摘 要

自動焊接的應用越來越廣泛，焊絲需求量也越來越大，同時要求層繞設備應適應各種規(guī)格的焊絲，且運動精準可靠，自動化程度高。測控網(wǎng)絡技術的應用為實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，提高產(chǎn)品質量和安全生產(chǎn)提供了保障?；贛odbuS協(xié)議的層繞機測控系統(tǒng)采用總線結構，RS一485串行總線通信，通過網(wǎng)絡實時精確控制，提高了纏繞精度和自動化程度。焊絲主動導開技術的實現(xiàn)彌補了國內同類產(chǎn)品的不足。設備經(jīng)現(xiàn)場使用，性能穩(wěn)定，工作可靠。

關 鍵 詞 可編程序控制器;變頻器;網(wǎng)絡測控

測控網(wǎng)絡技術的應用為實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，提高產(chǎn)品質量和安全生產(chǎn)提供了保障，Modbus通信協(xié)議具有偵錯能力強、數(shù)據(jù)傳輸量大、實時性好等特點^[1>成為目前自控領域使用非常廣泛的通訊協(xié)議。通過此協(xié)議，不同廠商生產(chǎn)的控制設備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡，進行集中控制和數(shù)據(jù)共享等。目前國外生產(chǎn)的層繞機自動化程度高，自動排線精確，主動導開放線，層繞質量高，但價格昂貴。國內研制出的層繞機自動排線不夠穩(wěn)定，且需人工干預，大多數(shù)為被動導開放線，纏繞質量不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率低，均未采用網(wǎng)絡測控。針對儲絲機構料位的控制方案以及基于ModbuS協(xié)議的層繞機測控系統(tǒng)，采用總線結構并通過網(wǎng)絡實時精確控制，較好地解決了焊絲恒張力層繞控制和焊絲主動導開的技術難題，實現(xiàn)了焊絲的層繞線速度升降自適應，自動定長停車等功能，提高了焊絲的層繞精度和設備的成功率，且價格低廉。

1 測控網(wǎng)絡的結構和功能
隨著各種釬絲制品（如焊絲、電機和變壓器繞組等）需求量猛增，迫切需求高精度和自動化程度高的連續(xù)生產(chǎn)纏繞設備，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質量，加快基于全數(shù)字交流伺服的高精度纏繞技術的研究迫在眉睫。

1.1 測控網(wǎng)絡的總體結構
基于M odbus協(xié)議的層繞機測控系統(tǒng)總體結構如圖1所示，包括中央控制單元、收線測控單元、張力測控單元、導開測控單元、直線行走單元和人機交互系統(tǒng)。

1.2 各網(wǎng)絡節(jié)點的結構和功能
中央控制單元PLC:對各單元所傳來的數(shù)據(jù)進行處理，控制各單元的執(zhí)行動作。

收線測控單元:利用編碼器測出主軸電機速度，由PLC控制收線變頻給定值。

張力測控單元:通過監(jiān)測浮動輥所處位置即料位反映焊絲張力的變化情況，將料位分成9個狀態(tài)，采用模糊控制對料位跟蹤調整，使浮動輥處于最佳位置。

導開測控單元:根據(jù)張力變化對導開電機進行控制，實現(xiàn)主動導開功能。

直線行走單元:采用臺達伺服電機作為執(zhí)行機構，保持焊絲纏繞角度。

人機交互系統(tǒng):采用臺達觸摸屏對各種生產(chǎn)參數(shù)進行設置以及監(jiān)測系統(tǒng)運行狀況，發(fā)生故障作報警提示，RS一232接口連接方式。

2 通信系統(tǒng)介紹

Mobdus通訊協(xié)議廣泛應用于工業(yè)控制領域，協(xié)議結構簡單通用，大部分工控系統(tǒng)都支持這種協(xié)議。ModbuS標準定義了051模型第7層上的應用層報文傳輸協(xié)議，它還將串行鏈路上的協(xié)議標準化，以便在一個主節(jié)點和多個從節(jié)點之間進行查詢和應答。Modbus串行鏈路協(xié)議是一個主/從協(xié)議，該協(xié)議位于051模型的第二層。位于051第7層的MOdbus應用協(xié)議定義了簡單的獨立于其下面通信層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），RS一485總線網(wǎng)絡的Modbus協(xié)議映射在發(fā)起ModbuS事務處理的主節(jié)點構造Modbus PDU，然后添加附加域構造Modbus串行鏈路通信PDU。Modbus通信總是由主節(jié)點發(fā)起，主節(jié)點向從節(jié)點發(fā)出查詢命令并處理響應，從節(jié)點在沒有收到主節(jié)點的請求時并不主動發(fā)送數(shù)據(jù)，也不與其它子節(jié)點互相通信。主節(jié)點在同一時刻只會發(fā)起一個Modbus事務處理。

2.1 協(xié)議格式
Mdobus協(xié)議定義兩種串行傳輸模式:RTU模式和ASCl模式，規(guī)定了報文域信息位（bits）在線路上串行傳送方式，確定了數(shù)據(jù)信息如何形成報文和報文如何解碼。本系統(tǒng)采用RTU模式。在消息中的每個SBit字節(jié)包含兩個4Bit的十六進制字符，見表1。這種方式的主要優(yōu)點是:在同樣的波特率下，可比ASCll方式傳送更多的數(shù)據(jù)^[2> 。

該模式下消息發(fā)送至少要以3.5個字符時間的停頓間隔開始。傳輸過程中，網(wǎng)絡設備不斷偵測網(wǎng)絡總線，包括停頓間隔時間內。當?shù)谝粋€域（地址域）接收到，相應的設備就對接下來的傳輸字符進行解碼，一旦有至少3.5個字符時間的停頓就表示該消息的結束。

2.2 檢查碼（CRC）
主機或從機可用校驗碼進行判別接收信息是否出錯。錯誤檢測域包含一16Bits值（用兩個8位的字符來實現(xiàn)）。錯誤檢測域的內容是通過對消息內容進行循環(huán)冗長檢測方法得出的。CRC域附加在消息的最后，添加時先是低字節(jié)然后是高字節(jié)。故CRC的高位字節(jié)是發(fā)送消息的最后一個字節(jié)。錯誤校驗采用CRC一16校驗方法圖。
CRC 校驗碼計算如下:

2.3 通信程序編制及參數(shù)設定

2.3.1 人機交互系統(tǒng)
主畫面
（1） 在操作面板上設有一個“重量CLR清零”按鈕，此按鈕按下，則已纏繞焊絲重量清零;
如果保持按下35以上，則累計重量清零（延時功能由PLC實現(xiàn)）。
（2）在主 畫面上設有“預置重量、焊絲線徑、已繞重量及累計重量”等數(shù)據(jù)。
（3）設有 “用戶參數(shù)”（見表4）、“工藝參數(shù)”和“機械參數(shù)”三個子畫面切換按鈕。

分畫面
（1） 機械參數(shù):設置排線中心角輸人，排線滯后角輸人。
（2） 導開變頻器給定頻率補償設定:可設置高料位導開頻率補償值、中高料位導開頻率補償值、中低料位導開頻率補償值和低料位導開頻率補償值等。
（3） 角度傳感器報警和斷絲報警停車。
（4） 焊絲比重設定。

2.3.2 變頻器
變頻器選用臺達VFD一B系列，收線和導開電機各有一臺變頻器驅動，兩臺變頻器與可編程序控制器遵守ModbuS通訊協(xié)議。變頻器的參數(shù)設置見表5。

2.3.3 可編程序控制器
采用臺達DVP一SX機型，該機為01點（4DI+ZDO+ZAI+ZAO）特殊主機，內建2位數(shù)的七段顯示模塊，直接對應內部寄存器。擴展模塊為DVP06X一H模擬輸人/輸出混合模塊?？删幊炭刂破髋c變頻器建立通訊程序見圖2。

主節(jié)點訪問從節(jié)點的程序流程見圖3。

3 結束語
測控系統(tǒng)越來越走向分布式、網(wǎng)絡化，基于Modbus的網(wǎng)絡測控系統(tǒng)在層繞機上已完全實現(xiàn)，主節(jié)點與各從節(jié)點之間采用了RS一485串行通信總線，使測控網(wǎng)絡的連線簡潔，信號傳輸穩(wěn)定可靠，并采用模糊控制算法取得了良好的張力控制效果，極大提高了纏繞精度和自動化程度?？捎闷髽I(yè)局域網(wǎng)對測控網(wǎng)絡進行管理，通過網(wǎng)關連接到Internet網(wǎng)實現(xiàn)遠程測控功能，生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)結合的管控一體化發(fā)展，實現(xiàn)企業(yè)綜合自動化。設備現(xiàn)場運行良好，工作穩(wěn)定可靠，便于操作，具有廣闊的市場前景。