基于Kingview的鋁絲矯直器的PLC控制與實現

（西安工業大學 機電工程學院，西安 710000）

0 引言

目前，在工業生產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控制系統造價昂貴，抗干擾性能差，需進行反復的現場調試，對人力物力的消耗過大。

組態王Kingview6.55是亞控公司根據當前的自動化技術的發展趨勢，面向自動化市場及應用的一款有遠程監控、數據采集與分析及過程控制等功能的開發型軟件，可以為用戶提供一個對整個生產流程進行數據匯總、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，以獲得最優化的結果[7]。

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

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，實現矯正的目的。根據矯直原理，影響矯直器的主要參數有：輥輪直徑D、輪距T、輪數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，通過電機的轉速實現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

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

圖2 鋁絲矯直器工作臺

基于組態王與PLC的控制系統結構簡圖如圖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的仿真控制。

圖3 控制系統結構簡圖

2 控制系統的硬件實現

本系統選取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，可對數據進行掉電保持支持基本的邏輯控制和數據運算支持高速計數、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，與組態王King View軟件通過莫迪康協議通訊，實現計算機監控操作功能。

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場運行狀況，各種生產數據的當前值及故障發生報警。它與裝有組態軟件的PC相連接，可實現對工藝過程的控制與調節。該觸摸屏可通過內部的宏指令將不同產品的不同工藝流程存儲其中，可隨時調用，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、高穩定性、連續生產和結構簡單等基本生產條件，本系統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，實現微細鋁絲的矯直工藝要求。電機則選用信捷伺服電機，可實現位置控制、速度控制與轉矩控制的無縫切換，并通過控制電機的轉速來控制鋁絲矯直器的工作速率。

圖6 硬件實現流程圖

3 系統軟件實現

下位機PLC軟件的系統設計是利用信捷公司的XCPPro編程軟件平臺來實現程序的編寫，需實現數據傳送與采集，與上位機及觸摸屏之間進行通訊[4]。本系統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與上位組態機連接搭建仿真監控平臺。

組態王通過串行口與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，組態王提供了一種數據定義方法，在定義了I/O變量后，可直接使用變量名用于系統控制、操作顯示、趨勢分析、數據記錄和報警顯示[6]。

圖7 系統流程圖

本系統主要設計了鋁絲矯直器控制與檢測裝置，在上位機組態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，提高生產效率和工作效率，減少現場調試的人力及物力損失，節約成本。通過顯示屏觀測到系統運行時的工作狀況，包括工作流程、各項參數的實時顯示生成數據記錄曲線和表格以及報警畫面等。鋁絲矯直器的工作監控畫面如圖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速模塊，此時在組態界面上出現它具體的運動過程以及工作數據。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與各個功能按鈕，并進行相應的參數設置與動畫連接，建立新畫面如圖9所示。

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

圖9 轉速畫面的建立

圖10 轉速調節

運行過程中出現意外情況，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

根據實際要求。該系統預期實現的功能為：通過組態王軟件可實時監控鋁絲矯直器的運行，繪制數據表格、顯示實時曲線、可實現系統隨時關停。當出現故障時可執行備用故障處理程序，真正實現安全且高質高效的生產流程。

4 結束語

針對鋁絲矯直器在實際工作生產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、鋁絲矯直質量好、操作簡便等的優點[9]。本系統人機界面友好而直觀，具有一定的靈活性，易于擴充。PLC和組態王軟件技術的結合應用, 使得生產中自動化程度大大提高，降低了工人的勞動強度, 在仿真調試過程中能發現程序的錯誤和缺陷，進行多次調整與測試，直到能夠良好的完成預定生產效果與目標，降低了風險，在實際生產中具有良好的使用價值[10]。