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【摘要】: 針對全氟己酮灌裝過程中速度與精度矛盾問題，本文提出一種基于 Modbus TCP通訊的多段速控制方法。通過解析匯川 EASY320PLC 與飛升 FSH-CF 計量泵的協(xié)議交互機制，設(shè)計分段速度控制策略（25g/s → 15g/s），將灌裝偏差從 ±40g 降低至 ±10g 內(nèi)，節(jié)拍由 155 秒/ 臺縮短至 97 秒 / 臺。實驗表明，該方法有效平衡效率與精度，可為類似高精度流體控制場景提供參考。 【關(guān)鍵詞】: 匯川 EASY320、Modbus TCP通訊協(xié)議、飛升 FSH-CF 計量泵、多段速控制 1.引言 公司非標(biāo)自動化產(chǎn)線 OP50 是一臺多品種灌裝全氟己酮的自動化設(shè)備，為 1.5L、2.0L、2.5L等等容量滅火器罐體灌裝全氟己酮。PLC 品牌為匯川 EASY320 系列，計量泵品牌為飛升 FSH CF 系列，通訊協(xié)議為 Modbus TCP。原系統(tǒng)采用恒速15g/s灌裝，節(jié)拍155秒/臺，偏差±10g（合格）; 當(dāng)提速至 40g/s 時，流體慣性導(dǎo)致過沖，偏差增至 ±40g（超差 300%）。經(jīng)分析，高速下流體慣性導(dǎo)致過沖，需動態(tài)調(diào)節(jié)速度。故需在Modbus TCP 通訊協(xié)議的基礎(chǔ)上開發(fā)多段速灌裝方式，經(jīng)過初步計算發(fā)現(xiàn)灌裝初期以 25 克 / 秒速度運行，灌裝后期以 5 克 / 秒速度運行，灌裝偏差在 ±5g（合格），可以滿足工藝質(zhì)量要求和節(jié)拍要求。 飛升 FSH-CF 系列計量泵工作原理 2.Modbus 協(xié)議簡介 Modbus 協(xié) 議 使 用 客 戶 端 / 服 務(wù) 器 體 系，是一種半雙工通信協(xié)議。主要包含串行鏈路上的 Modbus 和 TCP/IP 上 的 Modbus 兩 大 類。Modbus 采用主從通信模式，僅有主設(shè)備能對傳輸進行初始化，從設(shè)備根據(jù)主設(shè)備的請求進行應(yīng)答。它在工作時首先由主站向目的從機地址發(fā)送請求報文 ; 然后各個從站在接收到請求報文后，根據(jù)自己的地址、端口號來判斷接收的數(shù)據(jù)包是否是自己的數(shù)據(jù)包 ; 如果是，則對應(yīng)從站會從主站報文中讀取功能碼來判斷主站的目的從而進行相應(yīng)的操作（如讀取數(shù)據(jù)或設(shè)置參數(shù)）; 最后在操作完成后，將結(jié)果回傳給主站。Modbus協(xié)議是一種應(yīng)用層報文傳輸協(xié)議。其協(xié)議包括ASCII、RTU 和 TCP 3 種傳輸格式，其數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)主要由數(shù)據(jù)幀、地址碼、功能碼、數(shù)據(jù)區(qū)和校驗碼 5 個部分組成，各部分功能表如表 1 所示。Modbus 協(xié)議因其高效、簡練、實用性強、支持多種物理層通信介質(zhì)等特點，適用于多種工業(yè)設(shè)備和工控系統(tǒng)之間的通信需求。其廣泛的應(yīng)用范圍和深入的工業(yè)集成使得自身成為現(xiàn)代工業(yè)自動化領(lǐng)域不可或缺的一部分。 3.飛升 FSH-CF 系列計量泵協(xié)議解讀 FSH-CF 系列計量泵控制器具備以太網(wǎng)通訊功能，可作為服務(wù)器端與上位機（工控機、PLC 或觸摸屏）進行以太網(wǎng)通訊，通訊協(xié)議分為FINS TCP/UDP 和 Modbus TCP 兩種，此處匯川EASY320 PLC只支持Modbus TCP通訊協(xié)議，故通訊協(xié)議選擇 Modbus TCP。 3.1 字通訊地址表解讀 表 1 為 FSH-CF 系列計量泵 ModbusTCP字通訊地址的詳細(xì)定義說明，可以看到灌裝速度數(shù)據(jù)類型為 Float、Modbus 地址為 4x 7002、可讀可寫、單位為克 / 秒、下限為 1 克 / 秒、上限為 40 克 / 秒。 表 1 Modbus 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)成及功能 3.2 位通訊地址解讀 表 2 為 FSH-CF 系列計量泵 ModbusTCP位通訊地址的詳細(xì)定義說明，這里需要注意的是因計量泵啟動方式是由 PLC 來控制，PLC 相對計量泵來說是屬于外部設(shè)備，故需要外部啟動 / 停止命令�？梢钥吹酵獠繂用畹刂窞� 4x100.0，停止命令地址為 4x 100.1。 表 2 字通訊地址一欄表 表 3 位通訊地址一欄表 4. 通信協(xié)議實現(xiàn)與程序配置 多字寫入發(fā)送指令格式 :00 00 00 00 00 aa00 bb cc cc dd dd dd ee ee ee ee，aa 表示指令中該字節(jié)后面的字節(jié)數(shù)，bb 表示命令碼，多字寫入為 10，cc cc 表示 16 進制的 Modbus地址，dd dd dd: 前 4 位表示寫入字?jǐn)?shù)，后 2 位表示寫入字節(jié)數(shù)，ee ee ee ee 表示寫入數(shù)值， 低字在前，高字在后。返回指令格式 :00 00 0000 00 aa 00 bb cc cc dd dd ,aa 表示指令中該字節(jié)后面的字節(jié)數(shù)。bb 表示命令碼，多字寫入為 10。cc cc 表示 16 進制的 Modbus 地址。dd dd 表示寫入字?jǐn)?shù)。 4.1 寫入灌裝速度 表 1 中可知灌裝速度地址為 4x 7002，數(shù)據(jù)類型為 Float, 數(shù)據(jù)長度為 32 位。假設(shè)寫入值為25克，以16進制發(fā)送指令為:00 00 00 00 00 0B00 10 1B 5A 00 02 04 00 00 41 C8，0B表示該字節(jié)后面有 11 個字節(jié)，1B 5A 表示寫入地址為7002。00 02 04 表示寫入 2 個字，也就是 4 個字節(jié)。00 00 41 C8 表示依照 IEEE754 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換得到的數(shù)值為 25，低字在前，高字在后。00 00 為低字，41 C8 為高字。返回指令為 :00 00 00 0000 06 00 10 1B 5A 00 02，返回本指令表示成功往地址 1B 5A 寫入 2 個字長度的數(shù)據(jù)。 4.2 啟動/停止注液 啟動是置位 4x 100.0，往字地址 4x 100 寫入0000000000000001，也就是數(shù)值1。16進制發(fā)送:00 00 00 00 00 06 00 06 00 64 00 01，00 64表示寫入地址 100;00 01 表示數(shù)值 1。返回 :0000 00 00 00 06 00 06 00 64 00 01。返回本指令表示成功往地址 00 64 寫入數(shù)值 1，也就是置位地址 4x 100.0。 停止是置位 4x 100.1，往字地址 4x 100 寫入 0000000000000010，也就是數(shù)值 2。以 16 進制發(fā)送:00 00 00 00 00 06 00 06 00 64 00 02，0064 表示寫入地址 100;00 02 表示數(shù)值 2。返回:0000 00 00 00 06 00 06 00 64 00 02。返回本指令表示成功往地址 00 64 寫入數(shù)值 2，也就是置位地址 4x 100.1。其他寫入命令指令類似。 4.3 多段速控制算法 考慮到注液泵的極限速度為 30g/s，我們對注液速度和精度進行了驗證。為平衡節(jié)拍和精度要求，最終將速度切換點設(shè)定為 2300g。即： 需特別說明的是，F(xiàn)SH-CF 系列計量泵在灌裝過程中無法實時調(diào)整速度。如需更改灌裝速度，需先停止灌裝，待新速度參數(shù)寫入完成后再重新啟動。為確保參數(shù)生效，程序中設(shè)置了 1 秒延時——新速度寫入后延遲 1 秒再啟動灌裝。 4.4 通訊程序配置 選擇匯川 EASY320 PLC PLC 做主站，IP地 址 設(shè) 置 為 192.168.1.1， 飛 升 FSH-CF 系列 計 量 泵 做 從 站， 從 站 地 址 為 1，IP 設(shè) 置 為192.168.1.88，端口號設(shè)置為 502。D200 為灌裝速度寄存器，對應(yīng)灌裝速度。D300 為控制字，對應(yīng)計量泵啟動與停止命令（1 啟動，2 停止）。寄存器 D200、D201 對應(yīng)的浮點數(shù)通過 PLC 以500ms 周期寫入計量泵寄存器地址為 1B5A 的寄存器中。當(dāng)寄存器啟動 / 停止條件滿足即 MO 的值為 1 時，PLC 將寄存器地址為 D300 的數(shù)值寫入地址為 64 的寄存器中。 圖 1 Modbus TCP 配置 在 M0 啟動條件滿足時，清零實時注液量D400、將 25g/s 傳送給灌裝速度 D200、同時將1 傳送給控制命令字 D300, 控制命令字 D300 值為 1 時灌裝啟動，值為 2 時灌裝停止。當(dāng)注液量達(dá)到 2300g 時，需將 2 傳送給給控制命令字D300 停止灌裝，然后將 5g/s 傳送給灌裝速度D200, 在停止灌裝 1 秒后，再將 1 傳送給控制命令字 D300，重新啟動灌裝，即完成多段速控制。樣例程序如圖 2 所示。 圖 2 樣例程序 5. 結(jié)束語 本文較詳細(xì)地解讀了飛升 FSH-CF 系列計量泵 Modbus TCP 通訊協(xié)議，在匯川 Autoshop軟件中，本地的 EASY320 PLC 作為主站，飛升FSH-CF 系列計量泵做從站進行 Modbus TCP通訊，有效解決了灌裝過程的過沖問題。未來可進一步研究自適應(yīng)調(diào)速算法，以應(yīng)對更復(fù)雜的流體工況。 【手機】17686418804 【公司】中服軟件（西安）有限公司 一、主營產(chǎn)品：中服云工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺系列產(chǎn)品 1、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺基本版--SCADA版本，演示體驗地址：http://shop.cserveriip.com/saas/index.jhtml?templateId=6e61c47a-c113-4713-82f0-d519f30c20cf 2、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺企業(yè)版--適合單一的中型企業(yè)，演示體驗地址：http://shop.cserveriip.com/saas/index.jhtml?templateId=863fc903-d0b8-4ccd-b590-da588d2ec0bd 3、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺集團版--面向大型企業(yè)集團下面有多個子公司，演示體驗地址：http://shop.cserveriip.com/saas/index.jhtml?templateId=f058ed2f-d968-48d2-86a2-a25c40e12af5 4、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)字孿生版--數(shù)字孿生平臺，演示體驗地址：http://shop.cserveriip.com/saas/index.jhtml?templateId=6549a2f0-606a-467f-a832-bb2571b11426 5、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺設(shè)備版--設(shè)備全生命周期管理系統(tǒng)，演示體驗地址：http://shop.cserveriip.com/saas/index.jhtml?templateId=95d99a55-3129-44ae-a9c7-cb9ed199517c 二、關(guān)鍵技術(shù)：數(shù)據(jù)采集、過程控制、數(shù)據(jù)智能分析、數(shù)字孿生展示 三、應(yīng)用場景： 1）主要場景：制造業(yè)生產(chǎn)（離散生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控、自動化；流程生產(chǎn)工藝控制、監(jiān)視；設(shè)備監(jiān)控運維）、運營性設(shè)備監(jiān)控運維（鐵路、公路、機場、水利、園區(qū)等設(shè)備設(shè)施孿生監(jiān)控運維）、遠(yuǎn)程運維（工程機械、隧道、橋梁、車輛、衛(wèi)星等設(shè)備設(shè)施運行、遠(yuǎn)程監(jiān)控） 2）主要行業(yè)：航空航天、水利、石油石化、電力等 四、典型案例：許繼電氣、中信重工、504、試飛院、陜煤、延長石油、中海油、深圳水務(wù)等 五、榮譽資質(zhì)： 國家云計算工程中心、國家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)試點示范、工信部工業(yè)軟件優(yōu)秀產(chǎn)品、省專精特新、省級服務(wù)型制造示范平臺、省級智能制造服務(wù)機構(gòu)企業(yè)、西安市工程技術(shù)研究中心 |
