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浔之漫智控技术(上海)有限公司
主营：西门子DP电缆代理商
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西门子模块6ES7214-2AS23-0XB8品质好货
引言
可编程控制器PLC(Programmable LogicController)具有性高、通用性强、编程简单、体积小、安装维护方便等优点，在工业控制中得到了广泛应用。
在工业控制系统中，可能存在不同厂家生产的、多种型号的可编程控制器PLC。为了便于系统集成，一般采用基于OPC(OLE for ProcessContr01)规范的接口进行数据交换，为此，需要设计、开发面向PLC的OPC服务器。
1 OPC服务器开发工具
面向PLC的OPC服务器开发需要完成以下两个方面工作：一方面，需要根据PLC的通信协议实现上位机服务器软件与PLC的数据交换；另一方面，需要合理设计服务器软件的架构与接口，使之符合OPC技术规范。
由于OPC服务器是基于COM技术的，这就要求程序设计人员非常熟悉COM技术，而精通COM技术是有一定难度的，因此，OPC服务器的源码级开发是相当复杂的，一般由的软件公司进行开发。
为了便于OPC技术的推广和应用，国内外许多单位推出了OPC服务器快速开发工具包。这种工具包将微软公司的OLE／COM／DCOM技术和OPC的技术细节进行了隐藏，使用户开发工作集中在数据采集和处理任务上，从而简化了OPC服务器的开发。
基于工具包的OPC服务器开发，主要任务是熟悉工具包的API接口函数，通过调用工具包的API接口函数实现OPC服务器的功能，为应用软件提供符合OPC规范的接口。
2 OPC服务器设计与开发
2．1软件设计
基于工具包的面向PLC的OPC服务器开发的要任务是设计OPC对象与接口、OPC服务器界面，然后进行OPC服务器与PLC的通信设计，以实现OPC服务器与PLC的数据交换，具体的软件架构如图1所示。
提高伺服控制系统速度的变化率可以提高纺织细纱机的生产效率。用一台PLC控制两组伺服驱动电机，两台电机启停时间错开，通过机械装置合成可使速度变化率达500次/min；系统采用速度反馈控制，利用RS232与上位机通讯以实现参数的设置和监控。详细介绍了基于PLC纺织细纱机伺服控制系统的硬件原理和软件设计方法。实际运行结果表明：该系统设计合理，工作，满足了纺织细纱机生产的需要。
细纱机是纺织厂的设备，具有前后两个辊子。由于辊子的速度比后面辊子快，从前辊子进去的粗纱在两个辊子之间得到拉延，从后面辊子输出的纱就变细了。花式纱不是均匀粗细，而是粗细相间。要得到粗细相间的纱，只需让后辊子的转速时快时慢即可。本文设计了一套机械差动齿轮减速箱，减速箱的两个输入：一是前辊子通过减速齿轮传动后辊子的运动；另一是一台永磁同步伺服电机，通过控制系统使其频繁启停控制。目前永磁同步电机控制系统大启停次数可达280次/min。差动齿轮系的输出端接后辊子。如伺服电机不转，后辊子匀速旋转，纺出的是普通纱，如伺服电机频繁启停，经差动轮系合成后，后辊子速度时快时慢，纺出来的就是花式纱了。根据生产的需要，需要提高细纱机的车速，以提高纺纱的生产率，为保持原来花式细纱粗细相间的节距，后辊子转速变化率需要提高到500次/min，要求伺服电机启停率也要500次/min。目前，国内外生产的伺服驱动系统难以满足要求。
作者设计了一套驱动控制系统，采用两台永磁同步电机伺服系统，每台电机启停250次/min，两台电机启停时间错开，通过机械装置将其合成为500次/min。
差动齿轮系的工作原理如图1所示，来自于前辊子的转速经过齿轮减速后作为差动齿轮系的一个输入，另一个输入由两台伺服电动机通过机械合成而成，能实现启停500次/min。从图可见，若两台伺服电动机不转，差动齿轮系输出到后辊子的为一个前辊子的均匀速度，此时细纺机纺出为普通纱。若两台伺服电机均启停250次/min，且启停时间错开，通过机械合成后为启停500次/min，此时差动轮系输出到后辊子的变化速度为500次/min，细纺机纺出为花式纱。
在纺纱过程中需要不断地改变纱的粗细、纱的长度和节距3个参数，要求伺服电机不断改变启停周期和速度，每种纱常有300多种变化组合，参数要求方便进行调整，而且工作环境较恶劣，性要求高。
伺服系统电机采用Mitsubishi的低惯量永磁同步电机，其参数为12Nm，22A，2.84KW，3000r/min。两套伺服系统的速度控制号由PLC模拟量I/O模块FX2N-3A输出控制，其模拟电压为0～10V。A、B两套伺服系统的启停控制信号。
由PLC扩展的脉冲输出模块FX2N-1PG输出端控制，其相位相互错开。
为了调节纱的粗细、长度和节距，PLC需要不断前辊子的速度，根据设置的参数和的前辊子速度计算出后辊子的速度和开关频率。本系统中前辊子速度和伺服电机速度的采用光电编码器，其输出的脉冲信号输送到PLC的高速计数模块FX2N-1HC进行计数从而得到前辊子的速度以计算伺服电机速度和开关频率。另外PLC选用绝缘型RS232C通讯用适配器与工控机进行通讯，以实现参数的设置和监控。
工控机采用研华AWS-825，用VB开发工控机的监控程序和控制界面。
四、程序设计
速度采用M法测速，在固定的时间间隔Ts内读取速度信号的脉冲数从而计算出转速的大小。设m1为在固定时间间隔Ts内读取速度信号的脉冲数，P为电机光电编码器每转输出的脉冲数，在时间Ts内共发出m1个脉冲，其速度为：。
串行通信模块数据传送利用RS指令，其与工控机进行串行通信时可以设置数据长度、奇偶性、波特率、停止位等。本系统设置的通信数据长度为8位，采用偶校验，设置1为停止位，通信的波特率为2400bps。
D/A模块具有电压输出和电流输出两种形式，电压输出可选0～10V和0～5V输出，本系统选择0～10V输出控制伺服电机转速从0～3000r/min变化。数模转换模块采用FROM，TO指令，其中FROM控制A/D输入，TO控制D/A输出，编程指令包含选择数模转换通道和输入输出数据存元，设置数模转换命令，输出或读入转换等。
五、上位机的编程
在bbbbbbs下用VB实现串行通信有两种方法：一种为使用bbbbbbs应用编程接口（API）。API提供了完备的应用程序接口函数和中断方式的通信设备驱动程序（Comm.DRV）。另一种为使用VB系统集成环境提供的串行通信控件（MSComm）。它包含了bbbbbbsAPI中串行通信的16个函数所完成的功能，且含有使用户设计方便的对象特性。本系统采用VB系统集成环境提供的串行通信控件（MSComm）实现串行通信。MSComm控件的通信功能的实现实际上是调用了API函数，API函数是由Comm.drv解释并传送给设备驱动程序执行的，对于VB只需知道MSComm控制的属性和事件的用法即可以实现串行口的通信操作。
上位机与PLC之间通信参数包含伺服电机速度、开停频率等信息，所以要有一个标识字节用于区分传送信息的类型。同时考虑到传输中可能出错，再增加一个检验字节。所以本文中两机之间通讯协议为每传一次含括5帧，它们分别是：
1、标识字节，用于分辫所传信息的种；2、所传信息16位二进制码的低位字节；3、所传信息16位二进制码的高位字节；4、校验字节，为前3个字节的异或值；5、结束位，表明此次结束。
每一帧包括：1位起始位、8位有效数据位、1位奇偶校验位、1位停止位。
根据以析，本文成功设计了一套基于PLC控制和工控机监控的纺织细纱机控制系统，并成功应用于某纺织厂的生产线中。工控机通过PLC串行通信监测的伺服电机启制动时速度的变化曲线。2个月成功运行表明，该系统设计合理、工作。
六、结论
本文设计了一套基于PLC控制和工控机监控的纺织细纱机控制系统，系统利用差动齿轮系和两套伺服电机设计的后辊子速度变化频率可达500次/min，满足了细纱机生产的需要。同时利用工控机通过串行通信对系统进行参数的设置和监测，运行表明，该系统设计合理、工作。
随着汽车工业的快速发展，对汽车轮胎的需求也快速增长。同时，由于我国高等级公路的快速发展，汽车的运行速度也大大提高了，这就对汽车轮胎的质量提出了高的要求。而钢联线作为轮胎的重要组成部分，对轮胎的强度起着重要作用。钢联线的质量直接影响着轮胎的质量、品质、等级。作为钢联线的主要生产设备直进式拉丝机，应用也越来越广泛。早期的直进式拉丝机，主要以进口为主，包括德国、意大利、韩国等地进口的拉丝机为主，这些系统有直流调速的，也有交流变频调速的。现在这些设备在一些大的钢联线生产厂还在应用。近年来，随着国内机械加工能力的提高，以及自动化控制技术的发展，直进式拉丝机已基本实现国产化。在江阴、靖江等地的几家拉丝机生产厂，都已生产出交流变频同步调速的直进式拉丝机。在这些设备上，有的应用了进口的变频器，如：Danfoss、ABB、以，有的也应用了国产的变频器，如：易驱等。
这个应用案例就是易驱ED5000变频器在江阴生产的直进式拉丝机上的配套案例。
二 直进式拉丝机工作原理简介
直进式拉丝机是有多个拉拔头组成的小型的连续生产设备，通过逐级拉拔，可以一次性地把钢丝冷拉到所需的规格，所以工作效率比较高。但是，由于通过每一级的拉拔后，钢丝的线径发生了变化，所以每个拉拔头工作线速度也应有变化。
根据拉模配置的不同，各个拉拔头的拉拔速度也要变化。拉拔速度的基准是每个时刻通过拉模的钢丝的秒体积不变，即使以下公式成立：
πR2×V1=πr2×V2
其中R：进线钢丝的直径
V1：进线钢丝的线速度
r：出线钢丝的直径
V2：出线钢丝的线速度
直进式拉丝机的各个拉拔头的工作速度就是基于以上的公式，保证各个拉拔头同步运行。但是，以上的说明是基于理想状态的稳态工作过程，由于机械传动的误差以及机械传动的间隙，还有在起动、加速、减速、停止等动态的工作过程中，各个拉拔头就无法保持同步，所以，现在大多数的直进式拉丝机上都有张力传感器，动态测量各个拉拔头间的钢丝的张力，再把张力转换成标准信号(0~20mA或0~10V)，用这个标准信号反馈给调速变频器，变频器用这个信号作闭环PID过程控制，在主速度上叠加上PID计算的调整量，保持各个张力检测点的张力恒定，也就保证了直进式拉丝机工作在同步恒张力的工作状态。
根据以上的说明，直进式拉丝机对变频器的性能提出较高的要求。变频器应具有以下的性能。
1，低频起动力矩大，过载能力强，速度精度高
2，有内置PID功能，PID的参数丰富
3，动态响应快
所以，我们选用了ED5000电流矢量变频器作为直进式拉丝机的驱动装置，该变频器在实际使用中也满足了拉丝机的要求，响应快，起动力矩大，过载能力强，在矢量控制时速度控制精度达到0.2%(无PG)，有内置PID，PID参数丰富，包括PID增益、限幅、偏置等等。三 配置及说明
直进式拉丝机的电气系统配置如下图所示，主要包括以下几个部分：触摸屏—西门子TP270，10′真彩，可编程控制器（PLC）—西门子S7-315-2DP，带Profibus现场总线接口，变频器—易驱电流矢量变频器ED5000，内置PID，传感器—图尔克线性传感器，0～10V，或4～20mA。触摸屏与PLC通过MPI总线连接，PLC与变频器之间通过Profibus现场总线连接，组成高速的现场总线网络，数据的传输速率达到1.5M，大地提高了变频器的响应速度，提高了同步精度，基本上做到了正常工作时不断丝。这对提高工作效率非常有效。
系统的速度是由后一台拉拔变频器决定的，再根据每道拉模的压缩比与减速比，计算其它每个机台的主给定速度，由于机械上的误差和拉模的磨损，使得给定的参数与实际的数值有一定的差异，这个差异就通过张力臂来纠正。事实上，张力臂下面连接着一只位置传感器，该传感器测量出张力臂的转动角度，输出一个0～10V的模拟量信号给变频器，变频器再根据设定的位置值（一个相对与10V的百分比值），经过PID计算，在输出频率上叠加上一个纠偏量，上述的差异。
系统中，触模屏作为人机界面，起着人机接口的作用，每道拉模的压缩比，就是通过触模屏输入的，并且，触模屏还能存储若干套不同的拉模参数，方便用户快速选择成套拉模参数，而不必每次都要输入参数，方便了用户，提高了效率。触模屏还显示工作中各道拉模的实际工作参数，包括电压、电流、速度等等，在系统出现报警时，触模屏上及时显示系统故障的内容，方便用户及时诊断，排除一些简单的故障。触模屏与PLC是通过MPI连接的，速率为：187.5K。
PLC是整个系统的控制，控制着整个系统的工作流程。通过按钮的操作，控制每个机台的前联动、后联动、点动及整个系统点动、自动运行。根据触模屏输入的拉模压缩比参数，计算每个机台的同步速度，并通过Profibus总线传输给变频器，由变频器直接驱动机台电机工作。PLC还通过Profibus总线，从变频器中读取变频器的工作参数，对变频器的各种工作异常作出处理，并及时通过触模屏显示。
四 结语
该变频器在直进式拉丝机上使用一段时间来，客户反映设备运行平稳，起动、停止、加速、减速平滑稳定，同步精度高，起动电流小，噪音低，已获得了终使用客户的广泛认可。