隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，塑料制品在人們生活中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，發(fā)展塑料制品工業(yè)是社會(huì)發(fā)展的急需，同時(shí)塑料制品有其成型好、重量輕、強(qiáng)度大、力學(xué)性能高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多地得到用戶的青睞。滾塑生產(chǎn)是塑料制品的主要生產(chǎn)方式之一。軍事國(guó)防產(chǎn)品如戰(zhàn)備箱組、野戰(zhàn)簡(jiǎn)易辦公設(shè)備等塑料制品要求高強(qiáng)度、強(qiáng)彈性且適合空降。所以大部分的軍用塑料制品都必須采用滾塑方式來(lái)制造。同時(shí)滾塑方式生產(chǎn)的產(chǎn)品回收粉碎后可實(shí)現(xiàn)再生產(chǎn)，重復(fù)利用而不影響其質(zhì)量，可以節(jié)約能源。

　　現(xiàn)行的滾塑生產(chǎn)方式無(wú)論是在生產(chǎn)規(guī)模還是在生產(chǎn)工藝上已不能滿足時(shí)代所需。引進(jìn)設(shè)備雖然在性能上優(yōu)于現(xiàn)有設(shè)備，但在實(shí)際生產(chǎn)中仍存在不少問(wèn)題：進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，受資金影響，不能批量進(jìn)口，故從生產(chǎn)規(guī)模上不能滿足生產(chǎn)要求；操作繁瑣，進(jìn)口設(shè)備操作界面及各種標(biāo)識(shí)均屬英文，由于工人外語(yǔ)水平較低，一旦操作不當(dāng)，產(chǎn)品將成為廢品，造成浪費(fèi)；維修周期長(zhǎng)，由于外商技術(shù)壟斷，設(shè)備發(fā)生故障需外方專家到現(xiàn)場(chǎng)親自維修，耽誤生產(chǎn)；現(xiàn)有設(shè)備閑置，造成不必要的資源浪費(fèi)。現(xiàn)場(chǎng)總線、PID等現(xiàn)代化數(shù)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已趨于成熟，并被廣泛用于數(shù)控機(jī)床制造業(yè)，因此采用數(shù)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)現(xiàn)有滾塑設(shè)備進(jìn)行革新和改造是非常可行的，具有科學(xué)性。采用現(xiàn)代化數(shù)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)現(xiàn)有滾塑設(shè)備進(jìn)行革新和改造，其優(yōu)點(diǎn)：可提高滾塑設(shè)備智能化程度，以滿足滾塑生產(chǎn)工藝的需要；可降低生產(chǎn)資金投入，最大限度地利用現(xiàn)有資源，減少資源浪費(fèi)，并能滿足滾塑生產(chǎn)規(guī)模的需要，符合我國(guó)國(guó)情；革新和改造后的設(shè)備可控性強(qiáng)、操作方便，避免因操作不當(dāng)造成不應(yīng)有的損失。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的可以在數(shù)字化控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行通信的控制系統(tǒng)。MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言，它是一種通信協(xié)議。通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線可以分為2種模式：MODBUS ASCⅡ和MODBUS RTU。本控制系統(tǒng)采用MODBUS RTU協(xié)議將工控機(jī)、PLC、變頻器組成一個(gè)數(shù)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)滾塑設(shè)備的智能化控制，提升了設(shè)備的現(xiàn)代化程度。

1 滾塑設(shè)備的控制要求

　　滾塑設(shè)備的發(fā)展大致可以分為3個(gè)階段：第一，全人工操作階段。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有1個(gè)加熱室、2個(gè)冷卻室和2個(gè)行車(見(jiàn)圖1)。工作時(shí)依靠2個(gè)行車上裝載工件在加熱室和冷卻室之間行進(jìn)，缺點(diǎn)是行車的定位不準(zhǔn)確，操作繁瑣、極易撞車，生產(chǎn)效率低(由于只有2個(gè)行車)；第二，自動(dòng)化階段?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)有1個(gè)加熱室和1個(gè)冷卻室，固定在同一個(gè)轉(zhuǎn)軸上的3個(gè)臂(見(jiàn)圖2)，控制系統(tǒng)采用PLC配合觸摸屏實(shí)現(xiàn)控制和修改參數(shù)。缺點(diǎn)是3個(gè)轉(zhuǎn)臂只能同時(shí)旋轉(zhuǎn)，雖然實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，且節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)空間，但仍然存在生產(chǎn)效率低的缺陷，因?yàn)?個(gè)臂同時(shí)處于加熱室和冷卻室，只能對(duì)剩余的一個(gè)臂進(jìn)行其他操作；第三，智能化控制階段(類似于二代)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)有1個(gè)加熱室和1個(gè)冷卻室，3個(gè)臂雖然同軸，但可以獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。當(dāng)一個(gè)臂自動(dòng)工作時(shí)，其余的2個(gè)臂都可以獨(dú)立的處于某個(gè)位置進(jìn)行其他操作。該系統(tǒng)采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，其具體控制要求為：

　　(1)以PLC作為中心控制單元，要求性能可靠，且具有良好的可擴(kuò)展性能，I／O點(diǎn)數(shù)上要留有余量；

　　(2)上位機(jī)、PLC、變頻器組成一個(gè)系統(tǒng)，利用MODBUS RTU協(xié)議實(shí)現(xiàn)3者的通信，可實(shí)時(shí)地修改、監(jiān)控變頻器的頻率(經(jīng)過(guò)PLC的內(nèi)部運(yùn)算，達(dá)到修改和監(jiān)控電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的)；

　　(3)利用工控機(jī)作上位機(jī)，可方便的監(jiān)控、修改以下參數(shù)：3個(gè)臂的前進(jìn)和后退速度；加熱室進(jìn)門和出門的開(kāi)關(guān)門速度；3個(gè)臂的加熱時(shí)間、預(yù)冷時(shí)間、風(fēng)冷卻時(shí)間、水冷卻時(shí)間和監(jiān)控和修改；3個(gè)臂所處位置的監(jiān)控；定時(shí)到進(jìn)前的蜂鳴報(bào)警；故障的分級(jí)和報(bào)警；系統(tǒng)運(yùn)行的歷史曲線的記錄；加熱室的溫度顯示及修改；轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)速平衡的顯示。

2 控制系統(tǒng)硬件的選型

　　根據(jù)控制要求和對(duì)數(shù)字化設(shè)備的市場(chǎng)調(diào)研，控制系統(tǒng)的硬件選取如下：

　　(1)考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，PLC選用歐姆龍CJ1M系列模塊式主機(jī)。PLC結(jié)構(gòu)如下：CPU CJ1M12，3個(gè)32點(diǎn)的高密度輸入模塊(CJ1W ID231)，4個(gè)16點(diǎn)的輸入模塊(CJIW OC211)，1個(gè)帶RS 485口的通信模塊(SCU41)。輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)各預(yù)留15點(diǎn)，以備擴(kuò)展；

　　(2)變頻器選用3G3MZ系列；

　　(3)工控機(jī)選用研華公司的系列產(chǎn)品，配置如下：CPU P4，內(nèi)存512 MB，硬盤(pán)80 GB，NEC系列17寸液晶顯示器，工業(yè)用鍵盤(pán)和鼠標(biāo)；

　　(4)接觸器、按鈕、接近開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)均選用歐姆龍公司的相關(guān)產(chǎn)品；

　　(5)組態(tài)軟件選用世紀(jì)長(zhǎng)秋的世紀(jì)星監(jiān)控組態(tài)軟件，256點(diǎn)硬件加密系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)通信的實(shí)現(xiàn)

　　控制系統(tǒng)為主從站通信方式，將PLC作為主站，11臺(tái)變頻器作為從站。

　　(1)上位機(jī)與PLC之間用RS 232串行口，數(shù)據(jù)格式：

　　(2)PLC和變頻器之間利用PLC的SCU41通信模塊上RS 422／485口，利用歐姆龍公司提供的協(xié)議宏功能，可方便的實(shí)現(xiàn)二者之間的通信。PLC通信單元設(shè)置通信格式：

數(shù)據(jù)格式：

MODBUS RTU消息幀格式：

　　(3)變頻器本體設(shè)置

　　正反轉(zhuǎn)由外部轉(zhuǎn)入端子有效；

　　頻率信號(hào)設(shè)為來(lái)自RS 485的信號(hào)有效，通過(guò)上位機(jī)可以修改變頻器的頻率，以達(dá)到修改電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的；

　　11臺(tái)變頻器分別設(shè)為1-11號(hào)從站。

　　(4)時(shí)間監(jiān)控、修改的實(shí)現(xiàn)

　　修改各時(shí)間時(shí)，以PLC的數(shù)據(jù)區(qū)(DM區(qū))作為間接尋址寄存器，在世紀(jì)星組態(tài)軟件上定義變量，方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)各時(shí)間的監(jiān)控和修改。

　　(5)利用3G3MZ變頻器自動(dòng)的模擬輸出比較控制，直接輸出給模擬儀表，顯示轉(zhuǎn)臂平衡。

4 故障的分級(jí)及處理

　　(1)故障信息的采集由以下幾種方式：

　　變頻器本體自帶的故障輸出；在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)臂不能正常地轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)定位置；加熱室溫度超過(guò)設(shè)定值。

　　(2)根據(jù)采集的故障信息，PLC編程區(qū)分故障的級(jí)別。故障級(jí)別可以分為：警告、嚴(yán)重警告、致命錯(cuò)誤。

　　(3)對(duì)出現(xiàn)故障時(shí)的處理方式：當(dāng)出現(xiàn)警告時(shí)，上位機(jī)相應(yīng)的故障顯示為黃色閃爍。點(diǎn)擊上位機(jī)的故障顯示區(qū)，可以查看故障信息，蜂鳴報(bào)警器發(fā)出間斷嗚叫告警。

　　當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重警告時(shí)，上位機(jī)顯相應(yīng)的故障示為黃色，并停止相應(yīng)部分系統(tǒng)的工作。點(diǎn)擊上位機(jī)的故障顯示區(qū)，蜂鳴報(bào)警器發(fā)出間斷鳴劂告警的頻率較快；當(dāng)出現(xiàn)致使錯(cuò)誤時(shí)，可能會(huì)損壞機(jī)器設(shè)備，上位機(jī)的故障顯示為紅色，整個(gè)設(shè)備除上位機(jī)外全部停機(jī)。蜂鳴報(bào)警器一直鳴叫；點(diǎn)擊故障顯示區(qū)可以將故障原因、處理方案顯示出來(lái)，以幫助技術(shù)人員做出處理。

　　(4)工作人員將故障排除后，按下復(fù)位按鈕重新啟動(dòng)設(shè)備，可恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5 歷史數(shù)據(jù)記錄

　　利用世紀(jì)星歷史曲線記憶系統(tǒng)，將需要記憶的數(shù)據(jù)定義變量，設(shè)定為記憶并保存在相應(yīng)的區(qū)域中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中的各個(gè)重要參數(shù)的監(jiān)控記錄，對(duì)各班的產(chǎn)量做出實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)。點(diǎn)擊上位機(jī)的相應(yīng)曲線可以查看某個(gè)變量的歷史曲線。將MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用到滾塑設(shè)備后，既可以提高設(shè)備的智能化程度，又提高了生產(chǎn)效率、節(jié)省了能源，將會(huì)為提高我國(guó)具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)器制造業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)生一定影響。