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、實用等特點逐漸取代了鋁合金門窗及鐵門窗并對異型材的需求提出很高的要求，這就必然促進異型材擠出生產(chǎn)裝備的技術(shù)升級與更新?lián)Q代。早期異型材擠出機的控制系統(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)將是擠出機自動控制系統(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、下位機管理控制方式，上位機采用功能強大的PROVIT-2000 系列工控機，10.4 寸LCD 顯示器，全中文操作界面；下位機采用高性能可編程計算機控制器PCC-2003 系列，定型臺、牽引切割機分別采用CAN 總線擴展模塊；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臺富士變頻器。該控制系統(tǒng)在人機界面上可對全線集中監(jiān)控；牽引機可在主機、定型臺、牽引機3 地控制調(diào)節(jié)，極大地方便了機組統(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)測與顯示；自動故障報警與隨機幫助功能；整個系統(tǒng)配置與控制功能達到國際領(lǐng)先水平。系統(tǒng)配置框圖如圖1。

圖1

2 機器智能化

2.1 軟件的開發(fā)

　　B&R 的PCC控制器采用分時多任務(wù)操作系統(tǒng)，因此可將控制要求分成多個任務(wù)（task）并且在一個掃描周期內(nèi)同時執(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)需要可以在同一個項目中采用多種語言進行編程。同時，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。由于分時多任務(wù)的實現(xiàn)，我們把控制要求分為如下幾個部分：

(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。實際上，由于Frame Driver 是一個自由通訊協(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，這一點也適用于帶有通訊接口的智能儀表。

(3) 輔機控制（梯形圖） 控制切割機，牽引機，真空臺等機械裝置的運動。

(4) 數(shù)據(jù)塊控制（C 語言）存儲各種系統(tǒng)參數(shù)。

(5) 故障檢測及報警（C 語言） 檢測運行中的故障，對機械進行保護，并提供多種報警模式。
上位機的編程采用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)出如趨勢圖般的人機界面。上、下位機的通訊依賴于B&R PVI 協(xié)議。B&R 提供一個通訊控件PVIControl.ocx。只需將該控件插入到VB 程序中，在Form 上生成該控件的實例并定義變量對應(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，報警記錄，電機電流，加熱電流等趨勢，并要將上述數(shù)據(jù)保存幾個月， 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 進行讀寫。該數(shù)據(jù)庫可隨時調(diào)用并生成報表以供生產(chǎn)廠家分析使用。

2.2 智能化的實現(xiàn)

　　對于控制系統(tǒng)的智能化，表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1) 自適應(yīng)功能

　　擠出機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。因此，我們在軟件中采用自學(xué)習(xí)功能，可以自動或手動記錄下不同時段、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)模塊中并可以隨時調(diào)用；也可以通過手動設(shè)定來自動完成從加熱到保溫到擠出的控制。由于擠出機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)器難以進行準(zhǔn)確溫控；而B&R 公司智能溫度PIDxh軟件可以自動計算出不同溫控所需要的PID參數(shù)，使溫度控制精確到± 1 ℃。

(2) 故障檢測及報警功能

　　在正常生產(chǎn)過程中，如果遇到故障，需要及時處理。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。擠出機中的報警大致分為：溫度報警，變頻器或電機報警，機械動作報警。由于溫控采用的是軟件集中控制，因此可以直接在人機界面上顯示實際溫度和設(shè)定溫度從而對超溫或低溫進行報警；同時控制系統(tǒng)對每一路的加熱單元都進行監(jiān)視，以隨時報告加熱的異常狀態(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的報警狀態(tài)并可在人機界面上直接復(fù)位。同時，通過限位開關(guān)或者觸點亦可判斷定型臺、牽引切割機等機械上的故障。所有的報警都可以加以記錄保存以便日后查看，并可以根據(jù)故障等級對系統(tǒng)自動作出不同的響應(yīng)。所以，一旦發(fā)生故障，操作人員即可從人機界面中查詢故障原因并立即處理。

(3) 自我保護功能

　　為了使擠出機能安全運行，需要對其進行全方面的保護。典型的，在溫度達不到設(shè)定值，并且保溫時間不夠的話，禁止主螺桿啟動。

(4) 分級管理功能

　　人機界面中，通過代號和密碼可以使不同的操作對象有不同的操作權(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操作者進行管理。

(5) 遠程診斷與網(wǎng)絡(luò)功能（可選）

　　為了及時為最終用戶提供技術(shù)支持，B&R PCC可以通過電話線及Modem 進行遠程在線診斷并給出相應(yīng)的解決方案。隨著生產(chǎn)的規(guī)模化，許多客戶需要對多臺擠出機進行網(wǎng)絡(luò)管理并進行遠程控制。而B&R PCC 允許通過以太網(wǎng)與計算機相連并能在辦公室的終端計算機上讀取各條線的當(dāng)前狀態(tài)甚至能直接控制生產(chǎn)線，實現(xiàn)管控一體化。

(6) 數(shù)據(jù)庫功能

　　由于采用了工控機，因此可以記錄數(shù)據(jù)參數(shù)，自動生成數(shù)據(jù)報表并可通過網(wǎng)絡(luò)進行匯總，強化生產(chǎn)管理。

(7) 操作簡易

　　雖然該控制系統(tǒng)具有如此強大的功能，但是人性化界面設(shè)計，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

　　對比傳統(tǒng)的PLC ，要想實現(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行業(yè)中多年的經(jīng)驗，使得該控制系統(tǒng)能在較短的時間內(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)實現(xiàn)工廠自動化提供了條件。