基于現場總線的滾塑設備控制系統程序設計

摘 要：現場總線是應用于工業生產現場的可以在數字化控制設備之間實現雙向串行通信的控制系統。MODBUS現場總線是應用于電子控制器上的一種通用語言，它是一種通信協議。將其應用于滾塑生產(塑料制品的主要生產方式)中，對滾塑設備更新改造，可提升設備的智能化程度、生產工藝更加完善、產品質量進一步提高，同時增強了設備運行中的可靠性和穩定性，設備的可控性更強且操作更方便。著重介紹采用MODBUS RTU協議，將工控機、PLC、變頻器等組成一個數控網絡系統及其對滾塑設備智能控制程序設計中需解決的問題，同時，充分考慮到系統的實用性、經濟性，開發程序時盡可能的利用程序代替外部硬件投入，爭取企業效益最大化。

關鍵詞：MODBUS RTU PLC；現場總線；變頻器；程序設計

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：B 文章編號：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

現有的滾塑生產(塑料制品的主要生產方式)設備存在工藝落后、產品質量不高和生產效率低等諸多問題，已不能滿足廣大用戶對其產品需求，現有滾塑生產設備將面臨被淘汰，對其進行革新和改造刻不容緩。現場總線、PLC等現代化數控技術已趨于成熟，并被廣泛用于數控機床制造業，采用數控技術對現有滾塑設備進行革新和改造是解決滾塑生產領域存在問題的有效方法。同時可最大限度地利用現有設備資源，減少資源浪費，并能滿足現代滾塑生產的需要，增強企業活力和競爭力，也符合我國國情。

現場總線是應用于工業現場的可以在數字化控制設備之間實現雙向串行通信的控制系統。MODBUS現場總線是應用于電子控制器上的一種通用語言，它是一種通信協議。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡和其他設備之間可以通信。MODBUS現場總線可以分為2種模式：MODBUS ASCⅡ和MODBUS RTU。基于現場總線的滾塑設備控制系統采用MODBUS RTU協議將工控機、PLC、變頻器組成一個數控網絡，提升設備的智能化程度，其程序設計需解決哪些問題、是否科學、在實際生產是否可行是問題的關鍵。

1 基于現場總線的滾塑設備控制系統的構成

(1) 滾塑生產現場設有一個加熱室和一個冷卻室，3個臂依次開進加熱室、預冷位、冷卻位(分為風冷和水冷，都在冷卻室進行)，3個臂雖然同軸，但可以獨立的旋轉。當一個臂自動工作時，其余的兩個臂都可以獨立的處于某個位置進行其他操作，而不影響對其他的臂的控制(結構如圖1所示)。

(2) 整個控制系統的組成由上位機、OMRON CJ1系列PLC、3G3系列變頻器組成一個系統，利用MODBUS RTU協議實現三者的通信，可實時的修改、監控變頻器的頻率(經過PLC的內部運算，達到修改和監控電機轉速的目的)，可方便的對系統運行中的各種時間做出修改(系統組成見圖2)。

2 基于MODBUS RTU協議的滾塑設備控制系統軟件設計

本系統采用順序的控制方式，主要由主程序模塊、通信程序模塊、定時程序模塊、運算模塊等組成。使用CXP軟件編寫執行程序，用PROTOCOL軟件設計通信程序。系統主程序流程圖如圖3所示。

3 基于現場總線的滾塑設備控制系統的系統程序設計中解決的技術問題

3.1 OMRON CJ1系列PLC與3G3系列變頻器之間的MODBUS協議通信問題 在CJ1 PLC上附加通信模塊，采用OMRON公司提供的PROTOCOL軟件對通信口進行協議宏通信設置、編程，實現PLC與變頻器之間的通信。MODBUS RTU程序如圖4所示，通信端口設置如圖5所示。

3.2 時間的修改和顯示問題

在此工程中有多個時間需要修改和監視，要求時間顯示為分鐘、秒顯示，修改單位為分鐘。在OMRON PLC中的定時器沒有區分分、秒的功能，此功能利用PLC中的計數器配合秒脈沖和數學運算功能得以實現。以一號臂加熱時間為例，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

將設定值放到D400中，乘以60變為計數的設定值，在D105中存放的是分鐘值，在D106中存放的是秒值，從而實現上述功能。

3.3 各個轉軸轉速的測定問題

在每個轉軸上安裝60個金屬感應點，利用接近開關測出在10 s內經過該接近開關的感應點數，經運算可得出在一分鐘內的軸轉速。以一號臂軸轉速為例，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當中存放的數據為10 s內經過該接近開關的感應點數。在利用此種方式之后，可以降低采用編碼器的費用，同時減少外部的接線。

3.4 某一個臂在哪個位的區分問題

在控制過程中，裝載位和卸載位控制臺對各臂同一控制要求采用同一個按鈕，比如在裝載位有臂需要進加熱室時，不管哪個臂到位都是按下I:5.03這個按鈕。當在裝載位和卸載位需要對到位的一個臂進行操作時不能影響其他臂的正常工作。為區分是哪一個臂到位，在5個工位上分別裝置工位臂到位和哪個臂到哪個位接近開關，對到位的臂進行區分，從而減化了程序。以裝載位為例說明臂的區分，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 語

將現場總線技術應用到滾塑設備之后，既可提高滾塑設備智能化程度，又能滿足滾塑生產工藝的需要，而且使操作更方便、更直觀。在研制該控制系統程序時，充分考慮到系統的實用性、經濟性，開發程序時盡可能的利用程序代替外部硬件投入，從而降低了生產資金投入，最大限度地利用現有資源，減少資源浪費，符合我國國情。將現場總線技術應用到滾塑設備之后，可為提高我國具有知識產權機器制造業的國際競爭力產生一定影響。

參 考 文 獻

［1］OMRON公司.OMRON CJ1系列PLC編程手冊\\.1999.

［2］謝克明，夏路易.可編程序控制器原理及程序設計\\.北京:電子工業出版社，2004.

［3］OMRON公司.OMRON CJ1系列PLC操作手冊\\.2001.

［4］OMRON公司.OMRON 3G3系列變頻器操作手冊\\.2002.

作者簡介 趙雙義 男，1962年出生，副教授。主要從事電力電子系統的教學與研究。

連 英 男，1978年出生，工程師。主要從事控制系統的研究與開發。