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西門子模塊6ES7211-0AA23-0XB0性能參數(shù)
西門子模塊6ES7211-0AA23-0XB0性能參數(shù)
一個(gè)集散控制流程簡例
圖4所示是該集散控制系統(tǒng)對其中的后處理電機(jī)進(jìn)行控制的過程，圖中2,、3,、6,、7、9表示CC-bbbb網(wǎng)絡(luò),，1和8表示從站（21#~24#）通過其RS-422編程口與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,，4和5表示從站（17#~20#）通過其485BD板卡與直流調(diào)速器進(jìn)行RS-422數(shù)據(jù)通
訊。來自碼盤的數(shù)值經(jīng)1,、2,、3、4傳輸后,，進(jìn)入DC調(diào)速器6，作為后處理電機(jī)的速度設(shè)定值,，該調(diào)速器與光碼共同組成一個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng),。另外，后處理電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速值經(jīng)5,、6,、7、8傳輸后,，轉(zhuǎn)換為當(dāng)前的薄膜生產(chǎn)線的線速度,，由LED顯示出來，供操作人員使用,，同時(shí)該線速度還經(jīng)由9被傳輸至IPC1,，供工藝技術(shù)人員集中使用。
3 集散控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)
由于BOPP薄膜生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝復(fù)雜,、生產(chǎn)設(shè)備及種類繁多,、安裝地點(diǎn)較為分散,，因此該集散控制系統(tǒng)涉及多CPU類型（PLC、IPC,、單片機(jī)）,、多種通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（CC-bbbb、RS-422,、RS-485,、RS-232C），它們共同組成一個(gè)有機(jī)的整體,。本文設(shè)計(jì)的集散控制系統(tǒng)在控制功能上可以分為四類控制子系統(tǒng)：速度鏈傳動(dòng)控制系統(tǒng),、溫控系統(tǒng)、測厚系統(tǒng)和輔助控制系統(tǒng),。
3.1 速度鏈傳動(dòng)控制系統(tǒng)
3.1.1 速度鏈傳動(dòng)
生產(chǎn)線的主傳動(dòng)系統(tǒng)由擠出機(jī)電機(jī),、冷輥電機(jī)、慢速輥電機(jī),、快速輥電機(jī),、橫拉輥電機(jī)、后處理電機(jī),、上卷電機(jī),、收卷1電機(jī)和收卷2電機(jī)組成，它們分別由DC調(diào)速器1～調(diào)速器9來驅(qū)動(dòng),，電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值由操控臺上的碼盤值間接給出,。根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，除擠出機(jī)電機(jī)單獨(dú)控制外,，其余7臺電機(jī)（注：收卷1和收卷2不同時(shí)使用）必須保持嚴(yán)格的同步速度,，即要求按照特定的速度鏈進(jìn)行增/減速，且本級電機(jī)的速度變化只能影響本級和后續(xù)各級,，不允許改變前面各級電機(jī)的速度,。
設(shè)碼盤值M0~M6分別表示調(diào)速器2～調(diào)速器8的轉(zhuǎn)速設(shè)定系數(shù)，N0～N6分別表示調(diào)速器2～調(diào)速器8的轉(zhuǎn)速設(shè)定值的百分比,。則速度鏈由下式表示：
其中Ki表示對應(yīng)碼盤值的基值常數(shù),。由式（1）易知，N0僅受自身碼盤M0的控制,，與其它碼盤值無關(guān),。另外，當(dāng)任一碼盤值Mi改變時(shí),，它只影響自身和其后的設(shè)定值Ni~N6,，而不影響其前面的設(shè)定值N0～Ni-1。
3.1.2 傳動(dòng)控制
主傳動(dòng)控制分為前部傳動(dòng)控制和后部傳動(dòng)控制兩部分,，它們獨(dú)立構(gòu)成自己的二級RS－422網(wǎng)絡(luò),。前部傳動(dòng)控制由從站9#~12# PLC與調(diào)速器1～5組成,，后部傳動(dòng)控制由從站17#~20# PLC與調(diào)速器6～9組成，其中,，從站9#~12# PLC和從站17#~20# PLC既作為CC-bbbb網(wǎng)絡(luò)的從站,，又作為二級RS－422網(wǎng)絡(luò)的主站。圖5所示表示該二級網(wǎng)絡(luò)的主站與單臺調(diào)速器進(jìn)行參數(shù)的讀寫通訊過程,，與多臺調(diào)速器進(jìn)行讀寫控制時(shí),，是采用逐臺通訊、輪換進(jìn)行的,，通訊波特率最高為19200波特,，實(shí)踐表明系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。
圖6所示表示快速輥在速度鏈傳動(dòng)控制過程中的轉(zhuǎn)速控制方式,。根據(jù)單機(jī)/聯(lián)動(dòng)選擇開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)快速輥的單個(gè)控制方式和速度鏈控制方式,，圖中的“碼盤值"表示快速輥的速度可以由操控臺上的碼盤進(jìn)行在線修改；“固定值1"表示穿片速度,，此時(shí)快速輥與慢速輥的線速度相同,；“固定值2"表示在薄膜生產(chǎn)過程中，若出現(xiàn)破膜信號,，則快速輥及其后續(xù)主傳動(dòng)輥立即降至某一固定值,，便于操作人員進(jìn)行處理。
3.2 溫控系統(tǒng)
溫控系統(tǒng)主要由工控機(jī),、34套CD901溫控儀,、RS－232C/RS－485轉(zhuǎn)換器、功率模塊等組成,。工控機(jī)對溫控系統(tǒng)的溫度設(shè)定及實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測是采用RS－485通訊方式實(shí)現(xiàn)的,，圖7所示為溫控系統(tǒng)的通訊控制過程。系統(tǒng)采用ASCII碼傳輸模式,，可以對設(shè)備地址,、波特率、數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位等進(jìn)行設(shè)定,。本系統(tǒng)采用9600bps、1位起始位,、8位數(shù)據(jù)位,、無奇偶校驗(yàn)、1位停止位,，ID地址范圍為1～34,。首先工控機(jī)發(fā)送EOT（04H）進(jìn)行數(shù)據(jù)初始化，然后發(fā)送數(shù)據(jù),，表1表示工控機(jī)查詢參數(shù)的數(shù)據(jù)格式,。溫控儀接收到數(shù)據(jù)后,，便發(fā)出相應(yīng)的響應(yīng)數(shù)據(jù)，表2表示溫控儀響應(yīng)工控機(jī)查詢過程的數(shù)據(jù)格式,。表3表示工控機(jī)參數(shù)寫入過程的數(shù)據(jù)格式,，當(dāng)溫控儀接收到正確的參數(shù)寫入命令后，則發(fā)出ACK（06H）響應(yīng)信號,；當(dāng)接收到不正確的指令數(shù)據(jù)時(shí),，則發(fā)出NAK（15H）信號。其中Device address為溫控儀的ID地址,，STX（02H）表示開始控制字符,，Identifier為操作符，DATA表示操作數(shù)據(jù),，ETX（03H）為數(shù)據(jù)結(jié)束字符,，BCC為校驗(yàn)碼（異或和）。
溫度的設(shè)定與監(jiān)測都要首先由工控機(jī)向溫控儀發(fā)送數(shù)據(jù),，每批數(shù)據(jù)的發(fā)送均要占用一定的系統(tǒng)時(shí)間（約3ms）,。由于CD901的通訊為應(yīng)答式方式，因此不能只是不斷地向溫控儀發(fā)送數(shù)據(jù),，而應(yīng)采取分時(shí)方式進(jìn)行處理,。為確保通訊過程的正常進(jìn)行，用10ms的時(shí)間發(fā)送一幀數(shù)據(jù),，若通訊失敗就重復(fù)發(fā)送,，重復(fù)次數(shù)超過3次則認(rèn)為通訊故障并報(bào)警。若發(fā)送成功,，此時(shí)還不能立即發(fā)送第二幀數(shù)據(jù),，要等溫控儀返回正確的通訊數(shù)據(jù)才可以繼續(xù)發(fā)送新數(shù)據(jù)。工控機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)指令含有ID地址,，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送成功后,，只有符合ID地址的溫控儀才會(huì)返回正確的應(yīng)答數(shù)據(jù)，這樣就可以根據(jù)工控機(jī)發(fā)送的ID號來鑒別是哪個(gè)溫控儀返回的數(shù)據(jù)了,。由于該RS－485通訊的波特率設(shè)置為9600bps,，而溫控系統(tǒng)慣性大，溫度變化較慢,，實(shí)際應(yīng)用證明工程要求,。
此外，考慮到溫度設(shè)定過程的隨機(jī)性特點(diǎn),，在本系統(tǒng)中建立了一個(gè)監(jiān)控線程來專門監(jiān)測設(shè)定溫度值的變化情況,，一旦設(shè)定值發(fā)生變化就將溫度監(jiān)測線程掛起，發(fā)送新的溫度設(shè)定值,，設(shè)定成功后繼續(xù)恢復(fù)對實(shí)時(shí)溫度值的監(jiān)測,。這樣利用MFC自帶的多線程功能,，充分利用了bbbbbbs的多任務(wù)處理功能。多串口數(shù)據(jù)的接收也采用線程的方法,，建立一個(gè)線程來監(jiān)視串口是否有新的數(shù)據(jù),，一旦有新數(shù)據(jù)則將其保存，并繼續(xù)監(jiān)測串口,。
3.3 測厚系統(tǒng)
BOPP薄膜測厚系統(tǒng)由兩個(gè)獨(dú)立部分組成,，一個(gè)是前掃描測厚系統(tǒng)，用于測量薄膜厚片的厚度,；另一個(gè)是后掃描測厚系統(tǒng),，用于測量成品膜的厚度。它們分別由IPC1和IPC2工控機(jī)進(jìn)行測控,，雖然它們地處生產(chǎn)線不同位置,，且相對獨(dú)立，但測量原理,、基本功能及結(jié)構(gòu)大致相似,。均由V型掃描架、掃描驅(qū)動(dòng)裝置,、控制器及掃描傳感器等組成,，在掃描架上裝有自動(dòng)/手動(dòng)、掃描,、退出,、樣品、參考等觸點(diǎn)開關(guān)和方式,、狀態(tài)指示燈等,，同時(shí)還配有電機(jī)用來驅(qū)動(dòng)掃描傳感器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)等。
測厚系統(tǒng)軟件采用VC編寫,，以充分利用其圖形和對硬件接口的直接操作功能,，軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)管理模塊和掃描工作模塊兩部分。系統(tǒng)管理模塊主要用于系統(tǒng)參數(shù)的修改,、顯示測量曲線,、復(fù)制圖表、在線打印工作參數(shù)及控制掃描架工作狀態(tài)等,。掃描工作模塊受系統(tǒng)管理模塊控制,，主要具有4種工作方式：掃描工作方式、退出掃描方式,、參考工作方式和樣品工作方式。圖8所示為后掃描工作模塊程序流程圖,。
掃描工作方式是4種工作方式的核心部分,，用于完成對測量系統(tǒng)的控制,、數(shù)據(jù)采集及后續(xù)處理等功能。退出掃描方式用于當(dāng)出現(xiàn)破膜現(xiàn)象時(shí),，系統(tǒng)自動(dòng)退出當(dāng)前對薄膜的掃描測量過程,，為進(jìn)入其它工作方式作準(zhǔn)備。參考工作方式用于檢查傳感器的穩(wěn)定性,，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行背景計(jì)數(shù),、空氣計(jì)數(shù)和旗計(jì)數(shù)，并自動(dòng)計(jì)算出旗空比,，若旗空比為0.75,，則表明傳感器的工作是穩(wěn)定的。樣品工作方式用于進(jìn)行樣品試驗(yàn),，由于生產(chǎn)原料的差異性,，會(huì)造成薄膜測厚的基準(zhǔn)的變化，因此當(dāng)改變原料時(shí),，通過對新樣品的試驗(yàn),，獲得對新基準(zhǔn)的修正參數(shù)，校正測量值以提高測量的準(zhǔn)確性,。
3.4 輔助控制系統(tǒng)
輔助控制系統(tǒng)主要包括對儲片架升降,、換卷系統(tǒng)、羅茨風(fēng)機(jī),、排風(fēng)風(fēng)機(jī),、跟緊輥、自動(dòng)注油系統(tǒng),、恒張力收卷等的控制,。圖9所示是雙收卷輥在自動(dòng)換卷方式下的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖[4]。
4 結(jié)束語
本文所述集散控制系統(tǒng)已于2002年11月成功應(yīng)用于常州市絕緣材料總廠BOPP薄膜生產(chǎn)線上,，至今生產(chǎn)線運(yùn)行可靠,，控制性能良好。實(shí)踐還表明該系統(tǒng)可擴(kuò)展性好,，適應(yīng)性強(qiáng),，明顯縮短了系統(tǒng)的研制周期，節(jié)省了大量控制線纜,。本系統(tǒng)的成功應(yīng)用為今后進(jìn)一步的類似使用提供了有力實(shí)證,。