0 前言
隨著國內(nèi)建筑業(yè)發(fā)展以及人民生活水平的提高，塑鋼門窗正以其環(huán)保、節(jié)能、美觀、實(shí)用等特點(diǎn)逐漸取代了鋁合金門窗及鐵門窗并對(duì)異型材的需求提出很高的要求，這就必然促進(jìn)異型材擠出生產(chǎn)裝備的技術(shù)升級(jí)與更新?lián)Q代。早期異型材擠出機(jī)的控制系統(tǒng)采用的是溫控儀表加上繼電器控制或者是簡單的PLC邏輯控制，線路復(fù)雜，保養(yǎng)及維修困難，同時(shí)操作也不方便，影響了生產(chǎn)效率與型材制品的質(zhì)量。國外主要的異型材擠出機(jī)生產(chǎn)商，如巴頓菲爾，辛辛那提，泰森等在90 年代初采用了B&R PCC的智能化控制系統(tǒng)以取代傳統(tǒng)控制方式，極大的提高了擠出機(jī)的生產(chǎn)控制水平。因此，基于B&R PCC的智能化控制系統(tǒng)將是擠出機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展方向，本文將介紹貝加萊PCC 控制系統(tǒng)在福田異型材擠出生產(chǎn)線上的應(yīng)用。
1 貝加萊PCC系統(tǒng)配置
該控制系統(tǒng)采用上、下位機(jī)管理控制方式，上位機(jī)采用功能強(qiáng)大的PROVIT-2000 系列工控機(jī)，10.4 寸LCD 顯示器，全中文操作界面；下位機(jī)采用高性能可編程計(jì)算機(jī)控制器PCC-2003 系列，定型臺(tái)、牽引切割機(jī)分別采用CAN 總線擴(kuò)展模塊；以B&R 溫度模塊配以PID 溫控軟件取代傳統(tǒng)的溫控表；以RS485 總線通信方式控制3臺(tái)富士變頻器。該控制系統(tǒng)在人機(jī)界面上可對(duì)全線集中監(jiān)控；牽引機(jī)可在主機(jī)、定型臺(tái)、牽引機(jī)3 地控制調(diào)節(jié)，極大地方便了機(jī)組統(tǒng)調(diào)生產(chǎn)；以完全數(shù)字通信方式控制變頻器，可實(shí)現(xiàn)全線同步精確調(diào)速；高精度控溫，具備加熱區(qū)電流監(jiān)測(cè)與顯示；自動(dòng)故障報(bào)警與隨機(jī)幫助功能；整個(gè)系統(tǒng)配置與控制功能達(dá)到國際領(lǐng)先水平。系統(tǒng)配置框圖如圖1。
圖1
2 機(jī)器智能化
2.1 軟件的開發(fā)
B&R 的PCC控制器采用分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，因此可將控制要求分成多個(gè)任務(wù)（task）并且在一個(gè)掃描周期內(nèi)同時(shí)執(zhí)行；Windows 下編程環(huán)境Automaton Studio 支持標(biāo)準(zhǔn)的C、Basic、梯形圖、指令表、順序結(jié)構(gòu)圖等6種標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)語言；根據(jù)需要可以在同一個(gè)項(xiàng)目中采用多種語言進(jìn)行編程。同時(shí)，編程環(huán)境中包含豐富的函數(shù)庫及功能塊（Function block）,大大減輕了開發(fā)人員的工作量。
在本套控制系統(tǒng)中PCC 的軟件開發(fā)，我們主要采用了以C語言為主，梯形圖為輔的編程方式。由于分時(shí)多任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，我們把控制要求分為如下幾個(gè)部分：
(1) 溫度控制（C 語言） 使用 PIDxh 函數(shù)，可以控制無限路溫度調(diào)節(jié)。在該系統(tǒng)中，一般控制10 到12 路溫控。由于采用的是C 語言，我們可以動(dòng)態(tài)的定義當(dāng)前有幾路溫控。
(2) 變頻器通訊控制（C 語言） 使用 FrameDriver 編寫與富士變頻器的通訊協(xié)議。實(shí)際上，由于Frame Driver 是一個(gè)自由通訊協(xié)議，可以在任何串行接口上（如RS232,RS485/422,TTY 等）編寫任何品牌的變頻器通訊協(xié)議；同樣，這一點(diǎn)也適用于帶有通訊接口的智能儀表。
(3) 輔機(jī)控制（梯形圖） 控制切割機(jī)，牽引機(jī)，真空臺(tái)等機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)。
(4) 數(shù)據(jù)塊控制（C 語言）存儲(chǔ)各種系統(tǒng)參數(shù)。
(5) 故障檢測(cè)及報(bào)警（C 語言） 檢測(cè)運(yùn)行中的故障，對(duì)機(jī)械進(jìn)行保護(hù)，并提供多種報(bào)警模式。
上位機(jī)的編程采用V B 語言。V B為可視化編程語言，有大量的控件可以使用，因此可以很容易的開發(fā)出如趨勢(shì)圖般的人機(jī)界面。上、下位機(jī)的通訊依賴于B&R PVI 協(xié)議。B&R 提供一個(gè)通訊控件PVIControl.ocx。只需將該控件插入到VB 程序中，在Form 上生成該控件的實(shí)例并定義變量對(duì)應(yīng)表，便可訪問PCC 中所有的變量。由于工廠管理上的要求，需要記錄生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)，如參量，當(dāng)班號(hào)，報(bào)警記錄，電機(jī)電流，加熱電流等趨勢(shì)，并要將上述數(shù)據(jù)保存幾個(gè)月， 因此， 我們采用了由Access 生成的mdb 數(shù)據(jù)庫并通過O D B C 進(jìn)行讀寫。該數(shù)據(jù)庫可隨時(shí)調(diào)用并生成報(bào)表以供生產(chǎn)廠家分析使用。
2.2 智能化的實(shí)現(xiàn)
對(duì)于控制系統(tǒng)的智能化，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1) 自適應(yīng)功能
擠出機(jī)的控制需要多種參數(shù)（如溫度設(shè)定，轉(zhuǎn)速設(shè)定等），并對(duì)控制效果起到?jīng)Q定性作用。這些參數(shù)的設(shè)置往往需要熟練操作人員的積累經(jīng)驗(yàn)。因此，我們?cè)谲浖胁捎米詫W(xué)習(xí)功能，可以自動(dòng)或手動(dòng)記錄下不同時(shí)段、不同原料、不同模具下系統(tǒng)所需要的參數(shù)，存放于PCC 的數(shù)據(jù)模塊中并可以隨時(shí)調(diào)用；也可以通過手動(dòng)設(shè)定來自動(dòng)完成從加熱到保溫到擠出的控制。由于擠出機(jī)的加熱或冷卻方式多樣化（如用加熱線圈或是芯溫加熱，風(fēng)冷或是油冷），普通溫控表或PID 調(diào)節(jié)器難以進(jìn)行準(zhǔn)確溫控；而B&R 公司智能溫度PIDxh軟件可以自動(dòng)計(jì)算出不同溫控所需要的PID參數(shù)，使溫度控制精確到± 1 ℃。
(2) 故障檢測(cè)及報(bào)警功能
在正常生產(chǎn)過程中，如果遇到故障，需要及時(shí)處理。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無法顯示故障原因，因而維修起來困難。而在該系統(tǒng)中，一切都顯得非常容易。擠出機(jī)中的報(bào)警大致分為：溫度報(bào)警，變頻器或電機(jī)報(bào)警，機(jī)械動(dòng)作報(bào)警。由于溫控采用的是軟件集中控制，因此可以直接在人機(jī)界面上顯示實(shí)際溫度和設(shè)定溫度從而對(duì)超溫或低溫進(jìn)行報(bào)警；同時(shí)控制系統(tǒng)對(duì)每一路的加熱單元都進(jìn)行監(jiān)視，以隨時(shí)報(bào)告加熱的異常狀態(tài)。變頻器的控制是采用RS485 總線方式，因此可以直接讀取變頻器故障時(shí)的報(bào)警狀態(tài)并可在人機(jī)界面上直接復(fù)位。同時(shí)，通過限位開關(guān)或者觸點(diǎn)亦可判斷定型臺(tái)、牽引切割機(jī)等機(jī)械上的故障。所有的報(bào)警都可以加以記錄保存以便日后查看，并可以根據(jù)故障等級(jí)對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)作出不同的響應(yīng)。所以，一旦發(fā)生故障，操作人員即可從人機(jī)界面中查詢故障原因并立即處理。
(3) 自我保護(hù)功能
為了使擠出機(jī)能安全運(yùn)行，需要對(duì)其進(jìn)行全方面的保護(hù)。典型的，在溫度達(dá)不到設(shè)定值，并且保溫時(shí)間不夠的話，禁止主螺桿啟動(dòng)。
(4) 分級(jí)管理功能
人機(jī)界面中，通過代號(hào)和密碼可以使不同的操作對(duì)象有不同的操作權(quán)限，并記錄下操作者的行為。因此，工人的操作權(quán)限與技術(shù)人員的不同，而生產(chǎn)廠家可能有更高一級(jí)的權(quán)限。這樣做的好處是減小人為干擾，防止誤操作帶來不必要的麻煩并可對(duì)操作者進(jìn)行管理。
(5) 遠(yuǎn)程診斷與網(wǎng)絡(luò)功能（可選）
為了及時(shí)為最終用戶提供技術(shù)支持，B&R PCC可以通過電話線及Modem 進(jìn)行遠(yuǎn)程在線診斷并給出相應(yīng)的解決方案。隨著生產(chǎn)的規(guī)?；S多客戶需要對(duì)多臺(tái)擠出機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。而B&R PCC 允許通過以太網(wǎng)與計(jì)算機(jī)相連并能在辦公室的終端計(jì)算機(jī)上讀取各條線的當(dāng)前狀態(tài)甚至能直接控制生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)管控一體化。
(6) 數(shù)據(jù)庫功能
由于采用了工控機(jī)，因此可以記錄數(shù)據(jù)參數(shù)，自動(dòng)生成數(shù)據(jù)報(bào)表并可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匯總，強(qiáng)化生產(chǎn)管理。
(7) 操作簡易
雖然該控制系統(tǒng)具有如此強(qiáng)大的功能，但是人性化界面設(shè)計(jì)，合理的按鍵布局以及豐富在線幫助，使得操作非常容易。
3 結(jié)論
對(duì)比傳統(tǒng)的PLC ，要想實(shí)現(xiàn)上述的各種功能，非常困難。而該系統(tǒng)憑借B&R PCC 技術(shù)上的領(lǐng)先以及福田公司在塑機(jī)行業(yè)中多年的經(jīng)驗(yàn)，使得該控制系統(tǒng)能在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)成功，該系統(tǒng)不僅在控制功能和控制精度上達(dá)到國際領(lǐng)先水平，更在管理智能化方面領(lǐng)先一步，為異型材生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化提供了條件。
