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西門子模塊6ES7211-0AA23-0XB0性能參數(shù)
西門子模塊6ES7211-0AA23-0XB0性能參數(shù)
一個(gè)集散控制流程簡(jiǎn)例
圖4所示是該集散控制系統(tǒng)對(duì)其中的后處理電機(jī)進(jìn)行控制的過程，圖中2、3、6、7、9表示CC-bbbb網(wǎng)絡(luò)，1和8表示從站（21#~24#）通過其RS-422編程口與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，4和5表示從站（17#~20#）通過其485BD板卡與直流調(diào)速器進(jìn)行RS-422數(shù)據(jù)通
訊。來自碼盤的數(shù)值經(jīng)1、2、3、4傳輸后，進(jìn)入DC調(diào)速器6，作為后處理電機(jī)的速度設(shè)定值，該調(diào)速器與光碼共同組成一個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)。另外，后處理電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速值經(jīng)5、6、7、8傳輸后，轉(zhuǎn)換為當(dāng)前的薄膜生產(chǎn)線的線速度，由LED顯示出來，供操作人員使用，同時(shí)該線速度還經(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(tǒng)設(shè)計(jì)
由于BOPP薄膜生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝復(fù)雜、生產(chǎn)設(shè)備及種類繁多、安裝地點(diǎn)較為分散，因此該集散控制系統(tǒng)涉及多CPU類型（PLC、IPC、單片機(jī)）、多種通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（CC-bbbb、RS-422、RS-485、RS-232C），它們共同組成一個(gè)有機(jī)的整體。本文設(shè)計(jì)的集散控制系統(tǒng)在控制功能上可以分為四類控制子系統(tǒng)：速度鏈傳動(dòng)控制系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、測(cè)厚系統(tǒng)和輔助控制系統(tǒng)。
3.1 速度鏈傳動(dòng)控制系統(tǒng)
3.1.1 速度鏈傳動(dòng)
生產(chǎn)線的主傳動(dòng)系統(tǒng)由擠出機(jī)電機(jī)、冷輥電機(jī)、慢速輥電機(jī)、快速輥電機(jī)、橫拉輥電機(jī)、后處理電機(jī)、上卷電機(jī)、收卷1電機(jī)和收卷2電機(jī)組成，它們分別由DC調(diào)速器1～調(diào)速器9來驅(qū)動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值由操控臺(tái)上的碼盤值間接給出。根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，除擠出機(jī)電機(jī)單獨(dú)控制外，其余7臺(tái)電機(jī)（注：收卷1和收卷2不同時(shí)使用）必須保持嚴(yán)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(jí)電機(jī)的速度變化只能影響本級(jí)和后續(xù)各級(jí)，不允許改變前面各級(jí)電機(jī)的速度。
設(shè)碼盤值M0~M6分別表示調(diào)速器2～調(diào)速器8的轉(zhuǎn)速設(shè)定系數(shù)，N0～N6分別表示調(diào)速器2～調(diào)速器8的轉(zhuǎn)速設(shè)定值的百分比。則速度鏈由下式表示：
其中Ki表示對(duì)應(yīng)碼盤值的基值常數(shù)。由式（1）易知，N0僅受自身碼盤M0的控制，與其它碼盤值無關(guān)。另外，當(dāng)任一碼盤值Mi改變時(shí)，它只影響自身和其后的設(shè)定值Ni~N6，而不影響其前面的設(shè)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(dú)立構(gòu)成自己的二級(jí)RS－422網(wǎng)絡(luò)。前部傳動(dòng)控制由從站9#~12# PLC與調(diào)速器1～5組成，后部傳動(dòng)控制由從站17#~20# PLC與調(diào)速器6～9組成，其中，從站9#~12# PLC和從站17#~20# PLC既作為CC-bbbb網(wǎng)絡(luò)的從站，又作為二級(jí)RS－422網(wǎng)絡(luò)的主站。圖5所示表示該二級(jí)網(wǎng)絡(luò)的主站與單臺(tái)調(diào)速器進(jìn)行參數(shù)的讀寫通訊過程，與多臺(tái)調(diào)速器進(jìn)行讀寫控制時(shí)，是采用逐臺(tái)通訊、輪換進(jìn)行的，通訊波特率最高為19200波特，實(shí)踐表明系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。
圖6所示表示快速輥在速度鏈傳動(dòng)控制過程中的轉(zhuǎn)速控制方式。根據(jù)單機(jī)/聯(lián)動(dòng)選擇開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)快速輥的單個(gè)控制方式和速度鏈控制方式，圖中的“碼盤值"表示快速輥的速度可以由操控臺(tái)上的碼盤進(jìn)行在線修改；“固定值1"表示穿片速度，此時(shí)快速輥與慢速輥的線速度相同；“固定值2"表示在薄膜生產(chǎn)過程中，若出現(xiàn)破膜信號(hào)，則快速輥及其后續(xù)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(tǒng)
溫控系統(tǒng)主要由工控機(jī)、34套CD901溫控儀、RS－232C/RS－485轉(zhuǎn)換器、功率模塊等組成。工控機(jī)對(duì)溫控系統(tǒng)的溫度設(shè)定及實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)是采用RS－485通訊方式實(shí)現(xiàn)的，圖7所示為溫控系統(tǒng)的通訊控制過程。系統(tǒng)采用ASCII碼傳輸模式，可以對(duì)設(shè)備地址、波特率、數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位等進(jìn)行設(shè)定。本系統(tǒng)采用9600bps、1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、無奇偶校驗(yàn)、1位停止位，ID地址范圍為1～34。首先工控機(jī)發(fā)送EOT（04H）進(jìn)行數(shù)據(jù)初始化，然后發(fā)送數(shù)據(jù)，表1表示工控機(jī)查詢參數(shù)的數(shù)據(jù)格式。溫控儀接收到數(shù)據(jù)后，便發(fā)出相應(yīng)的響應(yīng)數(shù)據(jù)，表2表示溫控儀響應(yīng)工控機(jī)查詢過程的數(shù)據(jù)格式。表3表示工控機(jī)參數(shù)寫入過程的數(shù)據(jù)格式，當(dāng)溫控儀接收到正確的參數(shù)寫入命令后，則發(fā)出ACK（06H）響應(yīng)信號(hào)；當(dāng)接收到不正確的指令數(shù)據(jù)時(shí)，則發(fā)出NAK（15H）信號(hào)。其中Device address為溫控儀的ID地址，STX（02H）表示開始控制字符，Identifier為操作符，DATA表示操作數(shù)據(jù)，ETX（03H）為數(shù)據(jù)結(jié)束字符，BCC為校驗(yàn)碼（異或和）。
溫度的設(shè)定與監(jiān)測(cè)都要首先由工控機(jī)向溫控儀發(fā)送數(shù)據(jù)，每批數(shù)據(jù)的發(fā)送均要占用一定的系統(tǒng)時(shí)間（約3ms）。由于CD901的通訊為應(yīng)答式方式，因此不能只是不斷地向溫控儀發(fā)送數(shù)據(jù)，而應(yīng)采取分時(shí)方式進(jìn)行處理。為確保通訊過程的正常進(jìn)行，用10ms的時(shí)間發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，若通訊失敗就重復(fù)發(fā)送，重復(fù)次數(shù)超過3次則認(rèn)為通訊故障并報(bào)警。若發(fā)送成功，此時(shí)還不能立即發(fā)送第二幀數(shù)據(jù)，要等溫控儀返回正確的通訊數(shù)據(jù)才可以繼續(xù)發(fā)送新數(shù)據(jù)。工控機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)指令含有ID地址，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送成功后，只有符合ID地址的溫控儀才會(huì)返回正確的應(yīng)答數(shù)據(jù)，這樣就可以根據(jù)工控機(jī)發(fā)送的ID號(hào)來鑒別是哪個(gè)溫控儀返回的數(shù)據(jù)了。由于該RS－485通訊的波特率設(shè)置為9600bps，而溫控系統(tǒng)慣性大，溫度變化較慢，實(shí)際應(yīng)用證明工程要求。
此外，考慮到溫度設(shè)定過程的隨機(jī)性特點(diǎn)，在本系統(tǒng)中建立了一個(gè)監(jiān)控線程來專門監(jiān)測(cè)設(shè)定溫度值的變化情況，一旦設(shè)定值發(fā)生變化就將溫度監(jiān)測(cè)線程掛起，發(fā)送新的溫度設(shè)定值，設(shè)定成功后繼續(xù)恢復(fù)對(duì)實(shí)時(shí)溫度值的監(jiān)測(cè)。這樣利用MFC自帶的多線程功能，充分利用了bbbbbbs的多任務(wù)處理功能。多串口數(shù)據(jù)的接收也采用線程的方法，建立一個(gè)線程來監(jiān)視串口是否有新的數(shù)據(jù)，一旦有新數(shù)據(jù)則將其保存，并繼續(xù)監(jiān)測(cè)串口。
3.3 測(cè)厚系統(tǒng)
BOPP薄膜測(cè)厚系統(tǒng)由兩個(gè)獨(dú)立部分組成，一個(gè)是前掃描測(cè)厚系統(tǒng)，用于測(cè)量薄膜厚片的厚度；另一個(gè)是后掃描測(cè)厚系統(tǒng)，用于測(cè)量成品膜的厚度。它們分別由IPC1和IPC2工控機(jī)進(jìn)行測(cè)控，雖然它們地處生產(chǎn)線不同位置，且相對(duì)獨(dú)立，但測(cè)量原理、基本功能及結(jié)構(gòu)大致相似。均由V型掃描架、掃描驅(qū)動(dòng)裝置、控制器及掃描傳感器等組成，在掃描架上裝有自動(dòng)/手動(dòng)、掃描、退出、樣品、參考等觸點(diǎn)開關(guān)和方式、狀態(tài)指示燈等，同時(shí)還配有電機(jī)用來驅(qū)動(dòng)掃描傳感器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)等。
測(cè)厚系統(tǒng)軟件采用VC編寫，以充分利用其圖形和對(duì)硬件接口的直接操作功能，軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)管理模塊和掃描工作模塊兩部分。系統(tǒng)管理模塊主要用于系統(tǒng)參數(shù)的修改、顯示測(cè)量曲線、復(fù)制圖表、在線打印工作參數(shù)及控制掃描架工作狀態(tài)等。掃描工作模塊受系統(tǒng)管理模塊控制，主要具有4種工作方式：掃描工作方式、退出掃描方式、參考工作方式和樣品工作方式。圖8所示為后掃描工作模塊程序流程圖。
掃描工作方式是4種工作方式的核心部分，用于完成對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的控制、數(shù)據(jù)采集及后續(xù)處理等功能。退出掃描方式用于當(dāng)出現(xiàn)破膜現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)退出當(dāng)前對(duì)薄膜的掃描測(cè)量過程，為進(jìn)入其它工作方式作準(zhǔn)備。參考工作方式用于檢查傳感器的穩(wěn)定性，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行背景計(jì)數(shù)、空氣計(jì)數(shù)和旗計(jì)數(shù)，并自動(dòng)計(jì)算出旗空比，若旗空比為0.75，則表明傳感器的工作是穩(wěn)定的。樣品工作方式用于進(jìn)行樣品試驗(yàn)，由于生產(chǎn)原料的差異性，會(huì)造成薄膜測(cè)厚的基準(zhǔn)的變化，因此當(dāng)改變?cè)蠒r(shí)，通過對(duì)新樣品的試驗(yàn)，獲得對(duì)新基準(zhǔn)的修正參數(shù)，校正測(cè)量值以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。
3.4 輔助控制系統(tǒng)
輔助控制系統(tǒng)主要包括對(duì)儲(chǔ)片架升降、換卷系統(tǒng)、羅茨風(fēng)機(jī)、排風(fēng)風(fēng)機(jī)、跟緊輥、自動(dòng)注油系統(tǒng)、恒張力收卷等的控制。圖9所示是雙收卷輥在自動(dòng)換卷方式下的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖[4]。
4 結(jié)束語
本文所述集散控制系統(tǒng)已于2002年11月成功應(yīng)用于常州市絕緣材料總廠BOPP薄膜生產(chǎn)線上，至今生產(chǎn)線運(yùn)行可靠，控制性能良好。實(shí)踐還表明該系統(tǒng)可擴(kuò)展性好，適應(yīng)性強(qiáng)，明顯縮短了系統(tǒng)的研制周期，節(jié)省了大量控制線纜。本系統(tǒng)的成功應(yīng)用為今后進(jìn)一步的類似使用提供了有力實(shí)證。