盘锦西门子S7-1200代理商

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摘 要自动焊接的应用越来越广泛，焊丝需求量也越来越大，同时要求层绕设备应适应各种规格的焊丝，且运动可靠，自动化程度高。测控网络技术的应用为实现生产过程的自动化，提高产品质量和安全生产提供了保障。基于ModbuS协议的层绕机测控系统采用总线结构，RS一485串行总线通信，通过网络实时jingque控制，提高了缠绕精度和自动化程度。焊丝主动导开技术的实现弥补了国内同类产品的不足。设备经现场使用，性能稳定，工作可靠。

关 键 词 可编程序控制器;变频器;网络测控

    测控网络技术的应用为实现生产过程的自动化，提高产品质量和安全生产提供了保障，Modbus通信协议具有侦错能力强、数据传输量大、实时性好等特点[1]成为目前自控领域使用非常广泛的通讯协议。通过此协议，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中控制和数据共享等。目前国外生产的层绕机自动化程度高，自动排线jingque，主动导开放线，层绕质量高，但价格昂贵。国内研制出的层绕机自动排线不够稳定，且需人工干预，大多数为被动导开放线，缠绕质量不稳定，生产效率低，均未采用网络测控。针对储丝机构料位的控制方案以及基于ModbuS协议的层绕机测控系统，采用总线结构并通过网络实时jingque控制，较好地解决了焊丝恒张力层绕控制和焊丝主动导开的技术难题，实现了焊丝的层绕线速度升降自适应，自动定长停车等功能，提高了焊丝的层绕精度和设备的成功率，且价格低廉。

1 测控网络的结构和功能
    随着各种钎丝制品（如焊丝、电机和变压器绕组等）需求量猛增，迫切需求高精度和自动化程度高的连续生产缠绕设备，提高生产率和产品质量，加快基于全数字交流伺服的高精度缠绕技术的研究迫在眉睫。

1.1 测控网络的总体结构
    基于M odbus协议的层绕机测控系统总体结构如图1所示，包括中央控制单元、收线测控单元、张力测控单元、导开测控单元、直线行走单元和人机交互系统。

1.2 各网络节点的结构和功能
    中央控制单元PLC:对各单元所传来的数据进行处理，控制各单元的执行动作。

    收线测控单元:利用编码器测出主轴电机速度，由PLC控制收线变频给定值。

    张力测控单元:通过监测浮动辊所处位置即料位反映焊丝张力的变化情况，将料位分成9个状态，采用模糊控制对料位跟踪调整，使浮动辊处于佳位置。

    导开测控单元:根据张力变化对导开电机进行控制，实现主动导开功能。

    直线行走单元:采用台达伺服电机作为执行机构，保持焊丝缠绕角度。

   人机交互系统:采用台达触摸屏对各种生产参数进行设置以及监测系统运行状况，发生故障作报警提示，RS一232接口连接方式。

2 通信系统介绍

    Mobdus通讯协议广泛应用于工业控制领域，协议结构简单通用，大部分工控系统都支持这种协议。ModbuS标准定义了051模型第7层上的应用层报文传输协议，它还将串行链路上的协议标准化，以便在一个主节点和多个从节点之间进行查询和应答。Modbus串行链路协议是一个主/从协议，该协议位于051模型的第二层。位于051第7层的MOdbus应用协议定义了简单的独立于其下面通信层的协议数据单元（PDU），RS一485总线网络的Modbus协议映射在发起ModbuS事务处理的主节点构造Modbus PDU，然后添加附加域构造Modbus串行链路通信PDU。Modbus通信总是由主节点发起，主节点向从节点发出查询命令并处理响应，从节点在没有收到主节点的请求时并不主动发送数据，也不与其它子节点互相通信。主节点在同一时刻只会发起一个Modbus事务处理。

2.1 协议格式
    Mdobus协议定义两种串行传输模式:RTU模式和ASCl模式，规定了报文域信息位（bits）在线路上串行传送方式，确定了数据信息如何形成报文和报文如何解码。本系统采用RTU模式。在消息中的每个SBit字节包含两个4Bit的十六进制字符，见表1。这种方式的主要优点是:在同样的波特率下，可比ASCll方式传送更多的数据[2] 。

    该模式下消息发送至少要以3.5个字符时间的停顿间隔开始。传输过程中，网络设备不断侦测网络总线，包括停顿间隔时间内。当个域（地址域）接收到，相应的设备就对接下来的传输字符进行解码，一旦有至少3.5个字符时间的停顿就表示该消息的结束。

2.2 检查码（CRC）
    主机或从机可用校验码进行判别接收信息是否出错。错误检测域包含一16Bits值（用两个8位的字符来实现）。错误检测域的内容是通过对消息内容进行循环冗长检测方法得出的。CRC域附加在消息的后，添加时先是低字节然后是高字节。故CRC的高位字节是发送消息的后一个字节。错误校验采用CRC一16校验方法图。
    CRC 校验码计算如下:

2.3 通信程序编制及参数设定

2.3.1 人机交互系统
2.3.1.1 主画面
（1） 在操作面板上设有一个“重量CLR清零”按钮，此按钮按下，则已缠绕焊丝重量清零;
如果保持按下35以上，则累计重量清零（延时功能由PLC实现）。
（2）在主 画面上设有“预置重量、焊丝线径、已绕重量及累计重量”等数据。
（3）设有 “用户参数”（见表4）、“工艺参数”和“机械参数”三个子画面切换按钮。

2.3.1.2 分画面
（1） 机械参数:设置排线中心角输人，排线滞后角输人。
（2） 导开变频器给定频率补偿设定:可设置高料位导开频率补偿值、中高料位导开频率补偿值、中低料位导开频率补偿值和低料位导开频率补偿值等。
（3） 角度传感器报警和断丝报警停车。
（4） 焊丝比重设定。

2.3.2 变频器
    变频器选用台达VFD一B系列，收线和导开电机各有一台变频器驱动，两台变频器与可编程序控制器遵守ModbuS通讯协议。变频器的参数设置见表5。

2.3.3 可编程序控制器
    采用台达DVP一SX机型，该机为01点（4DI+ZDO+ZAI+ZAO）特殊主机，内建2位数的七段显示模块，直接对应内部寄存器。扩展模块为DVP06X一H模拟输人/输出混合模块。可编程控制器与变频器建立通讯程序见图2。

    主节点访问从节点的程序流程见图3。

3 结束语
    测控系统越来越走向分布式、网络化，基于Modbus的网络测控系统在层绕机上已完全实现，主节点与各从节点之间采用了RS一485串行通信总线，使测控网络的连线简洁，信号传输稳定可靠，并采用模糊控制算法取得了良好的张力控制效果，极大提高了缠绕精度和自动化程度。可用企业局域网对测控网络进行管理，通过网关连接到Internet网实现远程测控功能，生产过程控制系统与信息管理系统结合的管控一体化发展，实现企业综合自动化。设备现场运行良好，工作稳定可靠，便于操作，具有广阔的市场前景。

：介绍了PLC三层通信网络在大型城市污水处理监控系统—青岛市污水处理监控系统中的应用，成功的实现了大区域的实时监控和管理。

1 污水处理监控程序概况
　　　青岛市污水处理厂处理工艺采用国际上比较先进的SBR活性污泥法﹑信息与自动化工程采用二级分布式计算机控制管理系统方案。这种结构可使生产过程中的信息能够集中管理，以实现整体操作和管理；同时也可使生产过程中的控制危险系数降低，提高系统的可靠性。
　　　整个系统分成两个管理级：上位管理级和现场管理级，具体为由中央控制室操控站(OPS)和上层管理计算机组成的上位管理级，和由现场各分控站PLC及分布式I/O控制系统与现场在线测量仪表组成的现场管理级。现场各种数据通过PLC及远程I/O采集，并通过现场高速数据总线传送到中央控制操作站进行集中监视和管理。中央控制室主机的控制命令也可通过高速总线传送到现场PLC的测控终端，实施各单元的分散控制。

2 OMRON三层通信网络的结构
　　　与传统的工厂控制体系相比，OMRON公司自动化系统提供了高效的﹑开放的网络体系结构，将以前工厂到设备的五层机构简化为三层：管理层﹑控制层和设备层。管理层网络采用Ethernet网络；控制层网络采用Controller bbbb网络；设备层网络采用DeviceNet网络，形成了具有优异通信功能的三层网络，如图1所示。

图1  OMRON PLC网络的三层体系结构

　　　DeviceNet网络用于实现现场设备（开关﹑I/O和人机界面等）与PLC之间的通信；Controller bbbb网络处于三层网络的中间，它主要负责对处在中间层的各个控制器（PLC等）之间进行数据的传送和控制；Ethernet网络（以太网）实现PLC﹑工作站﹑个人计算机以及第三方Ethernet之间的数据通信。

3 污水处理监控系统中的网络拓扑结构与功能配置
3.1网络拓扑结构
　　　根据青岛市污水处理工艺的控制要求，OMRON网络系统，以OMRON公司高性能的CS1系列可编程序控制器为核心，构建污水处理自动化控制信息网络：管理层网络﹑控制层网络和设备层网络。如图2所示。

图2    污水处理自动化控制信息网络

3.2功能配置
3.21管理层
　　　管理层是系统的核心，完成对污水处理过程各部分的管理和控制，并实现厂级的办公自动化。管理层还提供系统人机交互界面并与厂管理层沟通，是整个系统与外界信息交换的窗口。管理层的各台计算机具有相互通信的功能，实现数据交换和共享，以及共享一些昂贵的硬件和软件资源。
　　　管理层采用客户/服务器的体系结构。服务器配有大型网络关系的数据库，如Oracle、Sybase等，实现开放、分布式数据库管理方式的要求。中央控制室的服务器具有远程控制操作功能、显示功能、数据管理功能、数据处理功能、报警功能、报表功能、通信功能和冗余功能。
　　　管理层采用双冗余的Ethernet网络，负责中央控制室的服务器、操作站和工程师站与四个主控站PLC的通信，以及各主控站之间数据的传输。
3.22控制层
控制层是实现系统功能的关键，其主要功能是接收管理层设置的参数和命令，对污水处理生产过程进行控制，将现现场参数如压力、流量、温度、PH、等数据上传，输送到管理层。
　　　控制层采用Controller bbbb网络，用于主站PLC与各分站PLC之间的通信。OMRON公司的Controller bbbb网络采用N:N令牌总线或光纤环网，从而提高了对网络故障的处理能力，不会因网络节点故障而使整个网络停止运行。它的通信速率恒定为2Mb/s，大节点数为62个，采用光纤通信时大距离为30千米。
　　　在各个节点，PLC主站的控制任务具有相对独立性，但又需要与其它主控站任务联系。选用数据链接和报文服务方式来实现PLC间的通信。
3.23设备层
　　　本系统在初沉泵房与分控站之间少量的采用了Composbus/D的现场总线，构成了远程I/O系统。Composbus/D采用公开的DeviceNet总线协议，通信速率为500kb/s、250kb/s、150kb/s可切换，无中继的通信距离为500m。现场仪表直接连到DeviceNet网络。
PLC的选择
　　　根据需要，四个主控站选择OMRON公司的CS1或CJ1系列。各现场控制站也采用了OMRON公司的CS1或CJ1系列。PLC的输入输出控制点均留有20℅以上的容量，为提高抗干扰能力，PLC柜内装有隔离变压器。此外每个PLC都连接了一台图形方式的人机交互触摸屏，便于工人在现场对设备进行操作。

4 上位机管理控制系统
　　　中央控制室的上位计算机和现场控制站组成了一个环形光纤网络系统，它负责监控全场污水处理过程和设备运行状况。上位机可以调用各现场站的全部运行信息，在中央控制室可以控制现场主要设备的停止和启动。
　　　上位计算机管理控制系统设置工程师站和操作站，工程师站的专用计算机以流行的SCADA软件作为系统控制软件，内部集成VBA，可离线或对整个监控系统进行组态和参数修改等来实现对工业控制系统的检测和控制。能体现良好的通用性、灵活性、开放性、可靠性和高性价比。系统采用了图形用户界面（GUI）为操作人员和系统开发人员提供监视环境。在这个环境可以实现数据采集、数据处理、状态监视、远程控制、报警、数据登陆和生成报表等基本功能。另外工程师站可以安装PLC编程软件，通过网络通信，程序可以方便地通过控制网络Controller bbbb网络分别下载到制定地现场控制站PLC，以便在调试过程中随时修改程序。操作员可以通过操作站的计算机实时监视全厂工艺参数变化、设备运行、故障发生等情况，并进行多种模式操作，同时负责日常报表打印、事故打印和数据记录等。

5 结束语
　　　本信息网络在实际运行过程中基本上没有出现大的故障，在满足检测和控制功能的基础上实现了数据监控、信息共享和数据库的管理。提高了自动管理水平和经济效益。实现了管理和控制的一体化，取得了期望的结果。