（西安工業(yè)大學 機電工程學院，西安 710000）

0 引言

目前，在工業(yè)生產(chǎn)中除對鋁絲的力學性能、化學性能有較高的要求外，對鋁絲的平直度要求也愈嚴格。為滿足廣大用戶的需求，就必須對鋁絲進行有效的矯直，對鋁絲矯直精度的控制更為精細。現(xiàn)階段，基于PLC的控制廣泛用于鋁絲矯直器的運行控制中，但PLC控制系統(tǒng)造價昂貴，抗干擾性能差，需進行反復的現(xiàn)場調(diào)試，對人力物力的消耗過大。

組態(tài)王Kingview6.55是亞控公司根據(jù)當前的自動化技術的發(fā)展趨勢，面向自動化市場及應用的一款有遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集與分析及過程控制等功能的開發(fā)型軟件，可以為用戶提供一個對整個生產(chǎn)流程進行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺，使用戶能及時有效地獲取信息，及時地做出反應，以獲得最優(yōu)化的結果[7]。

在鋁絲矯直器工作臺中，采用組態(tài)軟件與PLC控制系統(tǒng)相結合的方式，通過計算機模擬被控對象運動，在計算機上對整個PLC控制系統(tǒng)進行模擬調(diào)試，在仿真中對PLC控制系統(tǒng)程序存在的缺陷進行檢修，待正確時再進行實際聯(lián)機調(diào)試。該系統(tǒng)可直觀清晰地將工作臺的運動呈現(xiàn)在PC端，實現(xiàn)實時修改，安全且節(jié)省物資。

1 工作臺的工作原理及控制需求

該工作臺中采用輥式鋁絲矯直器，其工作原理是利用反彎、彈復與殘留三種曲率變化的內(nèi)在關系，通過合理匹配恰好使彈復曲率與反彎曲率相等，并使得殘留曲率達到零值，實現(xiàn)矯正的目的。根據(jù)矯直原理，影響矯直器的主要參數(shù)有：輥輪直徑D、輪距T、輪數(shù)N和壓下量A[2]。在本實驗中，首先進行輥式矯直器的校準，使對該試驗臺的控制精度更高。空氣壓縮機作為本試驗臺的動力裝置與鋁絲矯直器連接，通過電機的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)對鋁絲矯直器進絲速度與鋁絲拉直量的控制。工作臺的實際連接如圖2所示。

圖1 輥式原理矯直示意圖

在本系統(tǒng)中，要求1）實時監(jiān)控現(xiàn)場的各種狀態(tài)，能夠在PC端全程觀測工作臺的運動過程；2）能單獨監(jiān)測某個模塊的運動并收集數(shù)據(jù)；3）能夠在現(xiàn)場調(diào)試中更改各種控制工作臺運動的參數(shù)；4）能夠產(chǎn)生報警事件，包括誤差中斷、溫度過高等；5）提供加密措施，防止非專業(yè)人士誤觸碰。

圖2 鋁絲矯直器工作臺

基于組態(tài)王與PLC的控制系統(tǒng)結構簡圖如圖3所示，微型計算機與PLC通過RS-232串行接口相連接，通過編程軟件將程序下載到選定的信捷PLC中。在PC機中安裝組態(tài)王軟件，使計算機進入仿真過程。通過操作顯示器界面上的圖形對象就可以進行系統(tǒng)的仿真控制。

圖3 控制系統(tǒng)結構簡圖

2 控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)

本系統(tǒng)選取XC2-14T4-E型PLC，該型號PLC具有8個輸入點，6個輸出點，晶體管輸出，在交流220V的電壓下運行。不外接擴展模塊和BD板可帶時鐘，可對數(shù)據(jù)進行掉電保持支持基本的邏輯控制和數(shù)據(jù)運算支持高速計數(shù)、脈沖輸出、外部中斷、C語言編輯功能塊、I/O點的自由切換等功能。支持自由格式通訊、MODBUS通訊功能，可選配CPU21，其本身具有16個數(shù)字量I/O點，通過外接輸入模塊ID212四塊和輸出模塊OC222三塊作為I/O口功能擴展，以滿足設計需要[5]。PLC通過COM1口與工控機相連，與組態(tài)王King View軟件通過莫迪康協(xié)議通訊，實現(xiàn)計算機監(jiān)控操作功能。

圖4 XC2-14T4-E PLC

圖5 TouchWin觸摸屏

觸摸屏采用加拿大TouchWin公司TP系列觸摸屏，它負責處理與現(xiàn)場運行操作有關的人機界面，使操作員通過觸摸屏實時了解現(xiàn)場運行狀況，各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)的當前值及故障發(fā)生報警。它與裝有組態(tài)軟件的PC相連接，可實現(xiàn)對工藝過程的控制與調(diào)節(jié)。該觸摸屏可通過內(nèi)部的宏指令將不同產(chǎn)品的不同工藝流程存儲其中，可隨時調(diào)用，提高了工作效率，且兼容性極強可通過RS232通訊接口與信捷系列PLC連接[3]。

為了能滿足高效率、高穩(wěn)定性、連續(xù)生產(chǎn)和結構簡單等基本生產(chǎn)條件，本系統(tǒng)選擇反復彎曲矯直機中的輥式矯直機，通過計算矯直器主要參數(shù)，實現(xiàn)微細鋁絲的矯直工藝要求。電機則選用信捷伺服電機，可實現(xiàn)位置控制、速度控制與轉(zhuǎn)矩控制的無縫切換，并通過控制電機的轉(zhuǎn)速來控制鋁絲矯直器的工作速率。

圖6 硬件實現(xiàn)流程圖

3 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

下位機PLC軟件的系統(tǒng)設計是利用信捷公司的XCPPro編程軟件平臺來實現(xiàn)程序的編寫，需實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送與采集，與上位機及觸摸屏之間進行通訊[4]。本系統(tǒng)的邏輯運行結構如圖3所示，將控制程序通過專用編程軟件下載到指定PLC中，并使PLC與上位組態(tài)機連接搭建仿真監(jiān)控平臺。

組態(tài)王通過串行口與PLC進行通信，訪問PLC相關的寄存器地址，以獲得所控設備的狀態(tài)或修改相關寄存器的值[8]。在實際編程過程中不需要編寫讀寫PLC寄存器的程序，組態(tài)王提供了一種數(shù)據(jù)定義方法，在定義了I/O變量后，可直接使用變量名用于系統(tǒng)控制、操作顯示、趨勢分析、數(shù)據(jù)記錄和報警顯示[6]。

圖7 系統(tǒng)流程圖

本系統(tǒng)主要設計了鋁絲矯直器控制與檢測裝置，在上位機組態(tài)王軟件中可以進行鋁絲矯直器的工作過程仿真，增強用戶的實時控制能力，提高生產(chǎn)效率和工作效率，減少現(xiàn)場調(diào)試的人力及物力損失，節(jié)約成本。通過顯示屏觀測到系統(tǒng)運行時的工作狀況，包括工作流程、各項參數(shù)的實時顯示生成數(shù)據(jù)記錄曲線和表格以及報警畫面等。鋁絲矯直器的工作監(jiān)控畫面如圖8所示。

圖8 鋁絲矯直器工作界面

為了更直觀地觀測工作臺的運動，以速度控制模塊的運動為例。在組態(tài)王中建立鋁絲矯直器的工作畫面，在雙擊氣體壓縮機時進入轉(zhuǎn)速模塊，此時在組態(tài)界面上出現(xiàn)它具體的運動過程以及工作數(shù)據(jù)。首先將氣體壓縮機與控制面板連接，在面板上設置顯示參數(shù)與各個功能按鈕，并進行相應的參數(shù)設置與動畫連接，建立新畫面如圖9所示。

運行當前工程，將面板上轉(zhuǎn)速采集狀態(tài)開關打開，面板開始顯示當前轉(zhuǎn)速的設定輸入值與實際輸入值，根據(jù)精度誤差要求，可通過左側轉(zhuǎn)速狀態(tài)控制開關使得設定值與輸出值保持在誤差允許范圍內(nèi)，當需要停止時可在該界面通過轉(zhuǎn)速控制按鈕實現(xiàn)電機的關停。圖10為轉(zhuǎn)速模塊的速度調(diào)節(jié)過程，運行時轉(zhuǎn)速輸出值與設定值出現(xiàn)偏差，點擊左側按鈕，使得輸出值與輸入值相等。

圖9 轉(zhuǎn)速畫面的建立

圖10 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

運行過程中出現(xiàn)意外情況，工作臺需中途停止運動時可通過該模塊右側按鈕，將氣體壓縮機關閉，操作如圖11所示。

圖11 中斷運動

根據(jù)實際要求。該系統(tǒng)預期實現(xiàn)的功能為：通過組態(tài)王軟件可實時監(jiān)控鋁絲矯直器的運行，繪制數(shù)據(jù)表格、顯示實時曲線、可實現(xiàn)系統(tǒng)隨時關停。當出現(xiàn)故障時可執(zhí)行備用故障處理程序，真正實現(xiàn)安全且高質(zhì)高效的生產(chǎn)流程。

4 結束語

針對鋁絲矯直器在實際工作生產(chǎn)中對拉伸平直度精度控制較差的問題，本文提出了基于組態(tài)軟件與PLC控制相結合的控制方案，具有安全性高、工作效率高、鋁絲矯直質(zhì)量好、操作簡便等的優(yōu)點[9]。本系統(tǒng)人機界面友好而直觀，具有一定的靈活性，易于擴充。PLC和組態(tài)王軟件技術的結合應用, 使得生產(chǎn)中自動化程度大大提高，降低了工人的勞動強度, 在仿真調(diào)試過程中能發(fā)現(xiàn)程序的錯誤和缺陷，進行多次調(diào)整與測試，直到能夠良好的完成預定生產(chǎn)效果與目標，降低了風險，在實際生產(chǎn)中具有良好的使用價值[10]。