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BOPP薄膜生产线的CC-Link现场总线集散控制系统

作者:时间:2012-08-28来源:网络收藏

前部传动控制用FX2N-80MR PLC(从站9#~12#)通过FX2N-485BD板卡,采用RS-422网络对挤出机、冷辊电机、慢速辊电机、快速辊电机和横拉辊电机共5台直流电机进行控制与检测;后部传动控制用FX2N-80MR PLC(从站17#~20#)采用相同的RS-422方式对后处理电机、上卷辊电机、收卷1电机和收卷2电机共4台直流电机进行控制与检测,它们共同实现对速度链传动控制子系统的控制。此外,位于前操控台的FX2N-80MR PLC(从站13#~16#)和位于后操控台的FX2N-80MR PLC(从站21#~24#)分别通过其RS-422编程口与各自的单片机系统相连,用于实现调速电机的速度设定、速度显示、调速器内部状态监测等。
工控机IPC1(从站25#~28#)采用RS-485通讯网络,通过CD901智能仪表对整个温控子系统进行实时监测与控制,该温控子系统包括对挤出机、机头、纵向拉伸和横向拉伸共34个独立的加热区的温度控制。另外,位于后操控台的FX2N-80MR PLC(从站21#~24#)还通过FX2N-485BD板卡,采用RS-485通讯方式与张力控制器LE-40MTB相连,用于实现对薄膜左、右张力的检测与恒张力收卷控制。
工控机IPC1还有一个重要的任务就是控制并驱动前扫描测厚装置,检测并显示薄膜厚片的厚度,以及显示传动子系统、温控子系统的关键工艺参数情况,便于工艺技术人员及时调整相关参数,保证产品质量。工控机IPC2主要用于控制、驱动后扫描测厚装置,检测并显示成品膜的厚度,产品的最终公差分布情况在这里得到充分的体现。IPC1与IPC2被置于同一个电控柜中,由于距离相隔很近,因此采用RS-232C通讯方式将它们连接起来,进行数据共享。这两台工控机共同构成了薄膜测厚子系统。
2.3 一个集散控制流程简例
图4所示是该对其中的后处理电机进行控制的过程,图中2、3、6、7、9表示网络,1和8表示从站(21#~24#)通过其RS-422编程口与单片机进行数据交换,4和5表示从站(17#~20#)通过其485BD板卡与直流调速器进行RS-422数据通讯。


来自码盘的数值经1、2、3、4传输后,进入DC调速器6,作为后处理电机的速度设定值,该调速器与光码共同组成一个独立的转速闭环控制系统。另外,后处理电机的实际转速值经5、6、7、8传输后,转换为当前的薄膜生产线的线速度,由LED显示出来,供操作人员使用,同时该线速度还经由9被传输至IPC1,供工艺技术人员集中使用。
3 集散控制子系统设计
由于的生产工艺复杂、生产设备及种类繁多、安装地点较为分散,因此该涉及多CPU类型(PLC、IPC、单片机)、多种通讯网络结构(、RS-422、RS-485、RS-232C),它们共同组成一个有机的整体。本文设计的在控制功能上可以分为四类控制子系统:速度链传动控制系统、温控系统、测厚系统和辅助控制系统。
3.1 速度链传动控制系统
3.1.1 速度链传动
生产线的主传动系统由挤出机电机、冷辊电机、慢速辊电机、快速辊电机、横拉辊电机、后处理电机、上卷电机、收卷1电机和收卷2电机组成,它们分别由DC调速器1~调速器9来驱动,电机转速设定值由操控台上的码盘值间接给出。根据生产工艺的要求,除挤出机电机单独控制外,其余7台电机(注:收卷1和收卷2不同时使用)必须保持严格的同步速度,即要求按照特定的速度链进行增/减速,且本级电机的速度变化只能影响本级和后续各级,不允许改变前面各级电机的速度。
设码盘值M0~M6分别表示调速器2~调速器8的转速设定系数,N0~N6分别表示调速器2~调速器8的转速设定值的百分比。则速度链由下式表示:


其中Ki表示对应码盘值的基值常数。由式(1)易知,N0仅受自身码盘M0的控制,与其它码盘值无关。另外,当任一码盘值Mi改变时,它只影响自身和其后的设定值Ni~N6,而不影响其前面的设定值N0~Ni-1。
3.1.2 传动控制
主传动控制分为前部传动控制和后部传动控制两部分,它们独立构成自己的二级RS-422网络。前部传动控制由从站9#~12# PLC与调速器1~5组成,后部传动控制由从站17#~20# PLC与调速器6~9组成,其中,从站9#~12# PLC和从站17#~20# PLC既作为网络的从站,又作为二级RS-422网络的主站。图5所示表示该二级网络的主站与单台调速器进行参数的读写通讯过程,与多台调速器进行读写控制时,是采用逐台通讯、轮换进行的,通讯波特率最高为19200波特,实践表明完全满足系统的实时性要求。


图6所示表示快速辊在速度链传动控制过程中的转速控制方式。根据单机/联动选择开关可以实现快速辊的单个控制方式和速度链控制方式,图中的“码盘值”表示快速辊的速度可以由操控台上的码盘进行在线修改;“固定值1”表示穿片速度,此时快速辊与慢速辊的线速度相同;“固定值2”表示在薄膜生产过程中,若出现破膜信号,则快速辊及其后续主传动辊立即降至某一固定值,便于操作人员进行处理。

3.2 温控系统
温控系统主要由工控机、34套CD901温控仪、RS-232C/RS-485转换器、功率模块等组成。工控机对温控系统的温度设定及实时温度监测是采用RS-485通讯方式实现的,图7所示为温控系统的通讯控制过程。系统采用ASCII码传输模式,可以对设备地址、波特率、数据位和校验位等进行设定。本系统采用9600bps、1位起始位、8位数据位、无奇偶校验、1位停止位,ID地址范围为1~34。首先工控机发送EOT(04H)进行数据初始化,然后发送数据,表1表示工控机查询参数的数据格式。温控仪接收到数据后,便发出相应的响应数据,表2表示温控仪响应工控机查询过程的数据格式。表3表示工控机参数写入过程的数据格式,当温控仪接收到正确的参数写入命令后,则发出ACK(06H)响应信号;当接收到不正确的指令数据时,则发出NAK(15H)信号。其中Device address为温控仪的ID地址,STX(02H)表示开始控制字符,Identifier为操作符,DATA表示操作数据,ETX(03H)为数据结束字符,BCC为校验码(异或和)。


温度的设定与监测都要首先由工控机向温控仪发送数据,每批数据的发送均要占用一定的系统时间(约3ms)。由于CD901的通讯为应答式方式,因此不能只是不断地向温控仪发送数据,而应采取分时方式进行处理。为确保通讯过程的正常进行,用10ms的时间发送一帧数据,若通讯失败就重复发送,重复次数超过3次则认为通讯故障并报警。若发送成功,此时还不能立即发送第二帧数据,要等温控仪返回正确的通讯数据才可以继续发送新数据。工控机发送的数据指令含有ID地址,当数据发送成功后,只有符合指定ID地址的温控仪才会返回正确的应答数据,这样就可以根据工控机发送的ID号来鉴别是哪个温控仪返回的数据了。由于该RS-485通讯的波特率设置为9600bps,而温控系统惯性大,温度变化较慢,实际应用证明完全满足工程要求。



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