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| 鋁塑復(fù)合管自動(dòng)配料系統(tǒng)的應(yīng)用 | 2020-03-09 |
| 摘要：介紹可編程計(jì)算機(jī)控制器(CAS)、直流調(diào)速系統(tǒng)和變頻器在鋁塑復(fù)合管自動(dòng)配料系統(tǒng)中的應(yīng)用。通過軟、硬件分析,可看出,可編程計(jì)算機(jī)控制器比常規(guī)可編程控制器性能更優(yōu),特別是它的多任務(wù)處理操作系統(tǒng)和通信能力。在鋁塑復(fù)合管自動(dòng)化自動(dòng)配料系統(tǒng)的應(yīng)用中,主站CAS2005與從CAS2003之間通過現(xiàn)場總線CAN通信。用幀驅(qū)動(dòng)器能方便編寫與直流調(diào)速系統(tǒng)E590和變頻器的通信程序。 1概述 鋁塑復(fù)合管是一種新型環(huán)保建材,它集金屬管材和塑料管材之優(yōu)點(diǎn)于一體,具有易彎曲、耐壓、耐腐蝕,不結(jié)垢,無污染,保溫性能好,安裝方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于給水、煤氣、化工流體輸送等行業(yè)。該產(chǎn)品在上世紀(jì)80年代就已由歐美發(fā)達(dá)國家研究開發(fā)出來,在我國還是近幾年才開始推廣使用。鋁塑復(fù)合管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是內(nèi)外層為聚乙烯,中間為鋁合金。聚乙烯與鋁合金之間通過具有雙重親合性的熱熔膠復(fù)合而成。 CAS是綜合了PLC和工業(yè)計(jì)算機(jī)優(yōu)點(diǎn)的新一代可編程計(jì)算機(jī)控制器,具備各種標(biāo)準(zhǔn)的控制功能,支持多任務(wù)分時(shí)操作系統(tǒng)。其硬件采用了模塊化的靈活配置,可帶電插撥,可靠性高。多處理器和智能I/O技術(shù)使其智能性強(qiáng),使用開放式總線結(jié)構(gòu),與各種系統(tǒng)通信方便。提供了結(jié)構(gòu)化高級語言PL2000(類似C語言),也可使用梯形圖(LAD),指令表(STL)編程。且具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理能力。本文介紹CAS的軟、硬件特點(diǎn)和以CAS2005為主站,兩臺(tái)CAS2003為從站的鋁塑復(fù)合管自動(dòng)配料系統(tǒng)自動(dòng)配料系統(tǒng)。 2鋁塑復(fù)合管工藝流程 鋁塑復(fù)合管自動(dòng)配料系統(tǒng)采用多任務(wù)操作系統(tǒng)和通信能力，利用單螺桿擠出機(jī),主電機(jī)直流75kW,由數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。其功能是將塑料顆粒擠成塑料管,作為鋁塑復(fù)合管的內(nèi)管；真空定徑水槽用于塑料內(nèi)管的定徑和冷卻；內(nèi)管牽引是履帶式牽引機(jī),牽引電機(jī)是三相交流電機(jī),1.5kW由變頻器驅(qū)動(dòng)；內(nèi)管涂膠擠出機(jī),主電機(jī)直流55kW,由數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)E590驅(qū)動(dòng),其功能是擠出粘接鋁帶和塑料內(nèi)管的熱熔膠;鋁帶開卷是輸送鋁塑復(fù)合管中所用鋁帶；鋁帶對接是兩卷鋁帶頭尾的對齊與焊接,以保證生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行和產(chǎn)品可具有任意長度；焊管牽引是在包住塑料內(nèi)管及涂膠層的鋁帶經(jīng)復(fù)合成型壓成管狀后的牽引,主電機(jī)是三相交流電機(jī),3kW,由變頻器驅(qū)動(dòng)；焊接平臺(tái)是將管狀鋁帶焊接成包住塑料內(nèi)管的鋁管,用氬弧焊機(jī),9.7Kva；鋁管牽引也是履帶牽引機(jī),主電機(jī)為三相交流電機(jī),5.5kW,也是由變頻器驅(qū)動(dòng)；外管涂膠擠出機(jī),主電機(jī)為直流55kW,由數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)E590驅(qū)動(dòng),功能是擠出熱熔膠；外管擠出機(jī)主電機(jī)為直流45kW,由數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)E590驅(qū)動(dòng),功能是擠出鋁塑復(fù)合管的外管;成材牽引機(jī)也是履帶牽引機(jī),主電機(jī)是三相交流電機(jī),1.5kW由變頻器驅(qū)動(dòng)；切割機(jī)是1.1kW的三相交流電機(jī),不變速,用于按訂貨長度分?jǐn)噤X塑復(fù)合管；卷繞機(jī)是用于卷取鋁塑復(fù)合管的成品,主電機(jī)直流1.5kW,其速度給定信號來自2站的模擬模塊,與CAS之間沒有通訊聯(lián)系。 3可編程計(jì)算機(jī)控制器的特點(diǎn) 與工控機(jī)(IPC)、集散自動(dòng)配料系統(tǒng)(DCS)、可編程控制器(PLC)相比,CAS充分利用了微機(jī)、現(xiàn)場總線和軟件等方面的成熟技術(shù),采用了優(yōu)秀的、具有前瞻性的設(shè)計(jì)思想,代表了工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品的發(fā)展方向。CAS采用了高性能的16位和32位的CPU,使運(yùn)算速度得到保證。I/O處理器主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)及配料系統(tǒng)的管理。在一個(gè)模塊上有3個(gè)處理器,它們既相互獨(dú)立,又相互關(guān)聯(lián)(通過DPR),從而使主CPU的資源得到了合理使用,同時(shí)又限度地提高了整個(gè)配料系統(tǒng)的速度。同時(shí),CAS在硬件上采用了高達(dá)100K～16M的應(yīng)用程序存儲(chǔ)器(一般PLC都只有幾十K),使其可運(yùn)行較大的軟件。其多任務(wù)分時(shí)操作系統(tǒng),可以將整個(gè)操作界面分成數(shù)個(gè)分別具有不同優(yōu)先權(quán)的任務(wù)等級(TaskClass)。其中優(yōu)先權(quán)高的任務(wù)等級,有著較短的執(zhí)行周期(周期可由用戶設(shè)定)。而且每個(gè)任務(wù)等級可包含多個(gè)具體任務(wù),這些任務(wù)中間可以再細(xì)分優(yōu)先權(quán)的高低。在這種操作系統(tǒng)的管理下,優(yōu)先權(quán)高的任務(wù)等級總是先被執(zhí)行,剩下的時(shí)間里可執(zhí)行優(yōu)先權(quán)較低的任務(wù)等級。這樣使得整個(gè)自動(dòng)配料系統(tǒng)得到優(yōu)化,具有較高的實(shí)時(shí)性。 CAS引入的智能分布式控制思想和現(xiàn)場總線技術(shù),使CAS具有強(qiáng)大的通信和網(wǎng)絡(luò)功能。既可通過如PROFIBUS、CAN的開放式標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線組成面向應(yīng)用、面向未來的工業(yè)控制方案,也提供給用戶FRAMEDRIVER(幀驅(qū)動(dòng)器)以方便實(shí)現(xiàn)與第三家產(chǎn)品連接通信。另外,還可以通過MODEM實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和軟件維護(hù)。CAS的硬件和軟件都是模塊化的,可以根據(jù)設(shè)計(jì)者的控制需要組合成具有廠家應(yīng)用特點(diǎn)的專用自動(dòng)配料系統(tǒng),并具有靈活的自由聯(lián)網(wǎng)和擴(kuò)展能力。CAS的智能模塊內(nèi)部有自己的CPU,閉環(huán)回路本身調(diào)節(jié)由智能模塊自己完成。過程控制的PID調(diào)節(jié)可以達(dá)到50μs一個(gè)回路。 4自動(dòng)配料系統(tǒng)的構(gòu)成和功能 4.1配料系統(tǒng)的硬件組成 鋁塑復(fù)合管自動(dòng)配料系統(tǒng)選用CAS2005作為主站,包括電源模塊PS465,處理器模塊和接口模塊IF060。兩個(gè)從站都選用CAS2003,包括溫度輸入模塊,模擬量輸入模塊,模擬量輸出模塊,數(shù)字量輸入模塊,數(shù)字量輸出模塊。1從站控制內(nèi)管部分,2從站控制外管部分,主站和兩個(gè)從站通過現(xiàn)場CAN總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通訊。運(yùn)行編程平臺(tái)PG2000的編程器(可用運(yùn)行Windows操作系統(tǒng)的微機(jī))接在主站進(jìn)行編程。Provit5000用于主站的操作、顯示、控制。兩個(gè)Panelware2000分別用于兩個(gè)從站的顯示和操作。4臺(tái)E590直流調(diào)速系統(tǒng)分別驅(qū)動(dòng)內(nèi)管擠出、內(nèi)管涂膠擠出、外管擠出、外管涂膠擠出直流電機(jī),它們通過主站處理器模塊的IF2口以RS422與CAS通訊,由CAS統(tǒng)一調(diào)整控制參數(shù)和給定值。5臺(tái)變頻器分別用于內(nèi)管牽引、內(nèi)管涂膠牽引、焊管牽引、鋁管牽引和成材牽引的三相交流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng),它們通過主站接口模塊的IF2口以RS485方式與CAS通訊。 4.2配料系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 稱重配料系統(tǒng)用CAS編制用戶程序相對于傳統(tǒng)的PLC編程的一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是它的多任務(wù)處理能力。它非常適合于控制功能復(fù)雜、對實(shí)時(shí)性要求高的鋁塑復(fù)合管自動(dòng)配料系統(tǒng)?；贑PU上分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)和PG2000編程軟件包所提供的靈活多樣的支持,整個(gè)系統(tǒng)的控制程序采用PL2000高級語言和LAD(梯形圖)混合編制,根據(jù)其不同功能編出獨(dú)立的程序塊,并按實(shí)時(shí)性要求設(shè)定優(yōu)先級。鋁塑復(fù)合管自動(dòng)配料系統(tǒng)的主要任務(wù)(應(yīng)用程序模塊)及編程要點(diǎn)為: (1)牽引速度的控制與協(xié)調(diào) 牽引速度的控制在鋁塑復(fù)合管生產(chǎn)中是至關(guān)重要的。它直接影響擠出的管材尺寸和焊接質(zhì)量。如牽引速度太慢,焊頭在鋁帶上停留的時(shí)間長,易將鋁帶焊穿；如牽引速度太快,焊接速度跟不上,則焊不牢。牽引速度還要與擠出速度相匹配,如牽引速度過大,管子表面會(huì)出現(xiàn)竹節(jié)現(xiàn)象；牽引速度過低則會(huì)出現(xiàn)管材直徑過大而超差。 系統(tǒng)中牽引速度是根據(jù)焊接速度、擠出速度按一定的公式計(jì)算出速度給定值,通過主站接口模塊的IF2口,以RS485的通信方式送到各變頻器的,并在軟件中將設(shè)定速度與實(shí)際速度進(jìn)行比較,形成速度閉環(huán)控制。 (2)溫度的控制 擠出溫度、模具溫度以及預(yù)熱、冷卻溫度直接影響成品管的表面質(zhì)量。配料系統(tǒng)中溫度采用集中控制,可以直接在人機(jī)界面上顯示實(shí)際溫度和設(shè)定溫度,從而對加熱、冷卻單元進(jìn)行監(jiān)控處理和對超溫和低溫進(jìn)行報(bào)警。在軟件中還采取了自學(xué)習(xí)功能,即自動(dòng)記錄不同時(shí)段、不同原料、不同模具下系統(tǒng)所需的參數(shù),存放于CAS的數(shù)據(jù)模塊中。軟件可以自動(dòng)計(jì)算出不同溫控所需的PID參數(shù),溫度控制精度可達(dá)±1°C。 (3)擠出量控制 稱重配料系統(tǒng)擠出量是由CAS主站處理器上的通信端口IF2,以RS422與E590直流傳動(dòng)系統(tǒng)通信,調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速(即擠出機(jī)螺桿的轉(zhuǎn)速)來調(diào)整的。擠出量是按管徑和牽引速度用公式計(jì)算出來的,以內(nèi)外管徑符合標(biāo)準(zhǔn)、表面光潔為宜。 (4)通信程序 稱重配料系統(tǒng)在鋁塑復(fù)合管的應(yīng)用程序中,通信程序是很關(guān)鍵的。在CAS主站和從站之間,主站和擠出機(jī)的直流調(diào)速系統(tǒng),主站與牽引機(jī)的變頻器都是靠通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的。主站和從站之間通過CAN總線實(shí)現(xiàn)通信。CAN總線是性能價(jià)格比很好的一種控制總線。為方便用戶實(shí)現(xiàn)CANBUS,CAS產(chǎn)品提供支持CANBUS的硬件模塊并自帶CAN接口。因此,很容易實(shí)現(xiàn)CANBUS物理連接,并通過簡單參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)CAS系列產(chǎn)品之間的通信。 傳統(tǒng)的PLC其可擴(kuò)展性和開放性都較差,尤其是引入第三方設(shè)備和應(yīng)用多種通信規(guī)約時(shí),就顯得更困難。幀驅(qū)動(dòng)器是為實(shí)現(xiàn)與第三方設(shè)備之間進(jìn)行通信而設(shè)計(jì)的軟件工具箱。通常的數(shù)據(jù)通信,用戶必須對端口的細(xì)節(jié)了解很清楚,才能通過編程對接口各管腳進(jìn)行。 | |
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