基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的滾塑設(shè)備控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

摘 要：現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的可以在數(shù)字化控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行通信的控制系統(tǒng)。MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)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(duì)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(jìn)一步提高，同時(shí)增強(qiáng)了設(shè)備運(yùn)行中的可靠性和穩(wěn)定性，設(shè)備的可控性更強(qiáng)且操作更方便。著重介紹采用MODBUS RTU協(xié)議，將工控機(jī)、PLC、變頻器等組成一個(gè)數(shù)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及其對(duì)滾塑設(shè)備智能控制程序設(shè)計(jì)中需解決的問(wèn)題，同時(shí)，充分考慮到系統(tǒng)的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性，開(kāi)發(fā)程序時(shí)盡可能的利用程序代替外部硬件投入，爭(zhēng)取企業(yè)效益最大化。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：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(wèn)題，已不能滿(mǎn)足廣大用戶(hù)對(duì)其產(chǎn)品需求，現(xiàn)有滾塑生產(chǎn)設(shè)備將面臨被淘汰，對(duì)其進(jìn)行革新和改造刻不容緩。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、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(jī)床制造業(yè)，采用數(shù)控技術(shù)對(duì)現(xiàn)有滾塑設(shè)備進(jìn)行革新和改造是解決滾塑生產(chǎn)領(lǐng)域存在問(wèn)題的有效方法。同時(shí)可最大限度地利用現(xiàn)有設(shè)備資源，減少資源浪費(fèi)，并能滿(mǎn)足現(xiàn)代滾塑生產(chǎn)的需要，增強(qiáng)企業(yè)活力和競(jìng)爭(zhēng)力，也符合我國(guó)國(guó)情。

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的可以在數(shù)字化控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行通信的控制系統(tǒng)。MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言，它是一種通信協(xié)議。通過(guò)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(chǎng)總線(xiàn)可以分為2種模式：MODBUS ASCⅡ和MODBUS RTU。基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的滾塑設(shè)備控制系統(tǒng)采用MODBUS RTU協(xié)議將工控機(jī)、PLC、變頻器組成一個(gè)數(shù)控網(wǎng)絡(luò)，提升設(shè)備的智能化程度，其程序設(shè)計(jì)需解決哪些問(wèn)題、是否科學(xué)、在實(shí)際生產(chǎn)是否可行是問(wèn)題的關(guān)鍵。

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

(1) 滾塑生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有一個(gè)加熱室和一個(gè)冷卻室，3個(gè)臂依次開(kāi)進(jìn)加熱室、預(yù)冷位、冷卻位(分為風(fēng)冷和水冷，都在冷卻室進(jìn)行)，3個(gè)臂雖然同軸，但可以獨(dú)立的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)一個(gè)臂自動(dòng)工作時(shí)，其余的兩個(gè)臂都可以獨(dú)立的處于某個(gè)位置進(jìn)行其他操作，而不影響對(duì)其他的臂的控制(結(jié)構(gòu)如圖1所示)。

(2) 整個(gè)控制系統(tǒng)的組成由上位機(jī)、OMRON CJ1系列PLC、3G3系列變頻器組成一個(gè)系統(tǒng)，利用MODBUS RTU協(xié)議實(shí)現(xiàn)三者的通信，可實(shí)時(shí)的修改、監(jiān)控變頻器的頻率(經(jīng)過(guò)PLC的內(nèi)部運(yùn)算，達(dá)到修改和監(jiān)控電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的)，可方便的對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中的各種時(shí)間做出修改(系統(tǒng)組成見(jiàn)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(jì)

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(shí)程序模塊、運(yùn)算模塊等組成。使用CXP軟件編寫(xiě)執(zhí)行程序，用PROTOCOL軟件設(shè)計(jì)通信程序。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示。

3 基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的滾塑設(shè)備控制系統(tǒng)的系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)中解決的技術(shù)問(wèn)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(wèn)題 在CJ1 PLC上附加通信模塊，采用OMRON公司提供的PROTOCOL軟件對(duì)通信口進(jìn)行協(xié)議宏通信設(shè)置、編程，實(shí)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(shí)間的修改和顯示問(wèn)題

在此工程中有多個(gè)時(shí)間需要修改和監(jiān)視，要求時(shí)間顯示為分鐘、秒顯示，修改單位為分鐘。在OMRON PLC中的定時(shí)器沒(méi)有區(qū)分分、秒的功能，此功能利用PLC中的計(jì)數(shù)器配合秒脈沖和數(shù)學(xué)運(yùn)算功能得以實(shí)現(xiàn)。以一號(hào)臂加熱時(shí)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?jì)數(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(shí)現(xiàn)上述功能。

3.3 各個(gè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測(cè)定問(wèn)題

在每個(gè)轉(zhuǎn)軸上安裝60個(gè)金屬感應(yīng)點(diǎn)，利用接近開(kāi)關(guān)測(cè)出在10 s內(nèi)經(jīng)過(guò)該接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)點(diǎn)數(shù)，經(jīng)運(yùn)算可得出在一分鐘內(nèi)的軸轉(zhuǎn)速。以一號(hào)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(dāng)中存放的數(shù)據(jù)為10 s內(nèi)經(jīng)過(guò)該接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)點(diǎn)數(shù)。在利用此種方式之后，可以降低采用編碼器的費(fèi)用，同時(shí)減少外部的接線(xiàn)。

3.4 某一個(gè)臂在哪個(gè)位的區(qū)分問(wèn)題

在控制過(guò)程中，裝載位和卸載位控制臺(tái)對(duì)各臂同一控制要求采用同一個(gè)按鈕，比如在裝載位有臂需要進(jìn)加熱室時(shí)，不管哪個(gè)臂到位都是按下I:5.03這個(gè)按鈕。當(dāng)在裝載位和卸載位需要對(duì)到位的一個(gè)臂進(jìn)行操作時(shí)不能影響其他臂的正常工作。為區(qū)分是哪一個(gè)臂到位，在5個(gè)工位上分別裝置工位臂到位和哪個(gè)臂到哪個(gè)位接近開(kāi)關(guān)，對(duì)到位的臂進(jìn)行區(qū)分，從而減化了程序。以裝載位為例說(shuō)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(yǔ)

將現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(mǎn)足滾塑生產(chǎn)工藝的需要，而且使操作更方便、更直觀(guān)。在研制該控制系統(tǒng)程序時(shí)，充分考慮到系統(tǒng)的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性，開(kāi)發(fā)程序時(shí)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(fèi)，符合我國(guó)國(guó)情。將現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用到滾塑設(shè)備之后，可為提高我國(guó)具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)機(jī)器制造業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力產(chǎn)生一定影響。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］OMRON公司.OMRON CJ1系列PLC編程手冊(cè)\\.1999.

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

［3］OMRON公司.OMRON CJ1系列PLC操作手冊(cè)\\.2001.

［4］OMRON公司.OMRON 3G3系列變頻器操作手冊(cè)\\.2002.

作者簡(jiǎn)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(xué)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(kāi)發(fā)。