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西門子模塊6ES7211-0AA23-0XB0性能參數
西門子模塊6ES7211-0AA23-0XB0性能參數
一個集散控制流程簡例
圖4所示是該集散控制系統對其中的后處理電機進行控制的過程，圖中2、3、6、7、9表示CC-bbbb網絡，1和8表示從站（21#~24#）通過其RS-422編程口與單片機進行數據交換，4和5表示從站（17#~20#）通過其485BD板卡與直流調速器進行RS-422數據通
訊。來自碼盤的數值經1、2、3、4傳輸后，進入DC調速器6，作為后處理電機的速度設定值，該調速器與光碼共同組成一個獨立的轉速閉環控制系統。另外，后處理電機的實際轉速值經5、6、7、8傳輸后，轉換為當前的薄膜生產線的線速度，由LED顯示出來，供操作人員使用，同時該線速度還經由9被傳輸至IPC1，供工藝技術人員集中使用。
3 集散控制子系統設計
由于BOPP薄膜生產線的生產工藝復雜、生產設備及種類繁多、安裝地點較為分散，因此該集散控制系統涉及多CPU類型（PLC、IPC、單片機）、多種通訊網絡結構（CC-bbbb、RS-422、RS-485、RS-232C），它們共同組成一個有機的整體。本文設計的集散控制系統在控制功能上可以分為四類控制子系統：速度鏈傳動控制系統、溫控系統、測厚系統和輔助控制系統。
3.1 速度鏈傳動控制系統
3.1.1 速度鏈傳動
生產線的主傳動系統由擠出機電機、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調速器1～調速器9來驅動，電機轉速設定值由操控臺上的碼盤值間接給出。根據生產工藝的要求，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）必須保持嚴格的同步速度，即要求按照特定的速度鏈進行增/減速，且本級電機的速度變化只能影響本級和后續各級，不允許改變前面各級電機的速度。
設碼盤值M0~M6分別表示調速器2～調速器8的轉速設定系數，N0～N6分別表示調速器2～調速器8的轉速設定值的百分比。則速度鏈由下式表示：
其中Ki表示對應碼盤值的基值常數。由式（1）易知，N0僅受自身碼盤M0的控制，與其它碼盤值無關。另外，當任一碼盤值Mi改變時，它只影響自身和其后的設定值Ni~N6，而不影響其前面的設定值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，它們獨立構成自己的二級RS－422網絡。前部傳動控制由從站9#~12# PLC與調速器1～5組成，后部傳動控制由從站17#~20# PLC與調速器6～9組成，其中，從站9#~12# PLC和從站17#~20# PLC既作為CC-bbbb網絡的從站，又作為二級RS－422網絡的主站。圖5所示表示該二級網絡的主站與單臺調速器進行參數的讀寫通訊過程，與多臺調速器進行讀寫控制時，是采用逐臺通訊、輪換進行的，通訊波特率最高為19200波特，實踐表明系統的實時性要求。
圖6所示表示快速輥在速度鏈傳動控制過程中的轉速控制方式。根據單機/聯動選擇開關可以實現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"表示在薄膜生產過程中，若出現破膜信號，則快速輥及其后續主傳動輥立即降至某一固定值，便于操作人員進行處理。
3.2 溫控系統
溫控系統主要由工控機、34套CD901溫控儀、RS－232C/RS－485轉換器、功率模塊等組成。工控機對溫控系統的溫度設定及實時溫度監測是采用RS－485通訊方式實現的，圖7所示為溫控系統的通訊控制過程。系統采用ASCII碼傳輸模式，可以對設備地址、波特率、數據位和校驗位等進行設定。本系統采用9600bps、1位起始位、8位數據位、無奇偶校驗、1位停止位，ID地址范圍為1～34。首先工控機發送EOT（04H）進行數據初始化，然后發送數據，表1表示工控機查詢參數的數據格式。溫控儀接收到數據后，便發出相應的響應數據，表2表示溫控儀響應工控機查詢過程的數據格式。表3表示工控機參數寫入過程的數據格式，當溫控儀接收到正確的參數寫入命令后，則發出ACK（06H）響應信號；當接收到不正確的指令數據時，則發出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表示操作數據，ETX（03H）為數據結束字符，BCC為校驗碼（異或和）。
溫度的設定與監測都要首先由工控機向溫控儀發送數據，每批數據的發送均要占用一定的系統時間（約3ms）。由于CD901的通訊為應答式方式，因此不能只是不斷地向溫控儀發送數據，而應采取分時方式進行處理。為確保通訊過程的正常進行，用10ms的時間發送一幀數據，若通訊失敗就重復發送，重復次數超過3次則認為通訊故障并報警。若發送成功，此時還不能立即發送第二幀數據，要等溫控儀返回正確的通訊數據才可以繼續發送新數據。工控機發送的數據指令含有ID地址，當數據發送成功后，只有符合ID地址的溫控儀才會返回正確的應答數據，這樣就可以根據工控機發送的ID號來鑒別是哪個溫控儀返回的數據了。由于該RS－485通訊的波特率設置為9600bps，而溫控系統慣性大，溫度變化較慢，實際應用證明工程要求。
此外，考慮到溫度設定過程的隨機性特點，在本系統中建立了一個監控線程來專門監測設定溫度值的變化情況，一旦設定值發生變化就將溫度監測線程掛起，發送新的溫度設定值，設定成功后繼續恢復對實時溫度值的監測。這樣利用MFC自帶的多線程功能，充分利用了bbbbbbs的多任務處理功能。多串口數據的接收也采用線程的方法，建立一個線程來監視串口是否有新的數據，一旦有新數據則將其保存，并繼續監測串口。
3.3 測厚系統
BOPP薄膜測厚系統由兩個獨立部分組成，一個是前掃描測厚系統，用于測量薄膜厚片的厚度；另一個是后掃描測厚系統，用于測量成品膜的厚度。它們分別由IPC1和IPC2工控機進行測控，雖然它們地處生產線不同位置，且相對獨立，但測量原理、基本功能及結構大致相似。均由V型掃描架、掃描驅動裝置、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、參考等觸點開關和方式、狀態指示燈等，同時還配有電機用來驅動掃描傳感器的往復運動等。
測厚系統軟件采用VC編寫，以充分利用其圖形和對硬件接口的直接操作功能，軟件系統分為系統管理模塊和掃描工作模塊兩部分。系統管理模塊主要用于系統參數的修改、顯示測量曲線、復制圖表、在線打印工作參數及控制掃描架工作狀態等。掃描工作模塊受系統管理模塊控制，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的控制、數據采集及后續處理等功能。退出掃描方式用于當出現破膜現象時，系統自動退出當前對薄膜的掃描測量過程，為進入其它工作方式作準備。參考工作方式用于檢查傳感器的穩定性，此時系統自動進行背景計數、空氣計數和旗計數，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定的。樣品工作方式用于進行樣品試驗，由于生產原料的差異性，會造成薄膜測厚的基準的變化，因此當改變原料時，通過對新樣品的試驗，獲得對新基準的修正參數，校正測量值以提高測量的準確性。
3.4 輔助控制系統
輔助控制系統主要包括對儲片架升降、換卷系統、羅茨風機、排風風機、跟緊輥、自動注油系統、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轉移圖[4]。
4 結束語
本文所述集散控制系統已于2002年11月成功應用于常州市絕緣材料總廠BOPP薄膜生產線上，至今生產線運行可靠，控制性能良好。實踐還表明該系統可擴展性好，適應性強，明顯縮短了系統的研制周期，節省了大量控制線纜。本系統的成功應用為今后進一步的類似使用提供了有力實證。