西门子中国授权代理商-电缆总代理商代理

西门子中国授权代理商-电缆总代理商代理

1 引言

拉丝机是金属加工行业主要加工设备之一，主要是将粗线加工成各种规格细线，一般由放线、水冷、收线等部分组成，其中电气传动部份主要由拉线电机和收线电机实现。通过PLC来实现拉拔速度设定、操作自动化、生产过程控制、实时闭环控制、自动计米等功能。通过变频器来控制电机的转速。

2 直进式拉丝机变频控制系统

该直进式拉丝机主要对精轧出来的不锈钢丝进行牵伸，设计的工艺要求为：（1）拉丝速度18m/s；（2）加工品种主要是进线Ф6mm→出线Ф2mm（3）停车不能有断头（紧急停车除外）。

直进式拉丝机是拉丝机中难控制的一种，由于它是多台电机同时对金属丝进行拉伸，作业的效率很高。不像以前经常遇到的水箱拉丝机和活套式拉丝机，允许金属丝在各道模具之间打滑。由于比较在作业过程中拉断，它对电机的同步性以及动态响应的快速性都有较高的要求。本系统共有六个的转鼓，每个转鼓由一台变频器控制并带械制动装置，和一个收线电机。每个转鼓之间安装有用于检测位置的气缸摆臂，采用位移传感器可以出摆臂的位置，当丝拉得紧的时候，丝会在摆臂的气缸上面产生压力使得摆臂内移。

3 控制工艺原理

该直线式拉丝机控制系统主要分为：点动、联动、加速启动、自动工作和刹车五部分组成。

1）              点动：点动分为前转和后转。当踩下点动脚踏开关时，所选控电机以固定的转速运行，使每个转鼓上的线绕紧。

2）              联动：联动分为前联和后联。台转鼓没有前联，六台转鼓没有后联，中间四台转鼓前联和后联都有。当踩下前联开关时，所选控电机及之前的电机一起转动绕丝；当踩下后联开关时，所选控电机及之后的电机一起转动绕丝。当联动时，电机以某一固定速度旋转。

3）              加速启动：加速启动与联动类似，但没有前后之分，当按下加速按钮时，所选择电机及之前的电机加速启动到设定的速度。

4）              自动启动：当把线全部绕到转鼓上时，按下启动按钮，所有电机一起加速启动，通过PLC里面的PID来调节各个电机的转速，保在高速运行的状态下不会拉断丝，直到速度达到设定值，收线机也一起运行。当按下停止按钮时，所有电机减速停止。

5）              刹车及急停：当停车状态下，为了防止断线，所有转鼓不允许转动。当在运行状态下，如果发生断线，所有的转鼓要立即停止，防止发生意外。

4 控制系统介绍

    控制系统上位机采用和利时HT6600C系列触摸屏，下位机CPU选用和利时LM3109 PLC控制器，上、下位机之间通过RS485进行通讯。通过逻辑编程处理来自触摸屏以及按钮、传感器等信号，控制6台变频器。图3为控制系统配置图。

图3 控制系统配置图

4.1可编程控制器部分

本系统采用HOLLiAS LM系列PLC控制，配置1个CPU模块LM3109、1个16通道数字量输入模块LM3212、1个8通道数字量输出模块LM3222、1个8通道模拟量输入模块LM3313和3个2通道模拟量输出模块LM3320。

1）CPU模块：LM3109模块的额定工作电压为AC220V，自带40点I/O，提供24路DC24V输入/16路继电器输出。具有1个RS232和1个RS485通讯接口，支持专有协议（仅RS232）/Modbus RTU协议/自由协议。

2）数字量扩展模块：LM3212模块是16路数字量输入处理通道，主要完成数字量信号处理，数字量输入信号的额定工作电压为24VDC。LM3222模块是8路数字量输出处理通道，主要完成触点型数字量的输出处理工作，输出额定负载的电压为24VDC或220VAC。

3）模拟量扩展模块：LM3313模块提供8通道模拟量输入通道，输入范围-10-10V电压信号和-10-20mA电流信号可选，主要完成现场模拟量的输入、采集与处理工作。LM3320模块有2路模拟量输出处理通道，输出范围0～10V电压信号或0～20mA电流信号，完成模拟量信号的输出工作。

表1为系统I/O分配表。

4.2 监控部分

上位监控部份采用和利时HT6600系列触摸屏，配以软件来完成。触摸屏上可以进行参数设置、电机启停控制和显示转速和故障等信息。图4-图7为触摸屏部分监控画面。

1. 引言

当前很多简单的逻辑控制设备都采用单片来实现，但随着现场环境的日益复杂化，单片机受环境的干扰也逐渐提升，造成设备的运转不稳定。这里就以LED霓虹灯焊接机为例，焊接过程导致错误判断LED的好坏以及焊接质量的降低。因为霓虹灯为一串的LED串联焊接，只要有一盏LED损坏。要么花费较大的人力来返工，要么造成整条霓虹邓的报废。这里就针对该设备改造为PLC的控制。根据控制方式，主要介绍控制的部分内容。

2. LED焊接设备介绍

LED焊接设备的工做原理如下所释。

LED供料转盘：

有一个LED供料盘，共16个工位;震动盘提供原始焊接LED到转盘;开始有做引脚处理的工位，以及性的调整工位。这些工位为凸轮控制。从LED检测好坏开始，由PLC来控制。PLC控制汽缸来实现动作是否执行或者关闭。LED开始的工艺如下：

由LED的判断好坏，决定工序走哪个过程。LED正常时的工序在每个工位中都有执行汽缸。在LED转盘的凸轮控制轴上安装有检测光电输入。

另外还有一个供导线的转盘，从导线进入到焊接点有14个工位，这个在初始化时，先裁剪好14段导线，并移位到焊接工位。在凸轮转轴上安装有计数输入开关。做移位的计数，在距离焊接工位7个工位是做安装工字塑胶。工字塑胶主要是防止引脚接触。再移动4个工位，安装热缩管。到此处。PLC控制汽缸完毕。送工字塑胶与套管工艺如下：

原有的机械设备是采用整合的单片机控制箱控制，总共控制8个汽缸，来完成LED的检测，修脚，焊电阻，焊接导线直到封装完毕。其他单元由凸轮来控制传动。但在正控制过程中，往往会因环境的因素，干扰单片机，使得动作出现问题，从而导致产品不合格率提高。影响效率。就这里我们采用闽台永宏PLC对单片机控制进行改造。PLC的抗干扰能力比单片机好，对环境的适应能力也很好。在成本上，简单的开关量控制与单片机相差不大。同时PLC的程序编程比单片机灵活，对程序的修正等好的做修改。

3. 永宏PLC简介与PLC选型

永宏PLC有17年的历史，在闽台由一群技术人员专门研制与开发。硬件上整合为一块SoC芯片，集高速计数器，高速脉冲，多通讯端口以及中断控制等为一体，是的产品的性能与稳定性在小型PLC中立一帜。

永宏PLC主推FBs系列，有经济型FBs-MA,高功能型FBs-MC和NC定位型FBs-MN3个档次PLC。根据不同的应用场合，客户可以选择不同档次的PLC来实现设备的控制要求。

在这里我们改造的设备主要控制汽缸的打开与关闭，为简单的开关量控制。所以我们选择经济型主机。因为有8个汽缸阀门控制。输入点有启动与关闭，以及3个检测输入。所以选择FBs-24MAT机型，外部接有中间继电器。

关键词：可编程逻辑控制器;以太网;FINS;Winsock控件

在工业控制中，用PLC控制的工程在上/下位机通讯上一般采用RS-232/RS-485串口通讯，这种方法对于数据量较大，通讯距离较远，实时性要求高的控制系统，很难满足通讯需要。

近年来随着计算机网络技术的飞速发展,网络化数控已经成为现代制造业发展的必然趋势, 控制系统正向虚拟化、网络化、集成化、分布化和节点智能化的方向发展。[1]许多大型PLC厂商生产的PLC都配备了相应的以太网通信模块，本文讨论了OMRON PLC的以太网通信体系结构，并以CP1H PLC的ENT2l以太网模块为例实现与计算机的通信。

1. Winsock网络通信控件

Winsock控件是不可视控件，它提供了访问TCP和UDP网络服务非常简便的途径，使编程人员开发客户/服务器应用程序时，不必了解TCP的细节或调用低级的Winsock API函数，只通过设置Winsock控件的属性并调用其方法，就可直接连接到一台远程计算机进行，并可实现双向数据交换。

WinSock主要支持两种类型的套接字:①流式套接字（Stream Socket）也称面向连接方式,该方式对应的是TCP协议,其传输特点是通信性高,可以保证数据流的传输是的、有序的、无重复的,可提供双向的数据流,数据被看作字节流,无长度限制。②数据报套接字（Datagram Socket）又称无连接方式,对应的是UDP协议,这种方式不提供的正确性、有序性和无重复性,因为它支持面向记录的数据流。因此,传输的数据可能丢失和重复,并且接收顺序混乱,报文长度是有限的。考虑到本系统对通信性和正确性的要求很高,选用流式套接字方式。基于Client/Server模式的流式套接字通讯过程如图1所示。

2.Ethernet网络通信单元的设置

在组建网络时，根据网络类型的不同，网络中的每个节点需要安装相应的通信单元，PLC上需安装Ethernet网络通信模块，例如0MR0N公司的CJ1W—ETN21以太网模块。应用之前必需对网络进行必要的设置，分为开关设置和CPU总线单元系统设置。

开关设置主要包括以下几项内容：确定分配给CJ1W—ETN21单元的内存工作区（CIO区、DM区），该地址在CPU总线区，由UNIT No.开关确定ETN单元的单元号范围为0～F;NODE No.旋转开关设定两组l6进制数作为ETN单元在网络中的节点号，范围为O1～7E;IP地址设置网络号和主机节点号，由32位二进制数组成，分4段以十进制数表示。

CPU总线单元设置主要通过编程设备如CX—Programmer软件或编程器对网络单元进行模式、本地IP地址、子网掩码、FINS端口号、FTP登录名及口令和IP路由器表等项进行设定。若使用FINS/TCP协议，则还需在以太网单元设置中修改FINS/TCP项的部分参数，如：自动分配的FINS节点号、是否保持等项。

3.面向上位计算机的通信协议

如图2所示，以太网的分层模型分为物理层（Physical Layer）、网际层（Internet Layer）、传输层（Transpot Layer）和应用层（Application Layer）。其中：传输层可使用无连接的UDP或需建立连接的TCP协议;应用层为FINS（Factory Interface Network Service）协议，FINS协议是由OMRON公司开发的用于工厂自动化控制网络的指令响应系统。主要规定对PLC存储空间的数据读写等操作方法。应用层使用FINS协议，传输层使用TCP协议的通信实现方法称为FINS/TCP方法。

FINS协议包含指令系统和响应系统，其命令帧格是由FINS报头、指令代码、响应代码和正文等几部分组成。从上位计算机发出的指令和响应符合下面帧的格式要求，并提供合适的FINS报头信息。[3-4]FINS通信服务是通过FINS命令帧和它们对应的响应帧交换实现的。

FINS命令/响应帧格式如图3所示。FINS/TCP header中规定了五种命令，用于客户机（host computer）与服务器（PLC）之间通信：发送客户机节点地址（node address）;（2）发送服务器节点地址（node address）;（3）发送Fins frame;（4）Fins frame发送出错通知;（5）客户机与服务器联机确认。

4.通信程序的具体实现

在新建VB工程后，需要执行VB工具栏“工程/部件” 命令，将Winsock控件添加到工程中， 并命名为“WskClient”。程序采用TCP/IP协议进行通信，其主要属性设定如下：

With WskClient

.Protocol = sckTCPProtocol ‘采用TCP/IP协议

.LocalPort = 9600 ‘本地计算机端口号

.RemoteHost = txtIP.Text ‘远程PLC的IP地址

.RemotePort = txtPort.Text ‘远程PLC端口号

.Bind 9600 ‘使用的本地端口

End With

初始化工作完成后向PLC提出连接请求，待PLC接受请求并发送应答信息后，客户端程序依照各种帧格式建立好要发送的信息帧，就可以与PLC进行双向的数据交流了。在这一过程中，可建立发送失败后的重发机制，以增强通信的性。

，建立并发送“握手信息”指令（20字节），指明客户机节点号;当计算机接收到PLC返回帧（24字节）后，检查PLC是否收到命令，并服务器和客户机节点号。当计算机接收到PLC返回的数据时，会产生DataArrival事件，参数BytesTotal包含接收到的数据字节数。在DataArrival事件中，可以调用GetData方法接收数据。如果接收到Close事件，则用Close方法关闭连接。另外，可用Winsock的State属性来反映当前TCP/IP的连接状态。这里仅列举主要程序如下：

‘向服务器请求连接

WskClient.Connect

TimeDelay 100

Do

DoEvents

Loop Until WskClient.state=sckConnected

‘建立并发送FINS命令帧

Private Sub SendData_Click（）

ReDim SendData （19） As Byte

SendData （0） = &H46‘FINS命令帧报头的1个字节

……

WskClient.SendData SendData（） ‘发送FINS命令帧

End Sub

‘接收PLC响应帧，并分析数据

Private Sub WskClient_DataArrival（ByVal bytesTotal As Long）

Dim i As Integer

ReDim ArriveData（bytesTotal） As Byte

wsk.GetData ArriveData, vbArray + vbByte, bytesTotal

‘接收数据，保存在ArriveData数组中

For i = 0 To bytesTotal - 1

txtArData.Text = txtArData.Text & " " & ArriveData （i）

Next i

……‘其它数据处理

If ArriveData（7） <> 16 Then

MsgBox“接收信息丢失“

ElseIf SendData（19）= ArriveData （bytesTotal-5） Then

MsgBox“节点地址错误“

End If

End If

在接收信息后,当PLC收到传输过去的信息后,会将对应的命令反馈值传回,这个事件程序内的程序将它显示在文本框中,还可作进一步处理。主程序流程图如图4所示。

若采用UDP协议，则通信的基本过程与TCP相同，只是不需要建立连接。此外,UDP应用程序可以是客户机,也可以是服务器,而不必象TCP应用程序那样分别建立客户机程序务器程序。由于UDP在传输数据报前不用在客户务器之间建立一个连接，且没有时重发等机制，故而传输速度很快。因此如果网络中设备不是很多，且发送数据量不大时，可选择耗费计算机“资源”小的UDP协议进行通信。

5.结束语

采用Winsock控件实现的上位机以太网通信程序，已成功应用于数字小样并条机监控系统中，该法简单实用,在不追加投资的情况下,实现车间设备的网络数据实时监控的功能，达到了理想的效果。而且以VB作为软件的开发平台，软件的二次开发不受限制，节约成本，并可根据需要随时对程序进行升级。为实现对控制系统进行有效的信息管理与监控，基于以太网的PLC控制系统必将有为广泛的应用，本文的论述对解决这类问题提供了一定参考。