可编程计算机控制器及其在塑料挤出机中的应用

可编程计算机控制器及其在塑料挤出机中的应用

       2 　系统的软件设计

　　用PCC编制用户程序相对于传统PLC 的一个显著优点是它的多任务处理能力。它非常适合于控制功能复杂、对实时性要求高的设备。整个系统的控制程序采用PL2000 高级语言和LAD（梯形图） 混合编制，根据其不同功能编出独立的程序块，并按实时性要求设定优先级。同时，编程环境中包含丰富的函数库及功能块，大大减轻了开发人员的工作量。

　　2. 1 　温度控制程序

　　在铝塑复合管生产中，为了增加聚乙烯的流动性、减少挤出机的负荷，希望提高挤出温度;但温度过高，尤其是在挤出机螺杆转速较低、塑料在机筒和模具内停留时间过长会使聚乙烯分子链受到破坏而影响管材质量。PL2000 编程语言提供PIDxh 函数，可以控制多路温度调节。挤出温度采用集中控制，每台挤出机的机筒上有4 个热电偶，机头上有一个热电偶，测温信号直接接在PCC的温度模块上，用PID温控软件实行独立的回路控制。在软件中还采取了自学习功能，即自动记录不同时段、不同原料、不同模具下系统所需的参数，并存放于PCC的数据模块中。软件可以自动计算出不同温控所需的PID 参数，温度控制精度可以达到±1 ℃。

　　2. 2 　通信控制程序

　　通信程序是很关键的。在工控机、PCC主站和从站之间以及主站和挤出机的直流调速系统之间、主站与牵引机的变频器之间等都是靠通信进行数据交换的。工控机、主站和从站之间通过CAN 总线实现通信。CAN 通信程序中主要用到下述函数： 用CANopen（） 实现CAN 控制器的初始化并申请传输数据所需的资源；用CANwrite（） 函数对将被发送的数据进行写操作；用CANread（） 函数进行读取数据的操作； 用CANdftab（） 函数可创建一个包含CAN 总线数据的变量列表，用户可以通过事件变量来进行数据读写；周期性的数据读写则用CANrwtab（） 函数进行处理。

　　使用Frame Driver 编写与直流调速系统和变频器的通信协议。在图1 中，4 台E590 直流调速系统分别驱动内管挤出、内管涂胶挤出、外管挤出、外管涂胶挤出直流电机，它们均通过主站处理器模块的IF2 口以RS - 422 与PCC通信，由PCC统一调整控制参数和给定值。5 台Lenze 变频器分别驱动内管牵引、内管涂胶牵引、焊管牵引、铝管牵引和成材牵引的三相交流电动机，它们通过主站接口模块的IF2 口以RS - 485 方式与PCC进行通信。通信时先使用函数FRM_ Xopen（enable ，adr （device） ，adr （mode） ，adr （config） ，status ，ident）初始化；发送数据时，先向帧驱动器申请一个缓存区，这时要用到FRM_ gbuf （enable ， ident ， status ， buffer ， buflng） 函数；然后将要发送的数据写入申请得到的缓存区中，用strcpy（outbufadr ，“Frame Driver Output Test”） 函数或memcpy（） 函数;最后命令帧驱动器传输数据，用FRM_writ （enable ，ident ，buffer ，buflng ，status） 函数。

　　接收数据的过程基本相反。首先通知帧驱动器从接口读一帧数据并把它放在一个缓存区中，使用函数FRM_read （enable ，ident ，status ，buffer ，buflng）；然后将数据从缓存区中拷贝到工作区，用memcpy（） 函数；最后要释放缓存区以便再用，用FRM_rbuf （） 函数。由此可见，使用PCC的帧驱动器编写与第三方的通信程序是很方便的。

　　2. 3 　挤出量控制

　　挤出量的控制是控制挤出的铝塑复合管内外管的大小。挤出量是按管径和牵引速度用公式计算出来的，以内外管径符合标准、表面光洁为宜。挤出量是由PCC主站处理器上的通信端口IF2 以RS - 422 与E590直流传动系统通信，调节直流电机的转速（即挤出机螺杆的转速） 来调整的。

　　2. 4 　牵引速度控制

　　牵引速度的控制在铝塑复合管生产中至关重要，它直接影响挤出的管材尺寸和焊接质量。如牵引速度太慢，焊头在铝带上停留的时间长，易将铝带焊穿;如牵引速度太快，焊接速度跟不上，则焊不牢。牵引速度还要与挤出速度相匹配，如牵引速度过大，管子表面会出现竹节现象;牵引速度过低则会使管材直径过大而超差。系统中牵引速度是根据焊接速度和挤出速度按一定的公式计算出速度给定值，通过主站接口模块的IF2 口以RS - 485 的通信方式送到各变频器的，并在软件中将设定速度与实际速度进行比较，形成速度闭环控制。

       2. 5 　辅助控制程序

　　生产现场还有些辅助设备，如预热、冷却、剪切、卷绕设备等。这些设备对控制的实时性要求不高，单独编程按普通任务执行。

　　实际生产中还需要检测运行中的故障，对设备进行保护，并提供多种报警模式。挤出机中的报警大致分为温度报警、直流调速系统和变频器或电机报警以及机械动作报警。温控采用的是软件集中控制，可以直接控制系统每一路的加热单元，以随时报告加热的异常状态。在人机界面上可以显示实际温度和设定温度，从而对各加热单元进行监视，并实现超温或低温报警。传统控制系统无法显示故障原因，因而维修起来困难。而在该系统中，由于能够显示故障位置和故障原因，检修维护非常方便。

       3 　结束语

　　铝塑复合管生产中的挤出机自动化程度高，控制复杂。基于可编程计算机控制器的该系统凭借B&R PCC的先进技术，在控制功能和控制精度上达到了较高的水平，为实现工厂自动化创造了条件。PCC的多任务操作系统提高了控制的实时性，开放式CAN 总线保证了主、从站之间信息流的畅通。主站与直流调速系统、变频器以通信的方式结合起来，实时修改控制参数，提高了生产线的自动化程度。用PCC控制的挤出机运行稳定，维护方便，安全可靠。