摘 要：滾塑生產(chǎn)是塑料制品的主要生產(chǎn)方式?，F(xiàn)有的滾塑設(shè)備已成為制約企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。研制以PLC為核心控制元件、基于MODBUS協(xié)議的控制系統(tǒng)已迫在眉捷。著重介紹基于MODBUS現(xiàn)場總線的滾塑設(shè)備控制系統(tǒng)，它由上位機、PLC、變頻器組成一個數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，可方便地實現(xiàn)對現(xiàn)場各參數(shù)的修改，將系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的故障進(jìn)行分級處理，并將各參數(shù)進(jìn)行記錄。將現(xiàn)場總線應(yīng)用到滾塑設(shè)備的控制系統(tǒng)之后，既可以提高設(shè)備的智能化程度又能提高生產(chǎn)效率，同時增強了設(shè)備運行的可靠性、穩(wěn)定性，使產(chǎn)品質(zhì)量大大提高。利用現(xiàn)場總線PLC，PLD等現(xiàn)代化數(shù)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對滾塑設(shè)備進(jìn)行革新和改造，顯著提高現(xiàn)有設(shè)備的智能化程度。

關(guān)鍵詞：MODBUS現(xiàn)場總線；工控機；PLC滾塑設(shè)備；故障處理

Control System of Rolling Plastic Equipment Based on MODBUS Field Bus

HAO Shuangyi，REN Jianke，LIAN Ying，LIU Chengzhu

(Xingtai University，Xingtai，054001，China

Abstract：Rolling plastic production is the main method of plastics manufacturing.The present rolling plastic equipment became the key factor that prevents the development of the company.It is pressing to research and develop the core controlling component based on PLC and the controlling systems according to MODBUS protocol.The thesis introduces the digital communication network composed of PLC and frequency transformer according to MODBUS which is based on rolling plastic controlling systems.It can change the variables easily and deal with the problems occurred in the operation and keep a record of it.After its application，the degree of intelligence and production efficiency can be greatly improved.Meantime，the product quality，reliability and stability of the equipment can be greatly improved.By using MODBUS，PLC and PLD to reform the rolling plastic equipment，the intelligence performance of the equipment is improved.

eywords：MODBUS field bus;industrial computer;PLC rolling plastic equipment;fault processing

隨著國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，塑料制品在人們生活中的應(yīng)用越來越廣泛，發(fā)展塑料制品工業(yè)是社會發(fā)展的急需，同時塑料制品有其成型好、重量輕、強度大、力學(xué)性能高、價格低等優(yōu)點，越來越多地得到用戶的青睞。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(zhàn)備箱組、野戰(zhàn)簡易辦公設(shè)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制造。同時滾塑方式生產(chǎn)的產(chǎn)品回收粉碎后可實現(xiàn)再生產(chǎn)，重復(fù)利用而不影響其質(zhì)量，可以節(jié)約能源。

現(xiàn)行的滾塑生產(chǎn)方式無論是在生產(chǎn)規(guī)模還是在生產(chǎn)工藝上已不能滿足時代所需。引進(jìn)設(shè)備雖然在性能上優(yōu)于現(xiàn)有設(shè)備，但在實際生產(chǎn)中仍存在不少問題：進(jìn)口設(shè)備價格昂貴，受資金影響，不能批量進(jìn)口，故從生產(chǎn)規(guī)模上不能滿足生產(chǎn)要求；操作繁瑣，進(jìn)口設(shè)備操作界面及各種標(biāo)識均屬英文，由于工人外語水平較低，一旦操作不當(dāng)，產(chǎn)品將成為廢品，造成浪費；維修周期長，由于外商技術(shù)壟斷，設(shè)備發(fā)生故障需外方專家到現(xiàn)場親自維修，耽誤生產(chǎn)；現(xiàn)有設(shè)備閑置，造成不必要的資源浪費。

現(xiàn)場總線、PID等現(xiàn)代化數(shù)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已趨于成熟，并被廣泛用于數(shù)控機床制造業(yè)，因此采用數(shù)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對現(xiàn)有滾塑設(shè)備進(jìn)行革新和改造是非常可行的，具有科學(xué)性。采用現(xiàn)代化數(shù)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對現(xiàn)有滾塑設(shè)備進(jìn)行革新和改造，其優(yōu)點：可提高滾塑設(shè)備智能化程度，以滿足滾塑生產(chǎn)工藝的需要；可降低生產(chǎn)資金投入，最大限度地利用現(xiàn)有資源，減少資源浪費，并能滿足滾塑生產(chǎn)規(guī)模的需要，符合我國國情；革新和改造后的設(shè)備可控性強、操作方便，避免因操作不當(dāng)造成不應(yīng)有的損失。

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(jìn)，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?，F(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(jìn)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(jìn)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MODBUS 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(dá)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(jìn)和后退速度；加熱室進(jìn)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(jìn)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：CPUCJ1M12，3個32點的高密度輸入模塊（CJ1W ID231），4個16點的輸入模塊（CJIW 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3G3M系列；

(3 工控機選用研華公司的系列產(chǎn)品，配置如下：CPUP4，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：

(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(dá)到修改電機轉(zhuǎn)速的目的；

11臺變頻器分別設(shè)為1-11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3G3M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。

將MODBUS現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用到滾塑設(shè)備后，既可以提高設(shè)備的智能化程度，又提高了生產(chǎn)效率、節(jié)省了能源，將會為提高我國具有知識產(chǎn)權(quán)的機器制造業(yè)的國際競爭產(chǎn)生一定影響。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］歐姆龍公司.歐姆龍CJ1系列PLC操作手冊[].2006.

［2］佚名.RS 485通訊協(xié)議[EB/OL].中華工控網(wǎng)，2007.

［3］常文平.電氣控制與PLC原理及應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2006.

［4］林理明.數(shù)字通信技術(shù)[M].3版.北京：勞動出版社，1996.

［5］孫政順.PLC技術(shù)[M].3版.北京:勞動出版社，2006.

［6］孫傳森.變頻技術(shù)[M].3版.北京:勞動出版社，2006.

［7］歐姆龍公司.3G3M 系列變頻器操作手冊[].2006.

［8］佚名.MODBUS通信協(xié)議[EB/OL].中華工控網(wǎng)，2007.

作者簡介 趙雙義 男，1962年出生，副教授。