BOPP薄膜生產(chǎn)線的CC-Link現(xiàn)場總線集散控制系統(tǒng)
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前部傳動控制用FX2N-80MR PLC（從站9#~12#）通過FX2N-485BD板卡，采用RS-422網(wǎng)絡(luò)對擠出機、冷輥電機、慢速輥電機、快速輥電機和橫拉輥電機共5臺直流電機進行控制與檢測；后部傳動控制用FX2N-80MR PLC（從站17#~20#）采用相同的RS-422方式對后處理電機、上卷輥電機、收卷1電機和收卷2電機共4臺直流電機進行控制與檢測，它們共同實現(xiàn)對速度鏈傳動控制子系統(tǒng)的控制。此外，位于前操控臺的FX2N-80MR PLC（從站13#~16#）和位于后操控臺的FX2N-80MR PLC（從站21#~24#）分別通過其RS-422編程口與各自的單片機系統(tǒng)相連，用于實現(xiàn)調(diào)速電機的速度設(shè)定、速度顯示、調(diào)速器內(nèi)部狀態(tài)監(jiān)測等。
工控機IPC1（從站25#~28#）采用RS-485通訊網(wǎng)絡(luò)，通過CD901智能儀表對整個溫控子系統(tǒng)進行實時監(jiān)測與控制，該溫控子系統(tǒng)包括對擠出機、機頭、縱向拉伸和橫向拉伸共34個獨立的加熱區(qū)的溫度控制。另外，位于后操控臺的FX2N-80MR PLC（從站21#~24#）還通過FX2N-485BD板卡，采用RS-485通訊方式與張力控制器LE-40MTB相連，用于實現(xiàn)對薄膜左、右張力的檢測與恒張力收卷控制。
工控機IPC1還有一個重要的任務(wù)就是控制并驅(qū)動前掃描測厚裝置，檢測并顯示薄膜厚片的厚度，以及顯示傳動子系統(tǒng)、溫控子系統(tǒng)的關(guān)鍵工藝參數(shù)情況，便于工藝技術(shù)人員及時調(diào)整相關(guān)參數(shù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量。工控機IPC2主要用于控制、驅(qū)動后掃描測厚裝置，檢測并顯示成品膜的厚度，產(chǎn)品的最終公差分布情況在這里得到充分的體現(xiàn)。IPC1與IPC2被置于同一個電控柜中，由于距離相隔很近，因此采用RS-232C通訊方式將它們連接起來，進行數(shù)據(jù)共享。這兩臺工控機共同構(gòu)成了薄膜測厚子系統(tǒng)。
2.3 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行控制的過程，圖中2、3、6、7、9表示CC-Link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-Link、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(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-Link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)速器進行參數(shù)的讀寫通訊過程，與多臺調(diào)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，實踐表明完全滿足系統(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)采取分時方式進行處理。為確保通訊過程的正常進行，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，當數(shù)據(jù)發(fā)送成功后，只有符合指定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)用證明完全滿足工程要求。
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