BOPP薄膜生產(chǎn)線(xiàn)的CC-Link現場(chǎng)總線(xiàn)集散控制系統
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前部傳動(dòng)控制用FX2N-80MR PLC（從站9#~12#）通過(guò)FX2N-485BD板卡，采用RS-422網(wǎng)絡(luò )對擠出機、冷輥電機、慢速輥電機、快速輥電機和橫拉輥電機共5臺直流電機進(jìn)行控制與檢測；后部傳動(dòng)控制用FX2N-80MR PLC（從站17#~20#）采用相同的RS-422方式對后處理電機、上卷輥電機、收卷1電機和收卷2電機共4臺直流電機進(jìn)行控制與檢測，它們共同實(shí)現對速度鏈傳動(dòng)控制子系統的控制。此外，位于前操控臺的FX2N-80MR PLC（從站13#~16#）和位于后操控臺的FX2N-80MR PLC（從站21#~24#）分別通過(guò)其RS-422編程口與各自的單片機系統相連，用于實(shí)現調速電機的速度設定、速度顯示、調速器內部狀態(tài)監測等。
工控機IPC1（從站25#~28#）采用RS-485通訊網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)CD901智能儀表對整個(gè)溫控子系統進(jìn)行實(shí)時(shí)監測與控制，該溫控子系統包括對擠出機、機頭、縱向拉伸和橫向拉伸共34個(gè)獨立的加熱區的溫度控制。另外，位于后操控臺的FX2N-80MR PLC（從站21#~24#）還通過(guò)FX2N-485BD板卡，采用RS-485通訊方式與張力控制器LE-40MTB相連，用于實(shí)現對薄膜左、右張力的檢測與恒張力收卷控制。
工控機IPC1還有一個(gè)重要的任務(wù)就是控制并驅動(dòng)前掃描測厚裝置，檢測并顯示薄膜厚片的厚度，以及顯示傳動(dòng)子系統、溫控子系統的關(guān)鍵工藝參數情況，便于工藝技術(shù)人員及時(shí)調整相關(guān)參數，保證產(chǎn)品質(zhì)量。工控機IPC2主要用于控制、驅動(dòng)后掃描測厚裝置，檢測并顯示成品膜的厚度，產(chǎn)品的最終公差分布情況在這里得到充分的體現。IPC1與IPC2被置于同一個(gè)電控柜中，由于距離相隔很近，因此采用RS-232C通訊方式將它們連接起來(lái)，進(jìn)行數據共享。這兩臺工控機共同構成了薄膜測厚子系統。
2.3 一個(gè)集散控制流程簡(jiǎn)例
圖4所示是該集散控制系統對其中的后處理電機進(jìn)行控制的過(guò)程，圖中2、3、6、7、9表示CC-Link網(wǎng)絡(luò )，1和8表示從站（21#~24#）通過(guò)其RS-422編程口與單片機進(jìn)行數據交換，4和5表示從站（17#~20#）通過(guò)其485BD板卡與直流調速器進(jìn)行RS-422數據通訊。
來(lái)自碼盤(pán)的數值經(jīng)1、2、3、4傳輸后，進(jìn)入DC調速器6，作為后處理電機的速度設定值，該調速器與光碼共同組成一個(gè)獨立的轉速閉環(huán)控制系統。另外，后處理電機的實(shí)際轉速值經(jīng)5、6、7、8傳輸后，轉換為當前的薄膜生產(chǎn)線(xiàn)的線(xiàn)速度，由LED顯示出來(lái)，供操作人員使用，同時(shí)該線(xiàn)速度還經(jīng)由9被傳輸至IPC1，供工藝技術(shù)人員集中使用。
3 集散控制子系統設計
由于BOPP薄膜生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)工藝復雜、生產(chǎn)設備及種類(lèi)繁多、安裝地點(diǎn)較為分散，因此該集散控制系統涉及多CPU類(lèi)型（PLC、IPC、單片機）、多種通訊網(wǎng)絡(luò )結構（CC-Link、RS-422、RS-485、RS-232C），它們共同組成一個(gè)有機的整體。本文設計的集散控制系統在控制功能上可以分為四類(lèi)控制子系統：速度鏈傳動(dòng)控制系統、溫控系統、測厚系統和輔助控制系統。
3.1 速度鏈傳動(dòng)控制系統
3.1.1 速度鏈傳動(dòng)
生產(chǎn)線(xiàn)的主傳動(dòng)系統由擠出機電機、冷輥電機、慢速輥電機、快速輥電機、橫拉輥電機、后處理電機、上卷電機、收卷1電機和收卷2電機組成，它們分別由DC調速器1～調速器9來(lái)驅動(dòng)，電機轉速設定值由操控臺上的碼盤(pán)值間接給出。根據生產(chǎn)工藝的要求，除擠出機電機單獨控制外，其余7臺電機（注：收卷1和收卷2不同時(shí)使用）必須保持嚴格的同步速度，即要求按照特定的速度鏈進(jìn)行增/減速，且本級電機的速度變化只能影響本級和后續各級，不允許改變前面各級電機的速度。
設碼盤(pán)值M0~M6分別表示調速器2～調速器8的轉速設定系數，N0～N6分別表示調速器2～調速器8的轉速設定值的百分比。則速度鏈由下式表示：
其中Ki表示對應碼盤(pán)值的基值常數。由式（1）易知，N0僅受自身碼盤(pán)M0的控制，與其它碼盤(pán)值無(wú)關(guān)。另外，當任一碼盤(pán)值Mi改變時(shí)，它只影響自身和其后的設定值Ni~N6，而不影響其前面的設定值N0～Ni-1。
3.1.2 傳動(dòng)控制
主傳動(dòng)控制分為前部傳動(dòng)控制和后部傳動(dòng)控制兩部分，它們獨立構成自己的二級RS－422網(wǎng)絡(luò )。前部傳動(dòng)控制由從站9#~12# PLC與調速器1～5組成，后部傳動(dòng)控制由從站17#~20# PLC與調速器6～9組成，其中，從站9#~12# PLC和從站17#~20# PLC既作為CC-Link網(wǎng)絡(luò )的從站，又作為二級RS－422網(wǎng)絡(luò )的主站。圖5所示表示該二級網(wǎng)絡(luò )的主站與單臺調速器進(jìn)行參數的讀寫(xiě)通訊過(guò)程，與多臺調速器進(jìn)行讀寫(xiě)控制時(shí)，是采用逐臺通訊、輪換進(jìn)行的，通訊波特率最高為19200波特，實(shí)踐表明完全滿(mǎn)足系統的實(shí)時(shí)性要求。
圖6所示表示快速輥在速度鏈傳動(dòng)控制過(guò)程中的轉速控制方式。根據單機/聯(lián)動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)可以實(shí)現快速輥的單個(gè)控制方式和速度鏈控制方式，圖中的“碼盤(pán)值”表示快速輥的速度可以由操控臺上的碼盤(pán)進(jìn)行在線(xiàn)修改；“固定值1”表示穿片速度，此時(shí)快速輥與慢速輥的線(xiàn)速度相同；“固定值2”表示在薄膜生產(chǎn)過(guò)程中，若出現破膜信號，則快速輥及其后續主傳動(dòng)輥立即降至某一固定值，便于操作人員進(jìn)行處理。
3.2 溫控系統
溫控系統主要由工控機、34套CD901溫控儀、RS－232C/RS－485轉換器、功率模塊等組成。工控機對溫控系統的溫度設定及實(shí)時(shí)溫度監測是采用RS－485通訊方式實(shí)現的，圖7所示為溫控系統的通訊控制過(guò)程。系統采用ASCII碼傳輸模式，可以對設備地址、波特率、數據位和校驗位等進(jìn)行設定。本系統采用9600bps、1位起始位、8位數據位、無(wú)奇偶校驗、1位停止位，ID地址范圍為1～34。首先工控機發(fā)送EOT（04H）進(jìn)行數據初始化，然后發(fā)送數據，表1表示工控機查詢(xún)參數的數據格式。溫控儀接收到數據后，便發(fā)出相應的響應數據，表2表示溫控儀響應工控機查詢(xún)過(guò)程的數據格式。表3表示工控機參數寫(xiě)入過(guò)程的數據格式，當溫控儀接收到正確的參數寫(xiě)入命令后，則發(fā)出ACK（06H）響應信號；當接收到不正確的指令數據時(shí)，則發(fā)出NAK（15H）信號。其中Device address為溫控儀的ID地址，STX（02H）表示開(kāi)始控制字符，Identifier為操作符，DATA表示操作數據，ETX（03H）為數據結束字符，BCC為校驗碼（異或和）。
溫度的設定與監測都要首先由工控機向溫控儀發(fā)送數據，每批數據的發(fā)送均要占用一定的系統時(shí)間（約3ms）。由于CD901的通訊為應答式方式，因此不能只是不斷地向溫控儀發(fā)送數據，而應采取分時(shí)方式進(jìn)行處理。為確保通訊過(guò)程的正常進(jìn)行，用10ms的時(shí)間發(fā)送一幀數據，若通訊失敗就重復發(fā)送，重復次數超過(guò)3次則認為通訊故障并報警。若發(fā)送成功，此時(shí)還不能立即發(fā)送第二幀數據，要等溫控儀返回正確的通訊數據才可以繼續發(fā)送新數據。工控機發(fā)送的數據指令含有ID地址，當數據發(fā)送成功后，只有符合指定ID地址的溫控儀才會(huì )返回正確的應答數據，這樣就可以根據工控機發(fā)送的ID號來(lái)鑒別是哪個(gè)溫控儀返回的數據了。由于該RS－485通訊的波特率設置為9600bps，而溫控系統慣性大，溫度變化較慢，實(shí)際應用證明完全滿(mǎn)足工程要求。
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