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現(xiàn)場總線是應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的可以在數(shù)字化控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行通信的控制系統(tǒng)。MODBUS現(xiàn)場總線是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言,它是一種通信協(xié)議。通過此協(xié)議,控制器相互之間、 控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。MODBUS現(xiàn)場總線可以分為2 種模式:MODBUS ASCⅡ和 MODBUS RTU。本控制系統(tǒng)采用 MODBUS RTU 協(xié)議將工控機、 PLC、 變頻器組成一個數(shù)控網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)滾塑設(shè)備的智能化控制,提升了設(shè)備的現(xiàn)代化程度。

1 　 滾塑設(shè)備的控制要求

滾塑設(shè)備的發(fā)展大致可以分為 3 個階段:第一,全人工操作階段。現(xiàn)場設(shè)有 1 個加熱室、 2 個冷卻室和 2 個行車(見圖1) 。工作時依靠2 個行車上裝載工件在加熱室和冷卻室之間行進,缺點是行車的定位不準(zhǔn)確,操作繁瑣、 極易撞車,生產(chǎn)效率低(由于只有2 個行車) ;第二,自動化階段。現(xiàn)場設(shè)有1 個加熱室和1 個冷卻室,固定在同一個轉(zhuǎn)軸上的3 個臂(見圖2) ,控制系統(tǒng)采用 PLC配合觸摸屏實現(xiàn)控制和修改參數(shù)。缺點是3 個轉(zhuǎn)臂只能同時旋轉(zhuǎn),雖然實現(xiàn)了自動化,且節(jié)省了現(xiàn)場空間,但仍然存在生產(chǎn)效率低的缺陷,因為2 個臂同時處于加熱室和冷卻室,只能對剩余的一個臂進行其他操作;第三,智能化控制階段(類似于二代) 。現(xiàn)場設(shè)有1 個加熱室和1 個冷卻室,3 個臂雖然同軸,但可以獨立地旋轉(zhuǎn)。當(dāng)一個臂自動工作時,其余的2 個臂都可以獨立的處于某個位置進行其他操作。該系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線技術(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 點數(shù)上要留有余量;

(2) 上位機、 PLC、 變頻器組成一個系統(tǒng),利用 MODB2US RTU 協(xié)議實現(xiàn) 3 者的通信,可實時地修改、 監(jiān)控變頻器的頻率(經(jīng)過 PLC的內(nèi)部運算,達到修改和監(jiān)控電機轉(zhuǎn)速的目的) ;

(3) 利用工控機作上位機,可方便的監(jiān)控、 修改以下參數(shù):3 個臂的前進和后退速度;加熱室進門和出門的開關(guān)門速度;3 個臂的加熱時間、 預(yù)冷時間、 風(fēng)冷卻時間、 水冷卻時間和監(jiān)控和修改;3 個臂所處位置的監(jiān)控;定時到進前的蜂鳴報警;故障的分級和報警;系統(tǒng)運行的歷史曲線的記錄;加熱室的溫度顯示及修改;轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)速平衡的顯示。

2 　 控制系統(tǒng)硬件的選型

根據(jù)控制要求和對數(shù)字化設(shè)備的市場調(diào)研,控制系統(tǒng)的硬件選取如下:

(1) 考慮到系統(tǒng)的可擴展性, PLC 選用歐姆龍 CJ1M系列模塊式主機。PLC 結(jié)構(gòu)如下: CPU CJ1M12 , 3 個32 點的高密度輸入模塊(CJ1W ID231) ,4 個16 點的輸入模塊 ( CJ IW OC211 ) , 1 個帶 RS 485 口的通信模塊(SCU41) 。輸入點和輸出點各預(yù)留15 點,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(nèi)存 512 MB ,硬盤 80 GB ,NEC系列 17 寸液晶顯示器,工業(yè)用鍵盤和鼠標(biāo);

(4) 接觸器、 按鈕、 接近開關(guān)、 行程開關(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(jì)長秋的世紀(jì)星監(jiān)控組態(tài)軟件,256 點硬件加密系統(tǒng)。

3 　 系統(tǒng)通信的實現(xiàn)控制系統(tǒng)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(shù)據(jù)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,可方便的實現(xiàn)二者之間的通信。PLC通信單元設(shè)置通信格式:數(shù)據(jù)格式:

(3) 變頻器本體設(shè)置

正反轉(zhuǎn)由外部轉(zhuǎn)入端子有效;頻率信號設(shè)為來自 RS 485 的信號有效,通過上位機可以修改變頻器的頻率,以達到修改電機轉(zhuǎn)速的目的;11 臺變頻器分別設(shè)為1211 號從站。

(4) 時間監(jiān)控、 修改的實現(xiàn)

修改各時間時,以 PLC的數(shù)據(jù)區(qū)(DM 區(qū))作為間接尋址寄存器,在世紀(jì)星組態(tài)軟件上定義變量,方便地實現(xiàn)對各時間的監(jiān)控和修改。

(5) 利用3 G3MZ變頻器自動的模擬輸出比較控制,直接輸出給模擬儀表,顯示轉(zhuǎn)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(guī)定的時間內(nèi),轉(zhuǎn)臂不能正常地轉(zhuǎn)動到預(yù)定位置;加熱室溫度超過設(shè)定值。

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

(3) 對出現(xiàn)故障時的處理方式:當(dāng)出現(xiàn)警告時,上位機相應(yīng)的故障顯示為黃色閃爍。點擊上位機的故障顯示區(qū),可以查看故障信息,蜂鳴報警器發(fā)出間斷鳴叫告警。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重警告時,上位機顯相應(yīng)的故障示為黃色,并停止相應(yīng)部分系統(tǒng)的工作。點擊上位機的故障顯示區(qū),蜂鳴報警器發(fā)出間斷鳴則告警的頻率較快;當(dāng)出現(xiàn)致使錯誤時,可能會損壞機器設(shè)備,上位機的故障顯示為紅色,整個設(shè)備除上位機外全部停機。蜂鳴報警器一直鳴叫;點擊故障顯示區(qū)可以將故障原因、 處理方案顯示出來,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(fù)位按鈕重新啟動設(shè)備,可恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)。

5 　 歷史數(shù)據(jù)記錄

利用世紀(jì)星歷史曲線記憶系統(tǒng),將需要記憶的數(shù)據(jù)定義變量,設(shè)定為記憶并保存在相應(yīng)的區(qū)域中,實現(xiàn)設(shè)備運行中的各個重要參數(shù)的監(jiān)控記錄,對各班的產(chǎn)量做出實時統(tǒng)計。點擊上位機的相應(yīng)曲線可以查看某個變量的歷史曲線。

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