基于MODBUS現場(chǎng)總線(xiàn)的滾塑設備控制系統

　　隨著(zhù)國民經(jīng)濟快速發(fā)展，塑料制品在人們生活中的應用越來(lái)越廣泛，發(fā)展塑料制品工業(yè)是社會(huì )發(fā)展的急需，同時(shí)塑料制品有其成型好、重量輕、強度大、力學(xué)性能高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多地得到用戶(hù)的青睞。滾塑生產(chǎn)是塑料制品的主要生產(chǎn)方式之一。軍事國防產(chǎn)品如戰備箱組、野戰簡(jiǎn)易辦公設備等塑料制品要求高強度、強彈性且適合空降。所以大部分的軍用塑料制品都必須采用滾塑方式來(lái)制造。同時(shí)滾塑方式生產(chǎn)的產(chǎn)品回收粉碎后可實(shí)現再生產(chǎn)，重復利用而不影響其質(zhì)量，可以節約能源。

　　現行的滾塑生產(chǎn)方式無(wú)論是在生產(chǎn)規模還是在生產(chǎn)工藝上已不能滿(mǎn)足時(shí)代所需。引進(jìn)設備雖然在性能上優(yōu)于現有設備，但在實(shí)際生產(chǎn)中仍存在不少問(wèn)題：進(jìn)口設備價(jià)格昂貴，受資金影響，不能批量進(jìn)口，故從生產(chǎn)規模上不能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求；操作繁瑣，進(jìn)口設備操作界面及各種標識均屬英文，由于工人外語(yǔ)水平較低，一旦操作不當，產(chǎn)品將成為廢品，造成浪費；維修周期長(cháng)，由于外商技術(shù)壟斷，設備發(fā)生故障需外方專(zhuān)家到現場(chǎng)親自維修，耽誤生產(chǎn)；現有設備閑置，造成不必要的資源浪費?，F場(chǎng)總線(xiàn)、PID等現代化數控網(wǎng)絡(luò )技術(shù)已趨于成熟，并被廣泛用于數控機床制造業(yè)，因此采用數控網(wǎng)絡(luò )技術(shù)對現有滾塑設備進(jìn)行革新和改造是非?？尚械?，具有科學(xué)性。采用現代化數控網(wǎng)絡(luò )技術(shù)對現有滾塑設備進(jìn)行革新和改造，其優(yōu)點(diǎn)：可提高滾塑設備智能化程度，以滿(mǎn)足滾塑生產(chǎn)工藝的需要；可降低生產(chǎn)資金投入，最大限度地利用現有資源，減少資源浪費，并能滿(mǎn)足滾塑生產(chǎn)規模的需要，符合我國國情；革新和改造后的設備可控性強、操作方便，避免因操作不當造成不應有的損失。

　　現場(chǎng)總線(xiàn)是應用于工業(yè)現場(chǎng)的可以在數字化控制設備之間實(shí)現雙向串行通信的控制系統。MODBUS現場(chǎng)總線(xiàn)是應用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言，它是一種通信協(xié)議。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò )和其他設備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標準。MODBUS現場(chǎng)總線(xiàn)可以分為2種模式：MODBUS ASCⅡ和MODBUS RTU。本控制系統采用MODBUS RTU協(xié)議將工控機、PLC、變頻器組成一個(gè)數控網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現滾塑設備的智能化控制，提升了設備的現代化程度。

1 滾塑設備的控制要求

　　滾塑設備的發(fā)展大致可以分為3個(gè)階段：第一，全人工操作階段?，F場(chǎng)設有1個(gè)加熱室、2個(gè)冷卻室和2個(gè)行車(chē)(見(jiàn)圖1)。工作時(shí)依靠2個(gè)行車(chē)上裝載工件在加熱室和冷卻室之間行進(jìn)，缺點(diǎn)是行車(chē)的定位不準確，操作繁瑣、極易撞車(chē)，生產(chǎn)效率低(由于只有2個(gè)行車(chē))；第二，自動(dòng)化階段?，F場(chǎng)設有1個(gè)加熱室和1個(gè)冷卻室，固定在同一個(gè)轉軸上的3個(gè)臂(見(jiàn)圖2)，控制系統采用PLC配合觸摸屏實(shí)現控制和修改參數。缺點(diǎn)是3個(gè)轉臂只能同時(shí)旋轉，雖然實(shí)現了自動(dòng)化，且節省了現場(chǎng)空間，但仍然存在生產(chǎn)效率低的缺陷，因為2個(gè)臂同時(shí)處于加熱室和冷卻室，只能對剩余的一個(gè)臂進(jìn)行其他操作；第三，智能化控制階段(類(lèi)似于二代)?，F場(chǎng)設有1個(gè)加熱室和1個(gè)冷卻室，3個(gè)臂雖然同軸，但可以獨立地旋轉。當一個(gè)臂自動(dòng)工作時(shí)，其余的2個(gè)臂都可以獨立的處于某個(gè)位置進(jìn)行其他操作。該系統采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，其具體控制要求為：

　　(1)以PLC作為中心控制單元，要求性能可靠，且具有良好的可擴展性能，I／O點(diǎn)數上要留有余量；

　　(2)上位機、PLC、變頻器組成一個(gè)系統，利用MODBUS RTU協(xié)議實(shí)現3者的通信，可實(shí)時(shí)地修改、監控變頻器的頻率(經(jīng)過(guò)PLC的內部運算，達到修改和監控電機轉速的目的)；

　　(3)利用工控機作上位機，可方便的監控、修改以下參數：3個(gè)臂的前進(jìn)和后退速度；加熱室進(jìn)門(mén)和出門(mén)的開(kāi)關(guān)門(mén)速度；3個(gè)臂的加熱時(shí)間、預冷時(shí)間、風(fēng)冷卻時(shí)間、水冷卻時(shí)間和監控和修改；3個(gè)臂所處位置的監控；定時(shí)到進(jìn)前的蜂鳴報警；故障的分級和報警；系統運行的歷史曲線(xiàn)的記錄；加熱室的溫度顯示及修改；轉臂轉速平衡的顯示。

2 控制系統硬件的選型

　　根據控制要求和對數字化設備的市場(chǎng)調研，控制系統的硬件選取如下：

　　(1)考慮到系統的可擴展性，PLC選用歐姆龍CJ1M系列模塊式主機。PLC結構如下：CPU CJ1M12，3個(gè)32點(diǎn)的高密度輸入模塊(CJ1W ID231)，4個(gè)16點(diǎn)的輸入模塊(CJIW OC211)，1個(gè)帶RS 485口的通信模塊(SCU41)。輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)各預留15點(diǎn)，以備擴展；

　　(2)變頻器選用3G3MZ系列；

　　(3)工控機選用研華公司的系列產(chǎn)品，配置如下：CPU P4，內存512 MB，硬盤(pán)80 GB，NEC系列17寸液晶顯示器，工業(yè)用鍵盤(pán)和鼠標；

　　(4)接觸器、按鈕、接近開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)均選用歐姆龍公司的相關(guān)產(chǎn)品；

　　(5)組態(tài)軟件選用世紀長(cháng)秋的世紀星監控組態(tài)軟件，256點(diǎn)硬件加密系統。

3 系統通信的實(shí)現

　　控制系統為主從站通信方式，將PLC作為主站，11臺變頻器作為從站。

　　(1)上位機與PLC之間用RS 232串行口，數據格式：

　　(2)PLC和變頻器之間利用PLC的SCU41通信模塊上RS 422／485口，利用歐姆龍公司提供的協(xié)議宏功能，可方便的實(shí)現二者之間的通信。PLC通信單元設置通信格式：

數據格式：

MODBUS RTU消息幀格式：

　　(3)變頻器本體設置

　　正反轉由外部轉入端子有效；

　　頻率信號設為來(lái)自RS 485的信號有效，通過(guò)上位機可以修改變頻器的頻率，以達到修改電機轉速的目的；

　　11臺變頻器分別設為1-11號從站。

　　(4)時(shí)間監控、修改的實(shí)現

　　修改各時(shí)間時(shí)，以PLC的數據區(DM區)作為間接尋址寄存器，在世紀星組態(tài)軟件上定義變量，方便地實(shí)現對各時(shí)間的監控和修改。

　　(5)利用3G3MZ變頻器自動(dòng)的模擬輸出比較控制，直接輸出給模擬儀表，顯示轉臂平衡。

4 故障的分級及處理

　　(1)故障信息的采集由以下幾種方式：

　　變頻器本體自帶的故障輸出；在規定的時(shí)間內，轉臂不能正常地轉動(dòng)到預定位置；加熱室溫度超過(guò)設定值。

　　(2)根據采集的故障信息，PLC編程區分故障的級別。故障級別可以分為：警告、嚴重警告、致命錯誤。

　　(3)對出現故障時(shí)的處理方式：當出現警告時(shí)，上位機相應的故障顯示為黃色閃爍。點(diǎn)擊上位機的故障顯示區，可以查看故障信息，蜂鳴報警器發(fā)出間斷嗚叫告警。

　　當出現嚴重警告時(shí)，上位機顯相應的故障示為黃色，并停止相應部分系統的工作。點(diǎn)擊上位機的故障顯示區，蜂鳴報警器發(fā)出間斷鳴劂告警的頻率較快；當出現致使錯誤時(shí)，可能會(huì )損壞機器設備，上位機的故障顯示為紅色，整個(gè)設備除上位機外全部停機。蜂鳴報警器一直鳴叫；點(diǎn)擊故障顯示區可以將故障原因、處理方案顯示出來(lái)，以幫助技術(shù)人員做出處理。

　　(4)工作人員將故障排除后，按下復位按鈕重新啟動(dòng)設備，可恢復正常運轉。

5 歷史數據記錄

　　利用世紀星歷史曲線(xiàn)記憶系統，將需要記憶的數據定義變量，設定為記憶并保存在相應的區域中，實(shí)現設備運行中的各個(gè)重要參數的監控記錄，對各班的產(chǎn)量做出實(shí)時(shí)統計。點(diǎn)擊上位機的相應曲線(xiàn)可以查看某個(gè)變量的歷史曲線(xiàn)。將MODBUS現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)應用到滾塑設備后，既可以提高設備的智能化程度，又提高了生產(chǎn)效率、節省了能源，將會(huì )為提高我國具有知識產(chǎn)權的機器制造業(yè)的國際競爭產(chǎn)生一定影響。