基于現(xiàn)場總線的滾塑設(shè)備控制系統(tǒng)程序設(shè)計

摘 要：現(xiàn)場總線是應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)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。將其應(yīng)用于滾塑生產(chǎn)(塑料制品的主要生產(chǎn)方式)中，對滾塑設(shè)備更新改造，可提升設(shè)備的智能化程度、生產(chǎn)工藝更加完善、產(chǎn)品質(zhì)量進一步提高，同時增強了設(shè)備運行中的可靠性和穩(wěn)定性，設(shè)備的可控性更強且操作更方便。著重介紹采用MODBUS RTU協(xié)議，將工控機、PLC、變頻器等組成一個數(shù)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其對滾塑設(shè)備智能控制程序設(shè)計中需解決的問題，同時，充分考慮到系統(tǒng)的實用性、經(jīng)濟性，開發(fā)程序時盡可能的利用程序代替外部硬件投入，爭取企業(yè)效益最大化。

關(guān)鍵詞：MODBUS RTU PLC；現(xiàn)場總線；變頻器；程序設(shè)計

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1610603

Program Design of Controlling System of Rolling Plastic Equipment Based on Field Bus

ZHAO Shuangyi，LIAN Ying，REN Jianke，LIU Chengzhu

(Xingtai College，Xingtai，054001，China)

Abstract：Field bus is a controlling system applied in industrial operation which can realize twoway communication among controlling equipments.MODBUS field bus is a common language used for digital controlling machinery，which is a communication protocal.Applying it to rolling plastic production (main method of production of plastic product) to renew the equipment of rolling plastic can improve the degree of intelligence of the equipment，make the technology of production much better，improve the quality of product.Meanwhile，the reliability and stability of the equipment can be greatly improved.The control of the equipment will be much better and available.This paper mainly introduces how to organize a numerical controlling network system on the basis of engineering controlling apparatus，PLC and frequency converter etc.adopting MODBUS RTU protocol，and，problems need to be solved in the design of the intelligence controlling program of rolling plastic equipment.At the same time，as the practicality and economization of the system is fully considered，program is utilized most possibly instead of outside hardware input when designing programs to try to gain the maximum benefit of a company.

Keywords：MODBUS RTU PLC;field bus;frequency converter;program design

現(xiàn)有的滾塑生產(chǎn)(塑料制品的主要生產(chǎn)方式)設(shè)備存在工藝落后、產(chǎn)品質(zhì)量不高和生產(chǎn)效率低等諸多問題，已不能滿足廣大用戶對其產(chǎn)品需求，現(xiàn)有滾塑生產(chǎn)設(shè)備將面臨被淘汰，對其進行革新和改造刻不容緩。現(xiàn)場總線、PLC等現(xiàn)代化數(shù)控技術(shù)已趨于成熟，并被廣泛用于數(shù)控機床制造業(yè)，采用數(shù)控技術(shù)對現(xiàn)有滾塑設(shè)備進行革新和改造是解決滾塑生產(chǎn)領(lǐng)域存在問題的有效方法。同時可最大限度地利用現(xiàn)有設(shè)備資源，減少資源浪費，并能滿足現(xiàn)代滾塑生產(chǎn)的需要，增強企業(yè)活力和競爭力，也符合我國國情。

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。MODBUS現(xiàn)場總線可以分為2種模式：MODBUS ASCⅡ和MODBUS RTU?；诂F(xiàn)場總線的滾塑設(shè)備控制系統(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)，提升設(shè)備的智能化程度，其程序設(shè)計需解決哪些問題、是否科學、在實際生產(chǎn)是否可行是問題的關(guān)鍵。

1 基于現(xiàn)場總線的滾塑設(shè)備控制系統(tǒng)的構(gòu)成

(1) 滾塑生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)有一個加熱室和一個冷卻室，3個臂依次開進加熱室、預(yù)冷位、冷卻位(分為風冷和水冷，都在冷卻室進行)，3個臂雖然同軸，但可以獨立的旋轉(zhuǎn)。當一個臂自動工作時，其余的兩個臂都可以獨立的處于某個位置進行其他操作，而不影響對其他的臂的控制(結(jié)構(gòu)如圖1所示)。

(2) 整個控制系統(tǒng)的組成由上位機、OMRON CJ1系列PLC、3G3系列變頻器組成一個系統(tǒng)，利用MODBUS RTU協(xié)議實現(xiàn)三者的通信，可實時的修改、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)，可方便的對系統(tǒng)運行中的各種時間做出修改(系統(tǒng)組成見圖2)。

2 基于MODBUS RTU協(xié)議的滾塑設(shè)備控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)采用順序的控制方式，主要由主程序模塊、通信程序模塊、定時程序模塊、運算模塊等組成。使用CXP軟件編寫執(zhí)行程序，用PROTOCOL軟件設(shè)計通信程序。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示。

3 基于現(xiàn)場總線的滾塑設(shè)備控制系統(tǒng)的系統(tǒng)程序設(shè)計中解決的技術(shù)問題

3.1 OMRON CJ1系列PLC與3G3系列變頻器之間的MODBUS協(xié)議通信問題 在CJ1 PLC上附加通信模塊，采用OMRON公司提供的PROTOCOL軟件對通信口進行協(xié)議宏通信設(shè)置、編程，實現(xiàn)PLC與變頻器之間的通信。MODBUS RTU程序如圖4所示，通信端口設(shè)置如圖5所示。

3.2 時間的修改和顯示問題

在此工程中有多個時間需要修改和監(jiān)視，要求時間顯示為分鐘、秒顯示，修改單位為分鐘。在OMRON PLC中的定時器沒有區(qū)分分、秒的功能，此功能利用PLC中的計數(shù)器配合秒脈沖和數(shù)學運算功能得以實現(xiàn)。以一號臂加熱時間為例，程序如下：

!LD P1s

*B(424) D400 #60 D101

LD 204.00

AND P1s

LDNOT 204.00

OR 200.08

CNT 0031 D101

LD P1s

AND 204.00

/B(434) C31 #60 D105

將設(shè)定值放到D400中，乘以60變?yōu)橛嫈?shù)的設(shè)定值，在D105中存放的是分鐘值，在D106中存放的是秒值，從而實現(xiàn)上述功能。

3.3 各個轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測定問題

在每個轉(zhuǎn)軸上安裝60個金屬感應(yīng)點，利用接近開關(guān)測出在10 s內(nèi)經(jīng)過該接近開關(guān)的感應(yīng)點數(shù)，經(jīng)運算可得出在一分鐘內(nèi)的軸轉(zhuǎn)速。以一號臂軸轉(zhuǎn)速為例，程序如下。

LD 200.00

ANDNOT T0001

LD T0003

OR 200.08

CNT 0000 #9999

LDNOT T0003

TIMH(015) 0001 #1000

TIMH(015) 0002 #1001

TIMH(015) 0003 #1002

LD T0002

MOV(021) C0 D0

D0當中存放的數(shù)據(jù)為10 s內(nèi)經(jīng)過該接近開關(guān)的感應(yīng)點數(shù)。在利用此種方式之后，可以降低采用編碼器的費用，同時減少外部的接線。

3.4 某一個臂在哪個位的區(qū)分問題

在控制過程中，裝載位和卸載位控制臺對各臂同一控制要求采用同一個按鈕，比如在裝載位有臂需要進加熱室時，不管哪個臂到位都是按下I:5.03這個按鈕。當在裝載位和卸載位需要對到位的一個臂進行操作時不能影響其他臂的正常工作。為區(qū)分是哪一個臂到位，在5個工位上分別裝置工位臂到位和哪個臂到哪個位接近開關(guān)，對到位的臂進行區(qū)分，從而減化了程序。以裝載位為例說明臂的區(qū)分，程序如下：

LD 5.03

AND 0.01

AND 4.07

OR 202.10

ANDNOT 1.01

ANDNOT 2.11

ANDNOT 204.12

ANDNOT 210.05

OUT 202.10

LD 5.03

AND 0.02

AND 4.07

OR 202.11

ANDNOT 1.02

ANDNOT 2.11

ANDNOT 205.12

ANDNOT 210.06

OUT 202.11

LD 5.03

AND 0.03

AND 4.07

OR 202.12

ANDNOT 1.03

ANDNOT 2.11

ANDNOT 206.12

ANDNOT 210.07

OUT 202.12

4 結(jié) 語

將現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用到滾塑設(shè)備之后，既可提高滾塑設(shè)備智能化程度，又能滿足滾塑生產(chǎn)工藝的需要，而且使操作更方便、更直觀。在研制該控制系統(tǒng)程序時，充分考慮到系統(tǒng)的實用性、經(jīng)濟性，開發(fā)程序時盡可能的利用程序代替外部硬件投入，從而降低了生產(chǎn)資金投入，最大限度地利用現(xiàn)有資源，減少資源浪費，符合我國國情。將現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用到滾塑設(shè)備之后，可為提高我國具有知識產(chǎn)權(quán)機器制造業(yè)的國際競爭力產(chǎn)生一定影響。

參 考 文 獻

［1］OMRON公司.OMRON CJ1系列PLC編程手冊\\.1999.

［2］謝克明，夏路易.可編程序控制器原理及程序設(shè)計\\.北京:電子工業(yè)出版社，2004.

［3］OMRON公司.OMRON CJ1系列PLC操作手冊\\.2001.

［4］OMRON公司.OMRON 3G3系列變頻器操作手冊\\.2002.

作者簡介 趙雙義 男，1962年出生，副教授。主要從事電力電子系統(tǒng)的教學與研究。

連 英 男，1978年出生，工程師。主要從事控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)。