西門子模塊6ES7211-0AA23-0XB0性能參數(shù)

一個集散控制流程簡例
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，作為后處理電機的速度設(shè)定值，該調(diào)速器與光碼共同組成一個獨立的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)。另外，后處理電機的實際轉(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
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）、多種通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（CC-bbbb、RS-422、RS-485、RS-232C），它們共同組成一個有機的整體。本文設(shè)計的集散控制系統(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 速度鏈傳動控制系統(tǒng)
3.1.1 速度鏈傳動
生產(chǎn)線的主傳動系統(tǒng)由擠出機電機、冷輥電機、慢速輥電機、快速輥電機、橫拉輥電機、后處理電機、上卷電機、收卷1電機和收卷2電機組成，它們分別由DC調(diào)速器1～調(diào)速器9來驅(qū)動，電機轉(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，除擠出機電機單獨控制外，其余7臺電機（注：收卷1和收卷2不同時使用）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，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 傳動控制
主傳動控制分為前部傳動控制和后部傳動控制兩部分，它們獨立構(gòu)成自己的二級RS－422網(wǎng)絡(luò)。前部傳動控制由從站9#~12# PLC與調(diào)速器1～5組成，后部傳動控制由從站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，是采用逐臺通訊、輪換進(jìn)行的，通訊波特率最高為19200波特，實踐表明系統(tǒng)的實時性要求。

圖6所示表示快速輥在速度鏈傳動控制過程中的轉(zhuǎn)速控制方式。根據(jù)單機/聯(lián)動選擇開關(guān)可以實現(xiàn)快速輥的單個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、34套CD901溫控儀、RS－232C/RS－485轉(zhuǎn)換器、功率模塊等組成。工控機對溫控系統(tǒng)的溫度設(shè)定及實時溫度監(jiān)測是采用RS－485通訊方式實現(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、1位停止位，ID地址范圍為1～34。首先工控機發(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)工控機查詢過程的數(shù)據(jù)格式。表3表示工控機參數(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，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為校驗碼（異或和）。

溫度的設(shè)定與監(jiān)測都要首先由工控機向溫控儀發(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)采取分時方式進(jìn)行處理。為確保通訊過程的正常進(jìn)行，用10ms的時間發(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)為通訊故障并報警。若發(fā)送成功，此時還不能立即發(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地址的溫控儀才會返回正確的應(yīng)答數(shù)據(jù)，這樣就可以根據(jù)工控機發(fā)送的ID號來鑒別是哪個溫控儀返回的數(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)定過程的隨機性特點，在本系統(tǒng)中建立了一個監(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)對實時溫度值的監(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)由兩個獨立部分組成，一個是前掃描測厚系統(tǒng)，用于測量薄膜厚片的厚度；另一個是后掃描測厚系統(tǒng)，用于測量成品膜的厚度。它們分別由IPC1和IPC2工控機進(jìn)行測控，雖然它們地處生產(chǎn)線不同位置，且相對獨立，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)動裝置、控制器及掃描傳感器等組成，在掃描架上裝有自動/手動、掃描、退出、樣品、參考等觸點開關(guān)和方式、狀態(tài)指示燈等，同時還配有電機用來驅(qū)動掃描傳感器的往復(fù)運動等。
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，系統(tǒng)自動退出當(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，此時系統(tǒng)自動進(jìn)行背景計數(shù)、空氣計數(shù)和旗計數(shù)，并自動計算出旗空比，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，由于生產(chǎn)原料的差異性，會造成薄膜測厚的基準(zhǔn)的變化，因此當(dāng)改變原料時，通過對新樣品的試驗，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、排風(fēng)風(fēng)機、跟緊輥、自動注油系統(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)線運行可靠，控制性能良好。實踐還表明該系統(tǒng)可擴展性好，適應(yīng)性強，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證。