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引言
纸浆模塑制品广泛用于餐具制品及工业包装制品行业。由于它是以废纸或天然的植物纤维为原料，生产过程和使用过程都无污染，并能在短时间内自行降解或回收利用,既节省能源,保护生态环境,又能实现可持续发展。
纸浆模塑的烘干线采用中央供热，分段烘干的构造形式，由燃烧机向燃烧室中央供热，主烘道采用分段烘道形式，并通过循环风机把热风从燃烧室输送到分段烘道并持续循环，链式输送带从烘道中间穿过，热风通过气体分布板上的风孔向输送带上的纸浆湿制品吹送，对产品进行分段干燥，烘道内的水分由抽湿风机带走。烘干线的示意图1所示。
在烘干过程中，湿毛坯内的水分蒸发，产生相变，需要消耗的能耗非常大，纸浆模塑制品的烘干成本约占整个生产成本的30%-40%。对其进行节能改造对降低环保产品的生产成本，提高环保产品的市场竞争力具有重要的意义。
1.输送带；2.分段烘道；3.循环风机；4.燃烧机；5.燃烧室；6.抽湿风机
图1烘干线的示意图
1.系统构成
烘干线由一台三菱FX2N－16MR PLC控制，PLC通过
FX2N-4AD-PT和FX2N-4AD模块从温度传感器PT100及湿度传感器接收实时数据，并与人机界面A956WGOT设定的最优值相比较，得出调节量并采用通信的方式控制变频器带动风机调速，改变风量，达到自动调节的目的。循环风机，
抽湿风机和输送电机的变频器分别采用三菱公司生产的风机专用型变频器FR-740-5.5k-CHT(1)，FR-740-3.7-CHT(1)和FR-E540-1.5K-CHT。各变频器通过PU口与PLC的FX2N-485-BD通訊板连接。各变频器通信站号分别定为1-5。PLC直接访问各变频器，进行运行状态的监控和变频控制。人机界面采用触摸式A956WGOT进行状态的监测和参数的输入。
2.通信实现
2.1通信方式
在传统的变频控制系统中，变频器的启动/停止由PLC通过开关量输出控制，变频器频率控制由PLC通过模拟量输出端口输出0～5(1O)V或4～20mA的标准信号实现，这需要购买PLC比较昂贵的模拟量输出端口模块，也占用了PLC宝贵的I/O口资源。自由通讯口方式是三菱PLC的一个很有特色的功能，它使PLC可以由用户自己定义通讯协议。本文中采用自由口通信的方式，实现PLC与变频器的通信。
连接变频器的PU单元RJ45接口的电缆为八芯电缆，使用时将其另一端按图2接至FX2N-485BD通讯板的各端子上，未使用的线端留空，这样就在PLC与变频器之间产生一个物理层界面RS-485接口，RS-485接口的突出特点是抗干扰能力强，并且，可以进行1：1或者是1：N的连接。这样可以满足各种场合的应用[4]。DSP数字信息处理芯片是变频器的控制核心，特点是控制准确，实时性强，电机的调速过程更加灵活。变频器在解决抗干扰的问题上具有突破性发展，以上方面也是本控制系统的优点。
2.2变频器参数设置
对三台循环风机、一台抽湿风机和输送链传动电机的变频器就进行相关的参数设置，才能实现通信。设置的参数主要是Pr.117~Pr.124。Pr.117（ PU通讯站号）设定值：0~5（各电机的变频器按1－5编号）；Pr.118（ PU通讯速率）设定值：96（传输波特率为9600bps）；Pr.119（PU通讯停止位长）设定值：11（停止位主2位，数据位7位）；Pr.120（ PU通讯奇偶校验）设定值：2（采用偶校验）；Pr.121（PU通讯再次次数）设定值：9999（接收数据错误时允许再试次数）；Pr.122（PU通讯校验时间间隔）设定值：9999（等待时间设定尽可能长）；Pr.123（PU通讯等待时间设定）设定值：9999（等待时间设定尽可能长）；Pr.124（PU通讯CR/LF选择）设定值：0（无CR/LF选择）。为调试时避免变频器频繁报警，应当在数据接收错误时允许一直的再次所以Pr.121设为9999，同样为免在查验程序过长时未与变频器通信而造成停止时间超出允许值，Pr122的校验时间间隔也设置尽可能大。设置完成后应重启变频器使设置生效，并将变频器置于PU操作模式下，即通过PU口控制变频器。
2.3 PLC通信参数设置与通信程序
PLC作为通信中的主站，在通讯使用前必须对包括上述通讯参数进行设定使之与被连接的变频器匹配，本文中PLC与变频器通讯采用非协议通讯方式，以灵活方便的方式适应被连接的设备，以其中一台变频器的通信为例，介绍其参数的设置[6]及通信程序的编写。PLC使用特殊数据寄存器D8120设置通讯参数，并要进行和校验，程序如图3所示。
a.通信格式定义及和校验
b.变频器启停控制
c.变频器频率读写
d.通信结束与数据处理
图4PLC与变频器通信程序
3. 变频控制
根据计划生产产量,计算烘干线长度并分布分段烘箱数目比例（恒速干燥阶段及降速干燥阶段分段烘箱的数目比例），并得出输送带电机的工作转速及工作频率；通过触摸屏启动烘干线自动运行，把待干燥产品投入烘干线，生产开始。
3.1 模拟量采集
分段烘道的温度传感器及湿度传感器实时采集烘干线的生产参数，并通过FX2N-4AD-PT和FX2N-4AD模块把模拟量转变成数字量传给PLC，模拟量的采集程序如下图。
a.温度采集程序
a.湿度采集程序
图5 模拟量采集程序
3.2PID控制
可编程控制器的PID模块开始工作，它可以根据烘箱内PT100铂电阻采集到的实时温度与预设工艺温度比较，并把他们的误差值作为PID控制器的输入，并把误差乘以比例常数，误差的积分乘以积分常数，误差的微分乘以微分常数，并把他们相加，从而得到PID控制器的输出，然后把结果通过上述通信的方式送给变频器，调节电机的供电频率，进行变频控制，达到调节送风量的目的，实现分段烘箱内温度控制的目的。
湿度的控制同理，根据烘箱内湿度传感器采集到的实时湿度与预设工艺湿度比较，来进行PID控制。
4. 人机界面
人机界面用三菱GX-Designer进行设计和绘制。可实时的观察各烘道内的温度及各变频器的运行频率。并进行输送带的运行频率的设定和烘道的温度和湿度设定。触摸屏A956WGOT通过RS-232与PLC通信。
5.结论
本文提出一种基于通信的变频控制方法，并将其应用于纸浆模塑产品的烘干线上。将通过分析纸浆模塑产品的烘干曲线的及烘干线的特点得出的最佳优化工艺曲线以及参数输入人机界面（HMI）传送到PLC，与通过传感器采集到的数据进行比较，然后进行PID运算，运算结果通过无协议的方式输出至变频器，用来调节风机的转速，控制烘道内的温度和湿度，实现对烘干线的优化控制。
注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看
纸浆模塑制品广泛用于餐具制品及工业包装制品行业。由于它是以废纸或天然的植物纤维为原料，生产过程和使用过程都无污染，并能在短时间内自行降解或回收利用,既节省能源,保护生态环境,又能实现可持续发展。
纸浆模塑的烘干线采用中央供热，分段烘干的构造形式，由燃烧机向燃烧室中央供热，主烘道采用分段烘道形式，并通过循环风机把热风从燃烧室输送到分段烘道并持续循环，链式输送带从烘道中间穿过，热风通过气体分布板上的风孔向输送带上的纸浆湿制品吹送，对产品进行分段干燥，烘道内的水分由抽湿风机带走。烘干线的示意图1所示。
在烘干过程中，湿毛坯内的水分蒸发，产生相变，需要消耗的能耗非常大，纸浆模塑制品的烘干成本约占整个生产成本的30%-40%。对其进行节能改造对降低环保产品的生产成本，提高环保产品的市场竞争力具有重要的意义。
1.输送带；2.分段烘道；3.循环风机；4.燃烧机；5.燃烧室；6.抽湿风机
图1烘干线的示意图
1.系统构成
烘干线由一台三菱FX2N－16MR PLC控制，PLC通过
FX2N-4AD-PT和FX2N-4AD模块从温度传感器PT100及湿度传感器接收实时数据，并与人机界面A956WGOT设定的最优值相比较，得出调节量并采用通信的方式控制变频器带动风机调速，改变风量，达到自动调节的目的。循环风机，
抽湿风机和输送电机的变频器分别采用三菱公司生产的风机专用型变频器FR-740-5.5k-CHT(1)，FR-740-3.7-CHT(1)和FR-E540-1.5K-CHT。各变频器通过PU口与PLC的FX2N-485-BD通訊板连接。各变频器通信站号分别定为1-5。PLC直接访问各变频器，进行运行状态的监控和变频控制。人机界面采用触摸式A956WGOT进行状态的监测和参数的输入。
2.通信实现
2.1通信方式
在传统的变频控制系统中，变频器的启动/停止由PLC通过开关量输出控制，变频器频率控制由PLC通过模拟量输出端口输出0～5(1O)V或4～20mA的标准信号实现，这需要购买PLC比较昂贵的模拟量输出端口模块，也占用了PLC宝贵的I/O口资源。自由通讯口方式是三菱PLC的一个很有特色的功能，它使PLC可以由用户自己定义通讯协议。本文中采用自由口通信的方式，实现PLC与变频器的通信。
连接变频器的PU单元RJ45接口的电缆为八芯电缆，使用时将其另一端按图2接至FX2N-485BD通讯板的各端子上，未使用的线端留空，这样就在PLC与变频器之间产生一个物理层界面RS-485接口，RS-485接口的突出特点是抗干扰能力强，并且，可以进行1：1或者是1：N的连接。这样可以满足各种场合的应用[4]。DSP数字信息处理芯片是变频器的控制核心，特点是控制准确，实时性强，电机的调速过程更加灵活。变频器在解决抗干扰的问题上具有突破性发展，以上方面也是本控制系统的优点。
2.2变频器参数设置
对三台循环风机、一台抽湿风机和输送链传动电机的变频器就进行相关的参数设置，才能实现通信。设置的参数主要是Pr.117~Pr.124。Pr.117（ PU通讯站号）设定值：0~5（各电机的变频器按1－5编号）；Pr.118（ PU通讯速率）设定值：96（传输波特率为9600bps）；Pr.119（PU通讯停止位长）设定值：11（停止位主2位，数据位7位）；Pr.120（ PU通讯奇偶校验）设定值：2（采用偶校验）；Pr.121（PU通讯再次次数）设定值：9999（接收数据错误时允许再试次数）；Pr.122（PU通讯校验时间间隔）设定值：9999（等待时间设定尽可能长）；Pr.123（PU通讯等待时间设定）设定值：9999（等待时间设定尽可能长）；Pr.124（PU通讯CR/LF选择）设定值：0（无CR/LF选择）。为调试时避免变频器频繁报警，应当在数据接收错误时允许一直的再次所以Pr.121设为9999，同样为免在查验程序过长时未与变频器通信而造成停止时间超出允许值，Pr122的校验时间间隔也设置尽可能大。设置完成后应重启变频器使设置生效，并将变频器置于PU操作模式下，即通过PU口控制变频器。
2.3 PLC通信参数设置与通信程序
PLC作为通信中的主站，在通讯使用前必须对包括上述通讯参数进行设定使之与被连接的变频器匹配，本文中PLC与变频器通讯采用非协议通讯方式，以灵活方便的方式适应被连接的设备，以其中一台变频器的通信为例，介绍其参数的设置[6]及通信程序的编写。PLC使用特殊数据寄存器D8120设置通讯参数，并要进行和校验，程序如图3所示。
a.通信格式定义及和校验
b.变频器启停控制
c.变频器频率读写
d.通信结束与数据处理
图4PLC与变频器通信程序
3. 变频控制
根据计划生产产量,计算烘干线长度并分布分段烘箱数目比例（恒速干燥阶段及降速干燥阶段分段烘箱的数目比例），并得出输送带电机的工作转速及工作频率；通过触摸屏启动烘干线自动运行，把待干燥产品投入烘干线，生产开始。
3.1 模拟量采集
分段烘道的温度传感器及湿度传感器实时采集烘干线的生产参数，并通过FX2N-4AD-PT和FX2N-4AD模块把模拟量转变成数字量传给PLC，模拟量的采集程序如下图。
a.温度采集程序
a.湿度采集程序
图5 模拟量采集程序
3.2PID控制
可编程控制器的PID模块开始工作，它可以根据烘箱内PT100铂电阻采集到的实时温度与预设工艺温度比较，并把他们的误差值作为PID控制器的输入，并把误差乘以比例常数，误差的积分乘以积分常数，误差的微分乘以微分常数，并把他们相加，从而得到PID控制器的输出，然后把结果通过上述通信的方式送给变频器，调节电机的供电频率，进行变频控制，达到调节送风量的目的，实现分段烘箱内温度控制的目的。
湿度的控制同理，根据烘箱内湿度传感器采集到的实时湿度与预设工艺湿度比较，来进行PID控制。
4. 人机界面
人机界面用三菱GX-Designer进行设计和绘制。可实时的观察各烘道内的温度及各变频器的运行频率。并进行输送带的运行频率的设定和烘道的温度和湿度设定。触摸屏A956WGOT通过RS-232与PLC通信。
5.结论
本文提出一种基于通信的变频控制方法，并将其应用于纸浆模塑产品的烘干线上。将通过分析纸浆模塑产品的烘干曲线的及烘干线的特点得出的最佳优化工艺曲线以及参数输入人机界面（HMI）传送到PLC，与通过传感器采集到的数据进行比较，然后进行PID运算，运算结果通过无协议的方式输出至变频器，用来调节风机的转速，控制烘道内的温度和湿度，实现对烘干线的优化控制。
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