滑輪拉絲機控制系統(tǒng)的PLC改造設(shè)計

摘要：文章介紹了LW-5/600滑輪拉絲機控制系統(tǒng)PLC改造設(shè)計，闡述了PLC、觸摸屏、變頻器控制系統(tǒng)的設(shè)計方法和思路，對硬件選型、傳動方式和ModBus通訊做了詳細的介紹，給出了變頻器參數(shù)值的設(shè)置方法。實踐證明，拉絲機控制系統(tǒng)改造達到較好效果，已在各子公司廣泛運用。

關(guān)鍵詞：滑輪拉絲機改造；PLC控制設(shè)計；觸摸屏；ABB變頻；ModBus通訊

中圖分類號：TG355 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）02-0032-03

焊條拉絲生產(chǎn)設(shè)備為老式滑輪式拉絲機，電控采用傳統(tǒng)接觸器控制，機械調(diào)速，速度最高

250m/min。且只能配多臺小切絲機切棒絲，效率極其低下，且安全性差，調(diào)速極其不方便。隨著公司的發(fā)展，該機型越來越不能滿足生產(chǎn)需要。因此在公司進行板倉基地擴能工程時提出改進該設(shè)備，將傳統(tǒng)控制模式改成PLC、觸摸屏控制，變頻器調(diào)速。新拉絲機命名為LW-5/600 5頭滑輪拉絲機，無收卷機，直接在線與高速切絲機聯(lián)機使用，省了收卷與放線的中間環(huán)節(jié)，提高使用效率。由此開發(fā)設(shè)計的電氣控制的拉絲機設(shè)備具有靈活性高、穩(wěn)定性強、操作簡單、維護方便等優(yōu)點。

1 控制系統(tǒng)構(gòu)成

改造后的滑輪拉絲機由變頻調(diào)速系統(tǒng)、主控制器PLC系統(tǒng)、檢測與報警、觸摸屏監(jiān)控等部分組成?？刂扑悸罚篜LC為主站，TP177A為人機界面，采用ModBus（485）通訊方式與ACS550變頻器通訊，各變頻器通過ModBus實現(xiàn)運行。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和組成框圖

2 控制方式

采用PLC加觸摸屏的智能控制模式，通過觸摸屏修改各參數(shù)，經(jīng)PLC處理后控制各個變頻器運行。拉絲機的輸入、輸出、啟動、停車、點動、速度控制以及其他相應的邏輯控制關(guān)系均由PLC可編程控制器完成。PLC將運算結(jié)果通過ModBus總線發(fā)送給各個變頻器，采用485通訊接口接受指令，各個變頻器根據(jù)PLC的指令運行。觸摸屏監(jiān)控電機的運行狀態(tài)和故障報警。

3 硬件選型

西門子S7-200是西門子1995年生產(chǎn)的新一代微型PLC，其性價比極高，目前已在各個領(lǐng)域廣泛運用。它結(jié)構(gòu)緊湊，擴展性能好，指令功能強大，價格低。編程軟件STEP7-Micro/WIN32能方便地在Windows環(huán)境下進行編程、調(diào)試和監(jiān)控，完全能滿足滑輪拉絲機的控制要求。CPU模塊選為6ES7 216-2BD23-0XB8，繼電器輸出型，24輸

入/16輸出。2塊數(shù)字量模塊6ES7 223-1BH22-0XA8和6ES7 221-1BF22-0XA8，IO點共計64點，滿足滑輪拉絲機的啟動、停止、計米、斷線急停、制動等數(shù)字開關(guān)量的要求。1塊模擬量模塊6ES7 232-0HB22-0XA8，具有2個模擬量輸出通道，采用－10v～＋10v電壓信號或者4～20MA電流信號。每個通道均可進行AD轉(zhuǎn)換，可將調(diào)速數(shù)字量信號轉(zhuǎn)變成模擬量信號直接輸送給變頻器控制電機轉(zhuǎn)速。觸摸屏選用西門子TP177A型；變頻器選用ABB的ACS550系列失量型變頻器。該變頻器控制方式為無傳感器矢量型，具有優(yōu)良的速度控制和轉(zhuǎn)矩控制特性、完整的保護功能以及靈活的編程能力。

4 傳動控制

滑輪拉絲機卷筒電機第一頭37kW，其余4頭均為30kW。啟動要求第一頭拉絲電機具有較高的啟動轉(zhuǎn)矩。通過模擬量模塊輸出的速度給定信號傳給變頻器調(diào)速，電機能點動和聯(lián)動相互投入和切除。電機的啟動停止、點動和聯(lián)動等由ModBus總線控制。電機滿載起動，起動轉(zhuǎn)矩要達到150%額定轉(zhuǎn)矩，最高線速度達到10m/s；停止時，變頻器都會按照設(shè)定減速運行，均勻減速到零，然后抱閘制動。變頻器任何時候按矢量控制，低頻高轉(zhuǎn)矩輸出，低速穿模速度穩(wěn)定，啟動過程平滑，高速運行穩(wěn)定。

圖2 電機傳動控制圖

5 通訊方式

ModBus通信協(xié)議是Modicon公司提出的一種報文傳輸協(xié)議，它已經(jīng)成為一種通用工業(yè)標準。硬件采用RS-485，主從式半雙工通訊，主機呼叫從機地址，從機應答。波特率采用9600bit/s。S7-200PLC中支持USS、ModBus以及Profibus等多種通訊協(xié)議方式。不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進行集中監(jiān)控。

本次設(shè)計中S7-200編程軟件STEP7-Micro/WIN32帶有ModBus通訊指令，主站側(cè)需要編寫"MBUS_CTRL"和"MBUS_MSG"指令程序，從站側(cè)需要編寫"MBUS_INIT" and "MBUS_SLAVE"指令程序。必須要保證主站與從站的"Baud"和"Parity"的參數(shù)設(shè)置要一致，并且程序塊"MBUS_MSG"中的"Slave"地址要與程序塊"MBUS_INIT"中的"Addr"所設(shè)置的一致。在現(xiàn)場我采用ModBus的通訊主站是S7-200的PLC（CPU226），ModBus從站分別是5臺ACS550變頻器，通訊是RTU格式，波特率9600bit/s，無校驗，主站等待時間是1s。主站依次發(fā)送請求報文到各變頻器從站，從站發(fā)出響應報文。需要寫入變頻器控制字和寄存器，對變頻器的啟停和外部給定進行控制。同時需要對變頻器的輸出線圈和寄存器的狀態(tài)進行查詢。

6 變頻器參數(shù)設(shè)置

變頻器通過改變電源頻率來改變電機的轉(zhuǎn)速，達到節(jié)能、調(diào)速的目的。同時還具有過流、過壓、過載等保護功能，采用ModBus通信方式實現(xiàn)對5個變頻器的總線控制，各個變頻器根據(jù)PLC的指令運行。需要設(shè)置變頻器內(nèi)置通訊協(xié)議參數(shù)：設(shè)置變頻器通訊參數(shù)9802均為1，即為ModBus通訊協(xié)議。設(shè)置通訊頻率參數(shù)5303為9600bit/s，校驗方式5304為0，控制類型參數(shù)5305設(shè)置為傳動簡易版。變頻器還需要設(shè)置相應的從站地址。其他主要參數(shù)如啟動參數(shù)組9901-9909，包括頻率、電壓、控制模式等參數(shù)；1001-1003組參數(shù)定義方向、外部控制啟停參數(shù)；1101-1104組參數(shù)給定選擇；繼電器輸出參數(shù)組1401-1403，對電機轉(zhuǎn)速、電流、頻率轉(zhuǎn)矩等做出最大最小限定；參數(shù)組2001-2018等都要一一設(shè)置好，變頻器才能正常工作。

7 監(jiān)控部分

監(jiān)控部分采用西門子TP177A觸摸屏，配有軟件wincc flexible 2008完成編程。它是西門子一款性價比較高的人機界面，具有2個9針通訊端口，可分別作為PC機的編程口和ModBus的通訊口。在觸摸屏上可進行變頻器的參數(shù)設(shè)置、整機啟動停止控制，同時顯示電機的速度和故障報警信息。操作簡單、直觀，完全滿足拉絲機系統(tǒng)實時操作監(jiān)控的

要求。

8 在線聯(lián)機控制

因拉絲機要和前端立式放線機以及后端高速切絲機在線聯(lián)機運行，啟動停機要相互關(guān)聯(lián)，否則會出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象。因此要在拉絲機和高速切絲機的PLC的數(shù)字輸入端相互寫入啟動停機信號。整條生產(chǎn)線設(shè)備聯(lián)動啟動和停止，才能保證棒絲的高效

生產(chǎn)。

9 結(jié)語

改造后的拉絲機采用西門子S7-200PLC、西門子TP177A觸摸屏以及ABB變頻器控制，提高了設(shè)備的自動化程度。采用變頻器啟動，延長了電機的使用壽命，方便更換品種規(guī)格，滿足不同品種的速度要求。采用通訊控制，減少了現(xiàn)場布線的繁瑣，大大降低了干擾，使控制柜更簡潔干凈，故障率降低，提高了設(shè)備的精度和穩(wěn)定性，保證了拉絲的質(zhì)量。觸摸屏的使用讓現(xiàn)場非常直觀簡潔，操作方便，調(diào)速方便，設(shè)備電氣性能大大提高，安裝后一人可操作兩臺，速度達到500m/min，且與立式放線機和高速切絲機在線聯(lián)機使用，效率翻倍。此設(shè)備投入使用以來得到了較好的評價，已在各子公司推廣使用。

參考文獻

[1] 詹昌義．PLC在直線式拉絲機控制系統(tǒng)中的應用[J]．中國高新技術(shù)企業(yè)，2012，（2）．

[2] S7-200中文編程手冊[S]．

作者簡介：張蓉（1971-），女，湖北宜昌人，供職于四川大西洋焊接材料股份有限公司，研究方向：工廠供電和電氣控制技術(shù)。

（責任編輯：周加轉(zhuǎn)）