摘 要 平穩(wěn)停車是層繞機(jī)重要的工藝要求之一，其停車準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性的好壞直接影響層繞機(jī)層繞的質(zhì)量和效率。采用儲(chǔ)絲浮動(dòng)輥料位與放線剎車相配合的停車控制系統(tǒng)較好的實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)停車。給出了在ModbusRTU通信模式下PLC與變頻器串行通訊控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法以及定長(zhǎng)停車與緊急停車的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。調(diào)試結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，定長(zhǎng)停車誤差小于5%。

關(guān) 鍵 詞 層繞機(jī)停車系統(tǒng);MdobusRTU;R4S58 串行通訊; PLC;變頻器   

  焊絲層繞機(jī)作為焊絲成品生產(chǎn)中的一個(gè)重要纏繞成匝的機(jī)械設(shè)備，已在各個(gè)焊絲生產(chǎn)廠家得到了廣泛的應(yīng)用。它通過(guò)放線、儲(chǔ)線、排線、收線四個(gè)單元來(lái)完成其生產(chǎn)工藝川。由于焊絲在進(jìn)行施焊時(shí)需要有放絲均勻、阻力均勻、電弧穩(wěn)定的特殊要求，所以對(duì)層繞機(jī)的工藝及層繞精度有很高的要求，它要求焊絲高精度纏繞，且要排列整齊，工藝控制要求大致包括7方面的內(nèi)容: （1） 焊 絲 的導(dǎo)開(kāi)與儲(chǔ)存系統(tǒng)變頻調(diào)速控制的設(shè)計(jì)要求張力恒定，線速度自適應(yīng); （2） 排 線 器左右運(yùn)動(dòng)的伺服驅(qū)動(dòng)要求走動(dòng)平穩(wěn)，跟蹤定位準(zhǔn)確; （3） 角 度 自適應(yīng)控制要求與主機(jī)聯(lián)動(dòng)，隨動(dòng)精確; （4） 角 度 高精度檢測(cè)與控制; （5） 排 線 設(shè)備變角度移動(dòng)定位，自動(dòng)換相; （6） 定 長(zhǎng) 計(jì)重光電檢測(cè)準(zhǔn)確，主機(jī)與變頻器串行通信自動(dòng)平穩(wěn)控制停車; （7） 系 統(tǒng) 人機(jī)界面設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)便;    采用數(shù)字通訊的方式對(duì)變頻器進(jìn)行控制，不僅工作穩(wěn)定、可靠，而且精度高。通過(guò)PLC的串口與變頻器進(jìn)行通訊，在ModbusRTU模式下，實(shí)現(xiàn)了層繞機(jī)的平穩(wěn)停車控制。

1 層繞機(jī)停車控制系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)組成和原理    停車控制系統(tǒng)具有定長(zhǎng)停車、緊急停車等功能。定長(zhǎng)停車指的是已繞焊絲的重量達(dá)到用戶所要求的預(yù)設(shè)重量時(shí)的一種停車方式。設(shè)定一個(gè)預(yù)減速停車的重量，已繞重量一旦達(dá)到這個(gè)值時(shí)，收線電機(jī)開(kāi)始減速，在剎車單元的配合下，使設(shè)備在焊絲重量達(dá)到預(yù)置重量時(shí)正好平穩(wěn)地停下，要求快速平穩(wěn)。    緊急停車指當(dāng)發(fā)生緊急故障時(shí)，按下緊急停止按鈕，主機(jī)將快速停車，緊急停車要求快速、平穩(wěn)，排線不亂絲。    定長(zhǎng)停車與緊急停車的控制思想不同的地方是，定長(zhǎng)停車要求平穩(wěn)、快速和定長(zhǎng)準(zhǔn)確;緊急停車只要求快速平穩(wěn)即可。    層繞機(jī)控制系統(tǒng)如圖1所示，它由人機(jī)界面、PLC、變頻器、收線電機(jī)、排線機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)絲機(jī)構(gòu)、放線裝置組成。焊絲由放線裝置送出經(jīng)過(guò)儲(chǔ)絲機(jī)構(gòu)后送往排線機(jī)構(gòu)，最后由收線電機(jī)層繞成盤。    人機(jī)界面負(fù)責(zé)各種系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定與顯示，它包括用戶參數(shù)和調(diào)試參數(shù)。用戶參數(shù)用來(lái)設(shè)定所生產(chǎn)焊絲的線徑、比重、預(yù)置重量等，這些參數(shù)對(duì)定長(zhǎng)停車是非常重要的;調(diào)試參數(shù)是調(diào)試人員在調(diào)試層繞機(jī)時(shí)對(duì)一些影響停車效果的變量進(jìn)行最優(yōu)選擇以達(dá)到最佳的停車效果而設(shè)的一些重要參數(shù)，主要有收線升頻速度、倒線升頻速度、收線降頻速度、倒線降頻速度、減速料位下限、減速百分比、剎車最高料位限制、定長(zhǎng)剎車時(shí)剩余重量g2、跳車重量g0、跳車頻率等。這些參數(shù)對(duì)停車效果起到關(guān)鍵的作用。

儲(chǔ)絲機(jī)構(gòu)如圖2所示，其中主要部件為張力架、浮動(dòng)輥、由上到下分布的5個(gè)接近開(kāi)關(guān)，這5個(gè)接近開(kāi)關(guān)可以設(shè)計(jì)出9種料位。浮動(dòng)輥上有感應(yīng)片，當(dāng)浮動(dòng)輥達(dá)到某一個(gè)接近開(kāi)關(guān)時(shí)，感應(yīng)片就可以使接近開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，發(fā)出的信號(hào)送往PLC，此時(shí)PLC根據(jù)設(shè)定的料位規(guī)則，就可以檢測(cè)到浮動(dòng)輥的料位。

圖2中由上到下的料位開(kāi)關(guān)分別為:高高料位開(kāi)關(guān)、高中料位開(kāi)關(guān)、中料位開(kāi)關(guān)、低中料位開(kāi)關(guān)、低低料位開(kāi)關(guān)。料位2為浮動(dòng)輥離開(kāi)低中或低低料位開(kāi)關(guān)時(shí)的狀態(tài)，料位8為浮動(dòng)輥離開(kāi)高中或高高料位開(kāi)關(guān)時(shí)的狀態(tài)。    通過(guò)人機(jī)界面設(shè)定參數(shù)，PLC檢測(cè)儲(chǔ)絲機(jī)構(gòu)中料位，調(diào)節(jié)回路的輸出結(jié)果，控制變頻器和放線剎車機(jī)構(gòu)。送往變頻器的控制信號(hào)是通過(guò)RS485串行通信實(shí)現(xiàn)的，通信協(xié)議為MODBUS一RTU，變頻器控制主電機(jī)的運(yùn)行速度, PLC送出的剎車信號(hào)控制放線剎車裝置，完成對(duì)定長(zhǎng)與緊急停車的控制。 

1.2 停車系統(tǒng)控制原理    定長(zhǎng)停車和緊急停車的控制思想都是基于對(duì)料位的檢測(cè)，按照一定的控制算法控制主電機(jī)的減速和放線裝置的剎車，控制原理如圖3所示，在人機(jī)界面先設(shè)置減速料位下限，此下限作為系統(tǒng)的給定參數(shù)，檢測(cè)到的料位信號(hào)與設(shè)定信號(hào)比較得出偏差信號(hào)，經(jīng)過(guò)Pl‘控制器的處理，在一個(gè)串行通信的周期內(nèi)調(diào)節(jié)器的輸出值（M仍與偏差值（。）之間的關(guān)系為:    MV = eX K X f （1）    其中f為PLC變頻器的給定頻率，K為減速百分比，那么變頻器的輸人信號(hào)就為:了一MVo變頻器輸人信號(hào)是PLC通過(guò)RS485串行通信接口傳送給變頻器的，給定頻率以串行通信周期為時(shí)基，給定頻率信號(hào)經(jīng)過(guò)每個(gè)串行周期被送至變頻器直到最后送給變頻器的頻率為0，即收線電機(jī)停止運(yùn)行。平穩(wěn)是停車控制的重要指標(biāo)，只有浮動(dòng)輥的料位平穩(wěn)了才能保證層繞的張力平穩(wěn)，收線電機(jī)降速過(guò)快會(huì)導(dǎo)致浮動(dòng)輥料位下降，收線張力過(guò)低;收線電機(jī)降速過(guò)慢會(huì)導(dǎo)致浮動(dòng)輥料位上升，收線張力過(guò)高，因此浮動(dòng)輥料位的平穩(wěn)控制是剎車過(guò)程的重要控制指標(biāo)。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 變頻器通信格式的設(shè)定    VFD 一B變頻器具有串行數(shù)據(jù)通信的功能，采用Modbusnetworks通信協(xié)議。ModBus協(xié)議有兩種通信模式:ASCn模式和RTU（遠(yuǎn)程終端單元）模式。ASCl模式是將一個(gè)字節(jié)分為兩個(gè)ASCl字符發(fā)送，而RTU模式以十六進(jìn)制傳送數(shù)據(jù)，一個(gè)字節(jié)就是一幀，因而數(shù)據(jù)傳送的效率高于ASCn模式，ASCn編碼是將所要傳送的資料先轉(zhuǎn)換成相對(duì)的ASCl碼后再傳送，而RTU則是資料直接傳送，不再需要轉(zhuǎn)換。參數(shù)設(shè)定見(jiàn)表1。

2.2 pLC與變頻的通信   PLC的通信參數(shù)設(shè)定必須與變頻器一致，在PLC開(kāi)始運(yùn)行程序之前必須先設(shè)定通信參數(shù)才能保證PLC與變頻器的串行通信。串行通信是通過(guò)MODWR指令以MODBUSRTU模式實(shí)現(xiàn)的，其中MODBUSRTU模式如表2所示。

MODWR指令是PLC與變頻器通信的專用指令之一，它為完成軟件設(shè)計(jì)提供了很大的方便。PLC傳送給變頻器的控制信號(hào)必須與參數(shù)地址對(duì)應(yīng)，不同的參數(shù)地址對(duì)應(yīng)不同的功能，具體功能如表3所示，從表3可以看出，控制變頻器啟動(dòng)與停止的參數(shù)地址為:H2000，變頻器的給定頻率值被送往H2001。

2.3 定長(zhǎng)停車與緊急停車的實(shí)現(xiàn)    層繞工藝要求層繞機(jī)層繞的焊絲在達(dá)到預(yù)置重量時(shí)能實(shí)現(xiàn)定長(zhǎng)計(jì)重自動(dòng)平穩(wěn)停車。過(guò)程流程如圖4所示，當(dāng)已繞的焊絲重量大于等于定長(zhǎng)停車起始重量時(shí)，PLC就執(zhí)行定長(zhǎng)停車程序，停車的過(guò)程也就是根據(jù)料位算法控制主電機(jī)減速配以放線機(jī)構(gòu)電動(dòng)剎車的過(guò)程，電動(dòng)剎車受剎車最高料位的限制，一旦料位大于這個(gè)最高限制料位時(shí)，電動(dòng)剎車就解除。隨著剎車的解除，儲(chǔ)絲料位又會(huì)下降，這時(shí)PLC判斷是否需要繼續(xù)減速停車，是否需要電動(dòng)剎車。這樣的循環(huán)判斷一直持續(xù)到已繞重量達(dá)到預(yù)置重量以及給定頻率為。時(shí)才停止，最終實(shí)現(xiàn)層繞機(jī)的定長(zhǎng)平穩(wěn)停車。    緊急停車是緊急情況下的一種停車方式，它要求在緊急情況下能實(shí)現(xiàn)不失定長(zhǎng)計(jì)重自動(dòng)平穩(wěn)停車。當(dāng)按下緊急停車開(kāi)關(guān)后，PLC執(zhí)行料位控制算法程序?qū)崿F(xiàn)主電機(jī)減速，變頻器給定頻率迅速減少到0，同時(shí)在放線機(jī)構(gòu)電動(dòng)剎車的配合下，使整個(gè)層繞機(jī)停止運(yùn)行。

3 結(jié)論

基于Mdo bsuRTU通信的層繞機(jī)停車控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了層繞機(jī)在緊急情況下的緊急停車，同時(shí)也很好地實(shí)現(xiàn)了定長(zhǎng)計(jì)重平穩(wěn)停車的要求，該系統(tǒng)中變頻器內(nèi)ModbusRTU通訊協(xié)議，可與PLC構(gòu)成主從式的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度的實(shí)時(shí)控制。采用這種數(shù)字通信方式的控制系統(tǒng)不僅工作穩(wěn)定、可靠，而且精度高。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行，該系統(tǒng)定長(zhǎng)停車后纏繞焊絲重量誤差為5%，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)時(shí)性和靈活性都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

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