11mm、9mm，規格種類有1200mm×600mm、600mm×600mm，產品品類有平面仿古、全拋釉、緞光釉、凹凸模具仿古等。在這些產品切換過程中，由于厚度、規格、釉料配方的不同，需要把各個工序的生產線速度進行調整及匹配，常見的如干燥窯、釉線、燒成窯等工序，而要實現這些功能主要在于對生產線的各個變頻器進行調整，以前一般都是人工對變頻器進行單獨調整，而由于電機對應的變頻器數量較多，如不同的釉線少則50個，多著100來個，窯頭少則20多個，多著70多個，燒成窯也是如此。這樣一輪人工操作，費時費工，還容易出現人為的誤操作，隨著產品的日益復雜，迫使人們對這些操作進行優化、整合。

本廠所用的變頻器是三菱E700，筆者主要通過基于MODBUS-RTU通信協議實現威綸通觸摸屏與三菱變頻器的通信及控制，最終實現整體化控制，提高操作效率，減少人為失誤。

2 MODBUS通訊協議

（1）MODBUS協議是一種主要應用于陶瓷行業中的工控機、PLC、觸摸屏與變頻器、溫控議器等設備之間的數據通信方式，其通信的物理接口主要是RS485，以串行鏈路通信方式有2種傳輸模式：MODBUS_RTU 和MODBUS-ASCII，其中MODBUS_RTU通信格式是目前所有工控電器產品應用最多的一種數字通信方式。

（2）數據編碼方式：MODBUS_RTU是用8位二進制數（十六進制數）編碼，如要傳輸一個數6，MODBUS_RTU模式的表示方式用16#6，MODBUS_ASCII是用ASCII碼要表示同樣的一個數6，則其表示方式是16#36。幀格式不同：MODBUS_RTU沒有起始和結束符，數據檢驗使用CRC檢驗，MODBUS_ASCII有起始和結束符，數據校驗使用LRC檢驗。串行通信部分僅規定了在串行線路的基本數據傳輸格式，是主/從通訊，請求/響應模式。

（3）MODBUS_RTU通信傳輸的信息的幀格式如下表：

1）起始碼：信息開始至少需要有3.5個字符的靜止時間

2）地址碼：有效的從機設備地址范圍1-247（十進數）

3）功能碼如下：

功能碼H01讀取線圈的狀態，讀取從站輸出開關量的狀態。

功能碼H02寫單個寄存器，讀取從站輸入開關量的狀態。

功能碼H03讀取保持寄存器，讀取從站一個或多從站輸出寄存器的值。

功能碼H04 讀取輸入寄存器，讀取從站一個或多從站輸入寄存器的值。

功能碼H05 強制單個線圈，強制從站輸出開關量狀態。

功能碼H06 寫保持寄存器，把字寫入從站的輸出保持寄存器

功能碼H08 回送診為檢驗，把診斷報文送到從站。

功能碼H0F 強制多個線圈，強置從站的多個輸出線圈。

功能碼H10 寫多個保持寄存器，把多個字寫入從站連續的輸出寄存器。

4）傳輸數據：從站的協議地址（H 高8bit+L 底8bit），寫入的數據（H 高8bit+L 底8bit）;數據格式與功能碼相關，不同的功能碼數據格式有所不同。例如，功能碼H03的數據格式;讀取從站的保持寄存器數據的地址+讀取保持寄存器的寄存器個數。例如，功能碼H06的數據格式;從站的保持寄存器進行寫入數據的地址+從站寫入保持寄存器寫入的數據。例如，功能碼H10的數據格式;從站的保持寄存器進行數據寫入的首地址+從站寫入保持寄存器的寄存器個數。

5） CRC檢驗：CRC循環冗余檢驗占兩個字，它包含了一個16位的二進制數值，CRC的值計算非常復雜，都是由傳送設備計算出來，然后附加到數據幀的最后面。接收設備在接收端接收到數據時重新計算CRC的值，發送數據前后的兩個CRC的值進行比較，如果一致表示傳輸正確，否則傳輸的數據是錯誤的數據。

6）停止碼：信息開始至少需要有3.5個字符的靜止時間。

（4） MODBUS_RTU通信規約格式

1 ）格式如下：

附注：主站和從站的通訊格式必須保持一致

2）波特率： 指的是通信時每秒中發送的二進制的bit位數，常用的波特率有2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200

3） 校驗方式：有3種，分別是：偶校驗（even）：簡單表示為"e" 、奇校驗（odd）：簡單表示為"o" 、無校驗（none）：簡單表示為"n"

4）數據位：指的是MODBUS_RTU傳送通信的數據位是8位，MODBUS_ASCII傳送的數據位是7位

5） 停止位：常用的停止位是一位與二位，傳輸到停止位時表示一個字符傳送結束

（5） MODBUS_RTU通信協議常用功能碼對應的讀寫寄存器地址

附注：MODBUS_RTU的讀寫地址是從1開始，如40001-49999，不從40000開始的且40001的地址是十進制，很多從站設備說明書提供的寄存器地址是16進制數，要先把16進數值轉化為10進數后再加上1，才是從站或PLC對應的MODBUS_RTU地址。

3威綸通觸摸屏控制端基于MODBUS_RTU通信的實現

3.1 控制端設備的簡介

威綸通觸摸屏控制端MODBUS 協議的設備類型分數據讀寫分別有 0x， 1x， 3x， 4x， 5x， 6x，及數據的bit位讀寫 3x_bit， 4x_bit 等，表4為功能簡介。

3.2 通訊接口簡介

MT80102E 觸屏自帶兩個通信口con.a、con.b兩個物理端口，如圖1所示，本機設備1是con.b_COM1/COM3 [RS232] 9針D型公座COM1與PLC_CP1H進行RS23通信，本機設備3是con.a_ COM1 / COM2 / COM3 [RS485] 9針D型母座的COM3口與變頻器進行MODUBT_RTU通信，通信規約格式為38400，E，8，1。在本廠的實際應用中，我們采用后者的接口COM3進行通信，亦即是基于MODBUS協議。

3.3 三菱變頻器E700的通信PU接口端簡介

3.4 觸摸屏與變頻器的通訊方式

附注：兩線式485半雙工傳輸方式，傳送線一般用六類帶屏蔽網線，傳輸線尾加上通信終端電阻主要是降低主從通信口的阻抗。

3.5 變頻器的參數設置

如表5所示。

3.6 三菱E700變頻器的寄存器簡介

（1）功能說明。

（2） 變頻器E700參數對應的MODBUS寄存器地址=變頻器的參數編號+41000為寄存器編號，例如：Pr.7為變頻器加速時間其對應的MODBUS_RTU寄存器地址為41007

（3）威綸通觸摸屏軟件中實際讀寫三菱E700的MODBUS_RTU寄存器的地址，例如：特殊寄存器地址=4xxxx-40000=xxxx（D），E700變頻器的參數編號+41000-40000=1000+變頻器參數編號

3.7 觸摸屏的軟件端設置

（1）首先在PC端，打開Easybuilder Pro軟件，如圖4：

接著，把某一頻率數據寫入1#站變頻器，用數值元件輸入：

數據先寫入PLC中，然后利用威綸通的宏指令程序再寫入到變頻器中去。之后，數據輸入后觸摸屏的內部地址LB1001置ON，LB1001_ON觸發PLC控制。

（2）軟件中的PLC控制去執行宏指令，如圖6。

（3）宏指令編輯器中輸入 ---[ID005]1#inverter為宏指令編號

打開宏指令編輯器，輸入如下宏指令：

macro_command main（）

short a[80] ， b[10]// a[80]，b[10]為數組變量;

short i = 0 //為BOOL變量;

bool c=0? //為BOOL變量;

GetData（a[0]， "OMRON_CP1H"， D， 1000， 80） //讀取PLC中D1000開始的80個數據;

SetDataEx（a[1]， "MODBUS RTU"， 6x， 1#14， 1） //6x是可讀寫的設備類型，把讀取的數據（14是頻率輸入地址）寫入外部的變頻器1#站，參數為14的寄存器中去。

DELAY（500） //延時0.5S

SetData（c， "Local HMI"， LB， 1001， 1） //復位觸屏的內部地址LB1001;

end macro_command //宏指令執行結束。

通過該軟件，預先把各個變頻器的參數進行修改，并保存。之后，通過RJ45端口的以太網線，跟觸摸屏控制裝置進行連接，如上圖8，最終把PC端程序下載到觸摸屏控制端。

從上圖9，可以看出：各項設置已經同步到了釉線上的觸摸屏控制端，這樣我們就實現了對變頻器參數的整體控制。

最后，我們可以通過配方功能的模式，如上圖10，把設置保存下來，方便日后在轉換產品規格時的整體切換。

4應用場景舉例說明

以釉線作為案例：

如圖11、圖12所示，改造前每次調整都需要對每個變頻器進行單獨調整，不但費時費力，還容易出錯。針對此情況，我們加裝了市面上容易獲得的威綸通觸摸屏裝置，把每個規格的產品所需的傳動變頻器的參數保存為一個配方文件，每次轉規格只需要把文件調出來加載，即可完成以前繁瑣的人工調整變頻器的操作，最終實現了整體控制，如圖13。

5結語