摘 要 平穩(wěn)停車是層繞機重要的工藝要求之一，其停車準確性與穩(wěn)定性的好壞直接影響層繞機層繞的質(zhì)量和效率。采用儲絲浮動輥料位與放線剎車相配合的停車控制系統(tǒng)較好的實現(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)的實現(xiàn)方法以及定長停車與緊急停車的實現(xiàn)過程。調(diào)試結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠達到設(shè)計要求，定長停車誤差小于5%。 關(guān) 鍵 詞 層繞機停車系統(tǒng);MdobusRTU;R4S58 串行通訊; PLC;變頻器 焊絲層繞機作為焊絲成品生產(chǎn)中的一個重要纏繞成匝的機械設(shè)備，已在各個焊絲生產(chǎn)廠家得到了廣泛的應(yīng)用。它通過放線、儲線、排線、收線四個單元來完成其生產(chǎn)工藝川。由于焊絲在進行施焊時需要有放絲均勻、阻力均勻、電弧穩(wěn)定的特殊要求，所以對層繞機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 的導開與儲存系統(tǒng)變頻調(diào)速控制的設(shè)計要求張力恒定，線速度自適應(yīng); （2） 排 線 器左右運動的伺服驅(qū)動要求走動平穩(wěn)，跟蹤定位準確; （3） 角 度 自適應(yīng)控制要求與主機聯(lián)動，隨動精確; （4） 角 度 高精度檢測與控制; （5） 排 線 設(shè)備變角度移動定位，自動換相; （6） 定 長 計重光電檢測準確，主機與變頻器串行通信自動平穩(wěn)控制停車; （7） 系 統(tǒng) 人機界面設(shè)計操作簡便; 采用數(shù)字通訊的方式對變頻器進行控制，不僅工作穩(wěn)定、可靠，而且精度高。通過PLC的串口與變頻器進行通訊，在ModbusRTU模式下，實現(xiàn)了層繞機的平穩(wěn)停車控制。 1 層繞機停車控制系統(tǒng) 1.1 系統(tǒng)組成和原理 停車控制系統(tǒng)具有定長停車、緊急停車等功能。定長停車指的是已繞焊絲的重量達到用戶所要求的預(yù)設(shè)重量時的一種停車方式。設(shè)定一個預(yù)減速停車的重量，已繞重量一旦達到這個值時，收線電機開始減速，在剎車單元的配合下，使設(shè)備在焊絲重量達到預(yù)置重量時正好平穩(wěn)地停下，要求快速平穩(wěn)。 緊急停車指當發(fā)生緊急故障時，按下緊急停止按鈕，主機將快速停車，緊急停車要求快速、平穩(wěn)，排線不亂絲。 定長停車與緊急停車的控制思想不同的地方是，定長停車要求平穩(wěn)、快速和定長準確;緊急停車只要求快速平穩(wěn)即可。 層繞機控制系統(tǒng)如圖1所示，它由人機界面、PLC、變頻器、收線電機、排線機構(gòu)、儲絲機構(gòu)、放線裝置組成。焊絲由放線裝置送出經(jīng)過儲絲機構(gòu)后送往排線機構(gòu)，最后由收線電機層繞成盤。 人機界面負責各種系統(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)對定長停車是非常重要的;調(diào)試參數(shù)是調(diào)試人員在調(diào)試層繞機時對一些影響停車效果的變量進行最優(yōu)選擇以達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、定長剎車時剩余重量g2、跳車重量g0、跳車頻率等。這些參數(shù)對停車效果起到關(guān)鍵的作用。 儲絲機構(gòu)如圖2所示，其中主要部件為張力架、浮動輥、由上到下分布的5個接近開關(guān)，這5個接近開關(guān)可以設(shè)計出9種料位。浮動輥上有感應(yīng)片，當浮動輥達到某一個接近開關(guān)時，感應(yīng)片就可以使接近開關(guān)發(fā)出信號，發(fā)出的信號送往PLC，此時PLC根據(jù)設(shè)定的料位規(guī)則，就可以檢測到浮動輥的料位。 圖2中由上到下的料位開關(guān)分別為:高高料位開關(guān)、高中料位開關(guān)、中料位開關(guān)、低中料位開關(guān)、低低料位開關(guān)。料位2為浮動輥離開低中或低低料位開關(guān)時的狀態(tài)，料位8為浮動輥離開高中或高高料位開關(guān)時的狀態(tài)。 通過人機界面設(shè)定參數(shù)，PLC檢測儲絲機構(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構(gòu)。送往變頻器的控制信號是通過RS485串行通信實現(xiàn)的，通信協(xié)議為MODBUS一RTU，變頻器控制主電機的運行速度, PLC送出的剎車信號控制放線剎車裝置，完成對定長與緊急停車的控制。 1.2 停車系統(tǒng)控制原理 定長停車和緊急停車的控制思想都是基于對料位的檢測，按照一定的控制算法控制主電機的減速和放線裝置的剎車，控制原理如圖3所示，在人機界面先設(shè)置減速料位下限，此下限作為系統(tǒng)的給定參數(shù)，檢測到的料位信號與設(shè)定信號比較得出偏差信號，經(jīng)過Pl‘控制器的處理，在一個串行通信的周期內(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就為:了一MVo變頻器輸人信號是PLC通過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基，給定頻率信號經(jīng)過每個串行周期被送至變頻器直到最后送給變頻器的頻率為0，即收線電機停止運行。平穩(wěn)是停車控制的重要指標，只有浮動輥的料位平穩(wěn)了才能保證層繞的張力平穩(wěn)，收線電機降速過快會導致浮動輥料位下降，收線張力過低;收線電機降速過慢會導致浮動輥料位上升，收線張力過高，因此浮動輥料位的平穩(wěn)控制是剎車過程的重要控制指標。 2 軟件設(shè)計 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（遠程終端單元）模式。ASCl模式是將一個字節(jié)分為兩個ASCl字符發(fā)送，而RTU模式以十六進制傳送數(shù)據(jù)，一個字節(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開始運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MODWR指令以MODBUSRTU模式實現(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)計提供了很大的方便。PLC傳送給變頻器的控制信號必須與參數(shù)地址對應(yīng)，不同的參數(shù)地址對應(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 定長停車與緊急停車的實現(xiàn) 層繞工藝要求層繞機層繞的焊絲在達到預(yù)置重量時能實現(xiàn)定長計重自動平穩(wěn)停車。過程流程如圖4所示，當已繞的焊絲重量大于等于定長停車起始重量時，PLC就執(zhí)行定長停車程序，停車的過程也就是根據(jù)料位算法控制主電機減速配以放線機構(gòu)電動剎車的過程，電動剎車受剎車最高料位的限制，一旦料位大于這個最高限制料位時，電動剎車就解除。隨著剎車的解除，儲絲料位又會下降，這時PLC判斷是否需要繼續(xù)減速停車，是否需要電動剎車。這樣的循環(huán)判斷一直持續(xù)到已繞重量達到預(yù)置重量以及給定頻率為。時才停止，最終實現(xiàn)層繞機的定長平穩(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現(xiàn)不失定長計重自動平穩(wěn)停車。當按下緊急停車開關(guān)后，PLC執(zhí)行料位控制算法程序?qū)崿F(xiàn)主電機減速，變頻器給定頻率迅速減少到0，同時在放線機構(gòu)電動剎車的配合下，使整個層繞機停止運行。 3 結(jié)論 基于Mdo bsuRTU通信的層繞機停車控制系統(tǒng)實現(xiàn)了層繞機在緊急情況下的緊急停車，同時也很好地實現(xiàn)了定長計重平穩(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)，實現(xiàn)對電機速度的實時控制。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)場調(diào)試運行，該系統(tǒng)定長停車后纏繞焊絲重量誤差為5%，且系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實時性和靈活性都達到了設(shè)計要求。 參考文獻 [1] 楊衛(wèi)書，聞興立.多功能埋弧焊絲層繞機的研制[J].金屬制品，2004，30（5）:33一34. [2]王樹梅，張東亮.基于C805l F005的焊絲層繞機控制系統(tǒng)[J].測控技術(shù)，2006，25（6）:77一78. [3]朱跳，蔣念平.ModBus協(xié)議在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].微計算機息，2006，22（4）:118一120. [4]姜鳳武，王杭.基于MODBUS協(xié)議實現(xiàn)單片機與變頻器的通信[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2006，25（4）:78一79. [5]吳學文，曾凌，張曉裕，賈良武.PLC網(wǎng)絡(luò)與計算機間的Modbus協(xié)議通信設(shè)計與實現(xiàn)「J].計算機與現(xiàn)代化，2005，11:57一60.