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的實現(xiàn)方法以及定長停車與緊急停車的實現(xiàn)過程。調試結果表明該系統(tǒng)能夠達到設計要求，定長停車誤差小于5%。 關 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備，已在各個焊絲生產(chǎn)廠家得到了廣泛的應用。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方面的內容: （1） 焊 絲 的導開與儲存系統(tǒng)變頻調速控制的設計要求張力恒定，線速度自適應; （2） 排 線 器左右運動的伺服驅動要求走動平穩(wěn)，跟蹤定位準確; （3） 角 度 自適應控制要求與主機聯(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設重量時的一種停車方式。設定一個預減速停車的重量，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，使設備在焊絲重量達到預置重量時正好平穩(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、儲絲機構、放線裝置組成。焊絲由放線裝置送出經(jīng)過儲絲機構后送往排線機構，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)的設定與顯示，它包括用戶參數(shù)和調試參數(shù)。用戶參數(shù)用來設定所生產(chǎn)焊絲的線徑、比重、預置重量等，這些參數(shù)對定長停車是非常重要的;調試參數(shù)是調試人員在調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)對停車效果起到關鍵的作用。 儲絲機構如圖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，這5個接近開關可以設計出9種料位。浮動輥上有感應片，當浮動輥達到某一個接近開關時，感應片就可以使接近開關發(fā)出信號，發(fā)出的信號送往PLC，此時PLC根據(jù)設定的料位規(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分別為:高高料位開關、高中料位開關、中料位開關、低中料位開關、低低料位開關。料位2為浮動輥離開低中或低低料位開關時的狀態(tài)，料位8為浮動輥離開高中或高高料位開關時的狀態(tài)。 通過人機界面設定參數(shù)，PLC檢測儲絲機構中料位，調節(jié)回路的輸出結果，控制變頻器和放線剎車機構。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調節(jié)器的輸出值（M仍與偏差值（。）之間的關系為: 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 軟件設計 2.1 變頻器通信格式的設定 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，不再需要轉換。參數(shù)設定見表1。 2.2 pLC與變頻的通信 PLC的通信參數(shù)設定必須與變頻器一致，在PLC開始運行程序之前必須先設定通信參數(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，不同的參數(shù)地址對應不同的功能，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后，PLC執(zhí)行料位控制算法程序實現(xiàn)主電機減速，變頻器給定頻率迅速減少到0，同時在放線機構電動剎車的配合下，使整個層繞機停止運行。 3 結論 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ModbusRTU通訊協(xié)議，可與PLC構成主從式的系統(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，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].自動化技術與應用，2006，25（4）:78一79. [5]吳學文，曾凌，張曉裕，賈良武.PLC網(wǎng)絡與計算機間的Modbus協(xié)議通信設計與實現(xiàn)「J].計算機與現(xiàn)代化，2005，11:57一60.