贝加莱PCC控制系统应用在福田异型材挤出生产线上

0 前言      随着国内建筑业发展以及人民生活水平的提高，塑钢门窗正以其环保、节能、美观、实用等特点逐渐取代了铝合金门窗及铁门窗并对异型材的需求提出很高的要求，这就必然促进异型材挤出生产装备的技术升级与更新换代。早期异型材挤出机的控制系统采用的是温控仪表加上继电器控制或者是简单的PLC逻辑控制，线路复杂，保养及维修困难，同时操作也不方便，影响了生产效率与型材制品的质量。国外主要的异型材挤出机生产商，如巴顿菲尔，辛辛那提，泰森等在90 年代初采用了B&R PCC的智能化控制系统以取代传统控制方式，极大的提高了挤出机的生产控制水平。因此，基于B&R PCC的智能化控制系统将是挤出机自动控制系统发展方向，本文将介绍贝加莱PCC 控制系统在福田异型材挤出生产线上的应用。   1 贝加莱PCC系统配置      该控制系统采用上、下位机管理控制方式，上位机采用功能强大的PROVIT-2000 系列工控机，10.4 寸LCD 显示器，全中文操作界面；下位机采用高性能可编程计算机控制器PCC-2003 系列，定型台、牵引切割机分别采用CAN 总线扩展模块；以B&R 温度模块配以PID 温控软件取代传统的温控表；以RS485 总线通信方式控制3台富士变频器。该控制系统在人机界面上可对全线集中监控；牵引机可在主机、定型台、牵引机3 地控制调节，极大地方便了机组统调生产；以完全数字通信方式控制变频器，可实现全线同步调速；高精度控温，具备加热区电流监测与显示；自动故障报警与随机帮助功能；整个系统配置与控制功能达到国际ling先水平。  2 机器智能化      2.1 软件的开发     B&R 的PCC控制器采用分时多任务操作系统，因此可将控制要求分成多个任务（task）并且在一个扫描周期内同时执行；Windows 下编程环境Automaton Studio 支持标准的C、Basic、梯形图、指令表、顺序结构图等6种标准的开发语言；根据需要可以在同一个项目中采用多种语言进行编程。同时，编程环境中包含丰富的函数库及功能块（Function block）,大大减轻了开发人员的工作量。       在本套控制系统中PCC 的软件开发，我们主要采用了以C语言为主，梯形图为辅的编程方式。由于分时多任务的实现，我们把控制要求分为如下几个部分： （1） 温度控制（C 语言） 使用 PIDxh 函数，可以控制无限路温度调节。在该系统中，一般控制10 到12 路温控。由于采用的是C 语言，我们可以动态的定义当前有几路温控。       （2） 变频器通讯控制（C 语言） 使用 frameDriver 编写与富士变频器的通讯协议。实际上，由于frame Driver 是一个自由通讯协议，可以在任何串行接口上（如RS232,RS485/422,TTY 等）编写任何品牌的变频器通讯协议；同样，这一点也适用于带有通讯接口的智能仪表。           （3） 辅机控制（梯形图） 控制切割机，牵引机，真空台等机械装置的运动。           （4） 数据块控制（C 语言）存储各种系统参数。           （5） 故障检测及报警（C 语言） 检测运行中的故障，对机械进行保护，并提供多种报警模式。           上位机的编程采用V B 语言。V B为可视化编程语言，有大量的控件可以使用，因此可以很容易的开发出如趋势图般的人机界面。上、下位机的通讯依赖于B&R PVI 协议。B&R 提供一个通讯控件PVIControl.ocx。只需将该控件插入到VB 程序中，在Form 上生成该控件的实例并定义变量对应表，便可访问PCC 中所有的变量。由于工厂管理上的要求，需要记录生产过程中的各种数据，如参量，当班号，报警记录，电机电流，加热电流等趋势，并要将上述数据保存几个月，因此， 我们采用了由Access 生成的mdb 数据库并通过O D B C 进行读写。该数据库可随时调用并生成报表以供生产厂家分析使用。           2.2 智能化的实现     对于控制系统的智能化，表现在以下几个方面：     （1） 自适应功能     挤出机的控制需要多种参数（如温度设定，转速设定等），并对控制效果起到决定性作用。     这些参数的设置往往需要熟练操作人员的积累经验。因此，我们在软件中采用自学习功能，可以自动或手动记录下不同时段、不同原料、不同模具下系统所需要的参数，存放于PCC 的数据模块中并可以随时调用；也可以通过手动设定来自动完成从加热到保温到挤出的控制。由于挤出机的加热或冷却方式多样化（如用加圈或是芯温加热，风冷或是油冷），普通温控表或PID 调节器难以进行准确温控；而B&R 公司智能温度PIDxh软件可以自动计算出不同温控所需要的PID参数，使温度控制到± 1 ℃。           （2） 故障检测及报警功能     在正常生产过程中，如果遇到故障，需要及时处理。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，一切都显得非常容易。挤出机中的报警大致分为：温度报警，变频器或电机报警，机械动作报警。由于温控采用的是软件集中控制，因此可以直接在人机界面上显示实际温度和设定温度从而对超温或低温进行报警；同时控制系统对每一路的加热单元都进行监视，以随时报告加热的异常状态。变频器的控制是采用RS485 总线方式，因此可以直接读取变频器故障时的报警状态并可在人机界面上直接复位。同时，通过限位开关或者触点亦可判断定型台、牵引切割机等机械上的故障。所有的报警都可以加以记录保存以便日后查看，并可以根据故障等级对系统自动作出不同的响应。所以，一旦发生故障，操作人员即可从人机界面中查询故障原因并立即处理。           （3） 自我保护功能     为了使挤出机能安全运行，需要对其进行全方面的保护。典型的，在温度达不到设定值，并且保温时间不够的话，禁止主螺杆启动。           （4） 分级管理功能     人机界面中，通过代号和密码可以使不同的操作对象有不同的操作权限，并记录下操作者的行为。因此，工人的操作权限与技术人员的不同，而生产厂家可能有更高一级的权限。这样做的好处是减小人为干扰，防止误操作带来不必要的麻烦并可对操作者进行管理。           （5） 远程诊断与网络功能（可选）     为了及时为zui终用户提供，B&R PCC可以通过线及Modem 进行远程在线诊断并给出相应的解决方案。随着生产的规模化，许多客户需要对多台挤出机进行网络管理并进行远程控制。而B&R PCC 允许通过以太网与计算机相连并能在办公室的终端计算机上读取各条线的当前状态甚至能直接控制生产线，实现管控一体化。           （6） 数据库功能     由于采用了工控机，因此可以记录数据参数，自动生成数据报表并可通过网络进行汇总，强化生产管理。           （7） 操作简易     虽然该控制系统具有如此强大的功能，但是人性化界面设计，合理的按键布局以及丰富在线帮助，使得操作非常容易。       3 结论     对比传统的PLC ，要想实现上述的各种功能，非常困难。而该系统凭借B&R PCC 技术上的ling先以及福田公司在塑机行业中多年的经验，使得该控制系统能在较短的时间内开发成功，该系统不仅在控制功能和控制精度上达到国际ling先水平，更在管理智能化方面ling先一步，为异型材生产企业实现工厂自动化提供了条件。