基于CC-link/MODBUS網絡在熱模鍛壓力機控制系統中的應用

徐 麗，馬繼斌，周 鋒

(揚力集團股份有限公司，江蘇 揚州 225104)

基于CC-link/MODBUS網絡在熱模鍛壓力機控制系統中的應用

徐 麗，馬繼斌，周 鋒

(揚力集團股份有限公司，江蘇 揚州 225104)

介紹了基于CC-link/MODBUS網絡在熱模鍛壓力機控制系統中的應用。該控制系統應用CC-link網絡，集成高穩定性、高性價比、人性化人機操作等多方面技術設計，致力于實現高精、高效、高環境友好性的自動化鍛造主機。

熱模鍛壓力機；控制系統；CC-link網絡；MODBUS通訊；抗干擾

近年來，隨著汽車工業的高速發展，車用小型鍛件需求不斷擴大，質量要求不斷提高。為此，采用熱模鍛壓力機，結合多工位鍛造工藝，配備步進式機械手組成全自動鍛造生產線漸成趨勢。在此形勢下，揚力集團借鑒國內外先進經驗，結合國內市場需求和鍛造行業現狀，著重研究一種新型熱模鍛壓力機控制系統，向“精密化、數字化、高效化、輕量化、低能耗”方向發展。該控制系統應用了CC-link通訊網絡，集成了高穩定性、高性價比、人性化人機操作等多方面技術設計，并可與熱模鍛壓力機周邊的連線設備進行信號通訊，做到數據全面共享。

1 設計方案

該控制系統采用具有浮點運算功能的CPU單元、具有網絡通訊功能的工業人機界面、高速響應的網絡控制器件、各類高精度溫度傳感器和壓力傳感器、網絡控制變頻器、網絡控制器件、帶網絡通訊的電子凸輪控制系統及封高調節顯示裝置，通過CC-link開放式現場總線組建成柔性智能驅動控制系統。運用現場總線技術實現布線和控制的智能化，充分運用集中控制、分散管理理念，并采用傳輸速率高、抗干擾能力強的專用傳輸電纜進行數據通信處理，既能大大減低機床布線的難度，同時提高了數據處理速度和整個系統響應時間。在柔性智能驅動系統的控制下，實現了對潤滑系統的壓力、流量、運動副溫度、離合器溫度、主電機軸承、系統氣壓等關鍵部位實現動態在線監控與反饋，智能控制系統能夠及時報警并處置。智能控制系統在控制壓力機主機的同時，預留與周邊設備如機械手(或機器人)、上下料輸送帶、強冷輸送帶、快速換模系統的通信及控制接口，并對模具參數進行系統化管理，實現模具庫管理功能，較大程度地提高整機生產線自動化水平及工作效率。網絡控制器件能夠聯接互聯網后，提供強大的遠程故障診斷和維護功能，使壓力機的售后服務更加快捷高效，同時降低了維護成本。

控制系統包括變頻器、主電機、Q系列PLC、CC-link主站模塊，MODBUS通訊模塊、RS485通訊模塊，本地輸入模塊、本地輸出模塊、遠程模擬量模塊，遠程溫度模塊、遠程高速計數模塊、遠程輸入、輸出模塊。變頻器電源輸出端口與主電機連接，MODBUS模塊通過專用高速通訊電纜與變頻器、電子凸輪、模高顯示進行高速串行通訊，2組遠程模擬量分別采集3組氣路壓力值及4組噸位值，2組遠程溫度模擬量模塊分別采集6個通道的溫度值，預留一組RS485通訊接口，便于客戶進行車間智能管理通訊使用。

熱模鍛壓力機控制系統原理框圖如圖1所示。熱模鍛壓力機控制系統原理線路圖如圖2所示。

2 系統控制技術

本系統通過CC-link現場總線將生產線各部分組成系統進行集成控制，充分利用集散控制原理和思路，將快速換摸中心、步進梁機械手、自動噴霧潤滑裝置及熱模鍛壓力機進行集中控制，對諸多關鍵控制對象實現分散管理，再通過網絡傳輸至上位機，實現三級管理，即操作層管理、車間管理層管理、公司決策層管理。本系統應用到的集成控制技術介紹如下。

2.1 CC-link現場總線技術

圖1 熱模鍛壓力機控制系統原理框圖

CC-link是以設備層為主的網絡，本系統CC-link網絡由主站、本地站、遠程從站組成。主站CC-link通訊具有高速數據傳輸可達10Mbps，采用瞬時傳送的數據通訊方式將控制對象的數據信息進行傳遞。本地站包括有2個本地輸入模塊，主要采集周邊設備連線輸入信號，例如步進梁機械手的握手信號、自動鍛造中心熱模鍛壓力機控制裝置或部件的輸入信號、快速換摸中心的握手信號等；1個本地輸出模塊，主要控制周邊設備連線輸出信號。5個遠程智能從站有2個遠程溫度模塊、2個遠程模擬量模塊、1個遠程高速計數模塊、2個遠程輸入模塊及2個遠程輸出模塊及組成。2個遠程溫度模塊接收安裝在熱模鍛壓力機連桿部位、機身套、高速軸承部位的6個溫度傳感器，加上主電機軸承處2個溫度傳感器傳輸信號，實時讀取上述關鍵部位的溫度值，通過CC-link網絡傳送至CPU，CPU與人機界面通過以太網方式進行通訊，在人機界面實時顯示，且可以設置溫度上限報警值，隨時監控關鍵運動副的溫度變化情況；2個遠程模擬量模塊分別接收來自噸位計和壓力傳感器的信號，噸位計通過安裝在熱模鍛壓力機4個立柱內側的應變傳感器將信號傳送給遠程模擬量模塊，遠程模擬量模塊通過CC-link網絡傳送給CPU，在人機界面實時顯示，且可以設置噸位上限報警值，隨時監控熱模鍛壓力機實際沖裁噸位變化情況；安裝在熱模鍛壓力機離合器、制動器氣缸回路上的壓力傳感器將離合器、制動器氣缸內的氣壓變化情況實時傳輸給遠程模擬量模塊，再通過CC-link網絡輸送給CPU，在人機界面實時顯示。1個高速計數模塊將安裝在電機輸出軸側的高速計數傳感器信號實時輸送至高速計數模塊，遠程計數模塊通過CC-link網絡傳送給CPU，對電機轉速起到實時監控的目的，當電機失速過大時，啟動保護程序，確保沖壓能力。10個遠程I/O從站分別接收來自熱模鍛壓力機控制輸入信號輸出信號，如各種開關、按鈕、指示燈、各類氣路壓力開關輸入信號、電子凸輪角度輸入信號、各類電磁閥、各類油路壓力開關信號、各類限位傳感器信號等。

圖2 熱模鍛壓力機控制系統原理線路圖

2.2 MODBUS通訊技術

MODBUS協議具有偵錯能力強、數據傳輸量大、實時性好等特點,因而成為目前自控領域使用非常廣泛的通訊語言。本系統MODBUS通訊協議主要用于變頻器、電子凸輪控制裝置及模高顯示裝置與系統CPU的通訊。變頻器裝置主要改變電動機的頻率，實現電動機的無級變速，從而達到熱模鍛壓力機的行程次數可調。CPU可實時讀取變頻器內電壓、電流、頻率、故障等重要參數，也可以在人機界面中實時設置變頻器的運行頻率。電子凸輪控制裝置主要通過旋轉編碼器采集熱模鍛壓力機偏心軸的角度位置，該裝置具有實時監控和計算功能，能將熱模鍛壓力機離合/制動角進行實時監控并計算提前角度，實現熱模鍛壓力機自動停上死點功能。將角度信號實時傳送至系統CPU，并實現角度值在線讀取功能。模高顯示裝置通過編碼器與熱模鍛壓力機裝模高度調節裝置連接，實時采集裝模高度變化值并反饋給系統CPU。

2.3 工業以太網組態技術

以太網具有成本低、用戶多、技術成熟等優點,這使得工業以太網成為控制系統中受歡迎和支持的通信方式。本系統采用Ethernet/IP以太網形式用以人機界面與熱模鍛壓力機CPU的通訊，能快速、實時讀取和設定CPU內部寄存器值。例如：顯示電動機運行頻率、電壓、電流、溫度、噸位、氣壓等模擬量值，設定電動機工作頻率、溫度報警值、噸位報警值等。

2.4 PLC與變頻器采用雙回路控制

PLC與變頻器采用了雙回路控制，1回路為外部控制，通過PLC的輸出模塊給變頻器發出正轉、反轉、啟動、停止信號，電機可以勻速工作；2回路為通訊控制，基于以太網通訊，將人機界面與PLC連接；基于MODBUS通訊，PLC與變頻器連接，在人機界面中可以根據工況需要設定變頻器頻率，精度高達0.1Hz，主電機無級調速工作。單1外部控制，變頻器工作頻率為模擬量輸入，設定不精確；單2通訊控制，當通訊受到干擾時，變頻器工作不穩定，外部操作無法控制，存在安全隱患。上述方案既解決了變頻器設定的精確性又保證了外部操作的安全性。

3 結束語

至此，一種新型熱模鍛壓力機的控制系統得以實現。后期研發中將人機界面的人機對話可做得更加柔性,例如潤滑設定界面、潤滑各分油點監控畫面、模具存儲功能等，方便客戶操作與維修,交、直流接地隔離，進一步提高系統的抗干擾能力。

[1] 李忠民.熱模鍛壓力機[M].北京：機械工業出版社，1990.

[2] 廖常初.PLC編程與應用[M].北京：機械工業出版社，2004.

[3] 劉沛津，谷立臣，韓 行，等.基于MODBUS/TCP的火電廠實時數據集成及網絡通信控制器研制[J].電力自動化設備，2009，29(8)：128-131.

[4]Q系列CC-Link網絡系統[Z].三菱電機自動化有限公司，2014.

[5]Q系列微型可編程控制器用戶手冊 [Z].三菱電機自動化有限公司，2014.

[6]Q系列微型可編程控制器用戶手冊 [Z].三菱電機自動化有限公司，2014.

[7]電子凸輪MODBUS通訊協議 [Z].揚州大祺自動化有限公司，2016.

The application of CC-link/MODBUS web in control system of hot forging press

XU Li,MA Jibin,ZHOU Feng
(Jiangsu Yangli Group Co.,Ltd.,Yangzhou 225104,Jiangsu China)

In combination with the market demand and forging industry status,the development of automatic forging mainframe with high precision,high efficiency and high environmental friendliness has been paid attention to.The CC-link web has been applied into the control system.The high stability,high performanceto-priceratio and human-oriented operation have been designed.

Hot forging press;Control system;CC-link web;MODBUS communication;High anti-interference

TG315.5

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.05.010

1672-0121(2017)05-0034-04

2017-04-08；

2017-05-15

徐 麗(1980-)，女，電氣工程師，從事壓力機電氣設計。E-mail：yanglixuli@163.com