基于現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的PLC控制制造系統(tǒng)

1 簡(jiǎn)介

　　在電鍍金屬做成的真空系統(tǒng)，就像是鋅和鋁薄膜那樣是非常普遍的電容行業(yè)。它的主要目標(biāo)是盡可能在保持薄膜張力的同時(shí)增加薄膜傳輸速度。薄膜的張力和速度應(yīng)以一個(gè)參考價(jià)值被保存起來，主要問題就是薄膜速度和張力之間的耦合。而它們之間的速度有很多的擾亂源（輥非圓，膜滑動(dòng)。如果傳遞速度波動(dòng)，將會(huì)導(dǎo)致模的處理不均勻；另一方面，不適當(dāng)?shù)膹埩赡軐?dǎo)致皺紋或者薄膜破裂，而一旦薄膜破裂，操作工人就需要再次打開繞組室，從而，真空繞組室的氣壓就回到了標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下。然后，又需要大約20~30分鐘來使繞組室達(dá)到所需氣壓（大約1.3 × 10^1--2.67×10-2Pa）。因此，產(chǎn)量將明顯下降；因而，一個(gè)用來避免薄膜破裂的檢測(cè)張力波動(dòng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是非常必要的。

　　CC-Link是一個(gè)能夠提供高速的過程控制和信息數(shù)據(jù)處理的局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為客戶提供高效、綜合性產(chǎn)業(yè)和過程自動(dòng)化。使用CC-Link的用戶可以減少控制變量數(shù)、復(fù)雜生產(chǎn)線路所需的電源線路。因此用戶可以從支持CC-LINK的其余的354個(gè)領(lǐng)域的設(shè)備中選擇出合適的設(shè)備，那么多供應(yīng)商環(huán)境的擴(kuò)展將會(huì)變得很容易。

　　至于高速通信，它使得通信傳感器的輸入能夠滿足需要大量數(shù)據(jù)通信的智能設(shè)備和高速響應(yīng)的要求。作為一個(gè)CC-link的功能，RAS功能是：待機(jī)主功能，分離從站功能，這些功能使得在通信故障和系統(tǒng)調(diào)試時(shí)自動(dòng)恢復(fù)過來。至于測(cè)試和監(jiān)控功能，對(duì)確認(rèn)數(shù)據(jù)連接狀態(tài)，硬件測(cè)試和電路測(cè)試都是可用的。CC-Link網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示，其監(jiān)控系統(tǒng)由主站>從站>“個(gè)人電腦”>逆變器>伺服電機(jī)>遠(yuǎn)程I / O單元等。

　　為了滿足自動(dòng)化和靈活性的要求，許多復(fù)雜的制造系統(tǒng)都是由可編程邏輯控制器（PLC）來控制的。這是因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/PLC">PLC的是適應(yīng)性強(qiáng)，模塊化，便于使用和購買成本低。而真空卷繞鍍膜就是這樣一個(gè)復(fù)雜的制造系統(tǒng)。

　　本文介紹了基于CC-LINK現(xiàn)場(chǎng)總線的智能監(jiān)控系統(tǒng)，其中包括上位個(gè)人電腦和下位用于控制和信息管理的可編程邏輯控制器。這一監(jiān)控系統(tǒng)中采用了CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線這一新的技術(shù)。

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　基于現(xiàn)場(chǎng)總線的監(jiān)控系統(tǒng)有兩種功能，包括監(jiān)測(cè)區(qū)域的監(jiān)控和信息管理單元、控制室里的控制單元。位于清盤真空機(jī)附近的所有智能監(jiān)測(cè)單位都有微處理器，具有以下功能：各自的信號(hào)采樣，A / D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)計(jì)算等?，F(xiàn)場(chǎng)總線是單位從站中離散檢測(cè)單元和主站之間最重要的連接。模擬信號(hào)被數(shù)字信號(hào)取代以構(gòu)成雙向溝通，以利于操作者在控制室里進(jìn)行控制、檢查和參數(shù)設(shè)置。這種結(jié)構(gòu)，一方面提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精度和抗干擾能力，另一方面還節(jié)約了投資成本。

　　數(shù)字智能監(jiān)測(cè)單元應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要而定，該系統(tǒng)具有五種監(jiān)測(cè)單位：溫度，真空度，軋輥直徑，薄膜張力和傳輸速度。

　　監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能否正常工作取決于傳感器的性能是否在要求的水平之上，它們的精度和穩(wěn)定性對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有直接影響。從這些傳感器獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)PLC處理并在HMI人機(jī)界面上顯示出來，如圖2所示。

　　智能監(jiān)控模塊有兩個(gè)功能：一方面它的過濾器、放大和調(diào)節(jié)輸出信號(hào)的傳感器能由PLC（FX系列）處理得到適當(dāng)值；另一方面，它憑借通信接口的可編程控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，A / D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理，軟件抗干擾，計(jì)算參數(shù)并利用PLC上的通信接口把數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂茊卧?/p>

　　中央控制裝置（CCU）是該監(jiān)控系統(tǒng)的中心，它包含了個(gè)人電腦和RS232。它的工作狀態(tài)時(shí)控制智能監(jiān)測(cè)的每個(gè)單位，將得到的數(shù)據(jù)和一場(chǎng)信息進(jìn)行處理，并保存他們。此外，控制器還支持上位用戶的計(jì)算機(jī)訪問，而且，它的數(shù)據(jù)分析是切實(shí)可行的，并利用數(shù)據(jù)管理和故障診斷軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷。

　　監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用CC-LINK現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成的模塊和雙絞線作為通信介質(zhì)。最多可以把六十四個(gè)站連接到這個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線上，通訊模塊則是通過CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線把監(jiān)測(cè)單元和分站連接起來。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)總線的通信速率為156kps時(shí)傳輸距離可以達(dá)到1.2公里。

3 PLC編程

　　在這個(gè)繞組系統(tǒng)中，我們使用三菱A系列PLC作為主站，因?yàn)樗哂锌焖俜磻?yīng)能力和強(qiáng)大的信息處理能力。它是用來控制總卷繞系統(tǒng)與FX系列的PLC纏繞系統(tǒng)的舒展共存系統(tǒng)的行為的。而系統(tǒng)的操作動(dòng)作以及動(dòng)作序列已經(jīng)由設(shè)計(jì)人員事先編入控制程序中?？刂瞥绦騽t給繞組系統(tǒng)設(shè)置了一系列的操作動(dòng)作，指導(dǎo)PLC來控制整個(gè)系統(tǒng)。所有傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的當(dāng)前狀態(tài)都作為輸入、輸出或者旗語信號(hào)存儲(chǔ)在PLC內(nèi)存中。因此，PLC程序是一個(gè)PLC控制制造系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。

　　PLC編程使用的主要方法是梯形圖方法，它提供了一個(gè)這樣的設(shè)計(jì)環(huán)境：就是軟件工具運(yùn)行在主機(jī)終端，以便于構(gòu)造、驗(yàn)證、測(cè)試和診斷梯形圖。首先，將高級(jí)程序?qū)懺谔菪螆D中；其次，梯形圖應(yīng)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼以使它們可以存儲(chǔ)在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）或存儲(chǔ)代碼可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM）中。每個(gè)連續(xù)的指令由CPU解碼和執(zhí)行。CPU的功能就是根據(jù)程序來控制內(nèi)存和I/O接口來處理數(shù)據(jù)。PLC上的每個(gè)輸入輸出結(jié)點(diǎn)都可用來區(qū)分I/O地址。數(shù)據(jù)的直接代表方法與輸入，輸出和記憶有關(guān)，基于這樣一個(gè)事實(shí)，將PLC的內(nèi)存分成了輸入圖像存儲(chǔ)、輸出圖像存儲(chǔ)和內(nèi)部存儲(chǔ)器三個(gè)部分來直接代表輸入、輸出和內(nèi)存的相關(guān)數(shù)據(jù)。

　　PLC程序采用主程序循環(huán)掃描的方法，例如輸入的變數(shù)定期檢查。該循環(huán)項(xiàng)目的啟動(dòng)是采用掃描輸入系統(tǒng)和存儲(chǔ)器在內(nèi)存中的固定位置（輸入圖像存儲(chǔ)器），梯形圖程序之后執(zhí)行響應(yīng)，掃描程序，解決邏輯梯級(jí)確定的輸出狀態(tài)，更新后的輸出狀態(tài)存儲(chǔ)在固定的內(nèi)存位置（輸出圖像存儲(chǔ)器）。程序掃描的最后，內(nèi)存中保存的輸出值被用來設(shè)置和重置PLC的物理輸出。

　　我們都知道，邏輯控制是PLC的顯著特征，它可以用來有效地處理模擬數(shù)據(jù)。

　　1）模擬數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換模擬量的輸入輸出，如壓力、溫度需要實(shí)時(shí)測(cè)量，例如溫度首先由鉑金電阻獲取，然后信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換為1-5V的電壓信號(hào)，這個(gè)轉(zhuǎn)換模塊的輸出最終被采集并傳輸?shù)缴鲜鯬LC中。

　　2）PLC控制算法模擬變量可以是任何一種變量，如我們這個(gè)繞組系統(tǒng)中的溫度和壓力。事實(shí)上，有自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制模式。手動(dòng)模式下，操作人員根據(jù)所需水平修改輸出值；而自動(dòng)模式下，輸出值根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的控制算法給出。值得一提的是，PLC的輸出總是增量值，雖然自整定PID控制器可以滿足要求，但是手動(dòng)調(diào)諧總是用來初始化常規(guī)生產(chǎn)，并經(jīng)該系統(tǒng)切換到自動(dòng)模式；我們強(qiáng)調(diào)，用戶的經(jīng)驗(yàn)型模糊邏輯控制，用來改善生產(chǎn)狀況也是適用的。薄膜張力控制系統(tǒng)采用PLC的模糊邏輯控制器（PLC），以克服繞組系統(tǒng)的不確定性。模糊邏輯算法已經(jīng)由基本的PLC控制器實(shí)現(xiàn)。

　　對(duì)于固定的模式和常規(guī)PID的參數(shù)處理已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)很好的階段，但是穩(wěn)定是相對(duì)的，繞組系統(tǒng)的參數(shù)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，因此控制器必須具有魯棒性，以獲得較高的性能。為了這個(gè)目的，模糊推理用于適應(yīng)PID控制，通過這種辦法，PID因素就能根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)和電廠參數(shù)得到調(diào)整。

　　3）伺服電機(jī)控制一開始薄膜以低速傳輸，然后伺服電機(jī)被加速到設(shè)定的約每秒8米的高速繞速，傳感器檢測(cè)薄膜張力并控制伺服電機(jī)速度以保持恒定的張力。對(duì)控制目標(biāo)不僅要保持薄膜張力不變，而且同時(shí)卷繞速度也要在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)定值。因此，最主要的問題是如何控制伺服電機(jī)的精確。

4 結(jié)語

　　本文介紹了一種薄膜電鍍生產(chǎn)過程中的PLC監(jiān)控控制制造系統(tǒng)，它從2003年投入生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)以來，取得了極大成功。預(yù)期的結(jié)果已經(jīng)展示出它在實(shí)踐中的巨大優(yōu)勢(shì)以及客觀的盈利也有了很大提升。