0 引言 塑料擠出機是異型材擠出生產(chǎn)線（如塑鋼門窗的生產(chǎn)） 和鋁塑復合管生產(chǎn)線上的關鍵設備。擠出機自加料端至機頭分為加料區(qū)、熔融區(qū)和均化區(qū)3 個區(qū)。在加料區(qū),固體塑料通過與料筒的磨擦作用而被向前輸送并逐漸壓實;在熔融區(qū),固體塑料被加熱熔融,在液固界面上生成一層熔體膜,當熔體膜厚度超過螺翅與料筒的間隙時,熔體被螺翅刮落,在螺翅前側形成熔池,后側形成固體熔床;在均化區(qū),物料在螺桿前進的過程中受到正流、側流、倒流、漏流4 種運動的攪拌、剪切和壓緊作用,得到充分混合、塑化,并在一定壓力下連續(xù)地通過口模而形成連續(xù)體。在擠出機中溫度和速度控制是非常重要的。 貝加萊公司的工業(yè)自動化產(chǎn)品PCC是綜合了PLC和工業(yè)計算機優(yōu)點的新一代可編程計算機控制器,具備各種標準的控制功能,硬件采用了能靈活配置的模塊化結構,可帶電插撥,可靠性高。PCC 支持多任務分時操作系統(tǒng),提供了8 個分別具有不同循環(huán)時間不同優(yōu)先權的任務等級（task class） 。其中優(yōu)先權高的任務等級,即高速任務有著較短的執(zhí)行周期（周期可由用戶設定,范圍從1ms 到20ms） ,而標準任務的循環(huán)時間可從10 ms到5000 ms設定。而且每個任務等級可包含多個具體任務,這些任務中間可以再細分優(yōu)先權的高低。 PCC的多處理器和智能I/ O 技術使其智能性強,智能模塊內(nèi)部有自己的CPU ,其運動模塊配以高精度高質(zhì)量的運動控制算法,溫度模塊配以具有自學習能力的溫度調(diào)節(jié)算法（PID 和模糊調(diào)節(jié)技術） 。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),過程控制的PID 調(diào)節(jié)可以達到50μs 一個回路。 PCC產(chǎn)品使用開放式總線結構,與各種系統(tǒng)通信方便,提供支持CAN BUS 的硬件模塊并自帶CAN 接口。因此,很容易實現(xiàn)CAN BUS 物理連接,并通過相應的通信程序?qū)崿F(xiàn)PCC系列產(chǎn)品之間的通信。幀驅(qū)動器（frame driver） 是貝加萊公司為實現(xiàn)與第三方設備之間進行通信而設計的軟件工具箱。由于Frame Driver 是一個自由通信協(xié)議,編寫串行接口（如RS - 232 ,RS- 485/ 422 ,TTY等） 的通信協(xié)議非常方便。通常的數(shù)據(jù)通信,用戶必須對端口的細節(jié)了解很清楚才能通過編程實現(xiàn)對接口各管腳的操作。而幀驅(qū)動器將這些操作集中起來,用戶不必知道接口的細節(jié)就可以通過幀驅(qū)動器命令直接傳輸讀寫數(shù)據(jù)。 PCC提供了結構化高級語言PL2000 （ 類似C 語言） ,也可使用梯形圖（LAD） 、指令表（STL） 編程,且具有強大的數(shù)據(jù)運算和處理能力。 本文介紹PCC在鋁塑復合管生產(chǎn)線中對4 臺擠出機的控制。 1 　系統(tǒng)的構成和功能 圖1 為PCC控制4 臺擠出機系統(tǒng)框圖。4 臺擠出機都是單螺桿擠出機:內(nèi)管擠出機螺桿主電機為75kW直流電機；內(nèi)管涂膠擠出機螺桿主電機為55kW直流電機；外管涂膠擠出機螺桿主電機為55kW直流電機；外管擠出機主電機為45kW直流電機。4 臺擠出機的螺桿直流電機都是由數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)E590 驅(qū)動,它們通過主站處理器模塊的IF2 口以RS - 422 與PCC通信。牽引機主電機是三相交流電機,均由Lenze 變頻器驅(qū)動,它們通過主站接口模塊的IF2 口以RS - 485方式與PCC 通信。上位機為貝加萊公司的PROVIT -5000 系列工控機,用于在人機界面上對全線設備集中監(jiān)控。擠出機的控制選用PCC2005 作為主站, 兩臺PCC2003 作為從站,包括電源模塊PS465 、處理器模塊、接口模塊、溫度輸入模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊。工控機、主站和兩個從站通過CAN 現(xiàn)場總線實現(xiàn)實時通信。 [align=center] 圖1 　擠出機控制系統(tǒng)框圖[/align] 2 　系統(tǒng)的軟件設計 用PCC編制用戶程序相對于傳統(tǒng)PLC 的一個顯著優(yōu)點是它的多任務處理能力。它非常適合于控制功能復雜、對實時性要求高的設備。整個系統(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)其不同功能編出獨立的程序塊,并按實時性要求設定優(yōu)先級。同時,編程環(huán)境中包含豐富的函數(shù)庫及功能塊,大大減輕了開發(fā)人員的工作量。 2. 1 　溫度控制程序 在鋁塑復合管生產(chǎn)中,為了增加聚乙烯的流動性、減少擠出機的負荷,希望提高擠出溫度;但溫度過高,尤其是在擠出機螺桿轉速較低、塑料在機筒和模具內(nèi)停留時間過長會使聚乙烯分子鏈受到破壞而影響管材質(zhì)量。PL2000 編程語言提供PIDxh 函數(shù),可以控制多路溫度調(diào)節(jié)。擠出溫度采用集中控制,每臺擠出機的機筒上有4 個熱電偶,機頭上有一個熱電偶,測溫信號直接接在PCC的溫度模塊上,用PID溫控軟件實行獨立的回路控制。在軟件中還采取了自學習功能,即自動記錄不同時段、不同原料、不同模具下系統(tǒng)所需的參數(shù),并存放于PCC的數(shù)據(jù)模塊中。軟件可以自動計算出不同溫控所需的PID 參數(shù),溫度控制精度可以達到±1 ℃。 2. 2 　通信控制程序 通信程序是很關鍵的。在工控機、PCC主站和從站之間以及主站和擠出機的直流調(diào)速系統(tǒng)之間、主站與牽引機的變頻器之間等都是靠通信進行數(shù)據(jù)交換的。工控機、主站和從站之間通過CAN 總線實現(xiàn)通信。CAN 通信程序中主要用到下述函數(shù): 用CANopen（） 實現(xiàn)CAN 控制器的初始化并申請傳輸數(shù)據(jù)所需的資源；用CANwrite（） 函數(shù)對將被發(fā)送的數(shù)據(jù)進行寫操作；用CANread（） 函數(shù)進行讀取數(shù)據(jù)的操作； 用CANdftab（） 函數(shù)可創(chuàng)建一個包含CAN 總線數(shù)據(jù)的變量列表,用戶可以通過事件變量來進行數(shù)據(jù)讀寫；周期性的數(shù)據(jù)讀寫則用CANrwtab（） 函數(shù)進行處理。 使用Frame Driver 編寫與直流調(diào)速系統(tǒng)和變頻器的通信協(xié)議。在圖1 中,4 臺E590 直流調(diào)速系統(tǒng)分別驅(qū)動內(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,它們均通過主站處理器模塊的IF2 口以RS - 422 與PCC通信,由PCC統(tǒng)一調(diào)整控制參數(shù)和給定值。5 臺Lenze 變頻器分別驅(qū)動內(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機,它們通過主站接口模塊的IF2 口以RS - 485 方式與PCC進行通信。通信時先使用函數(shù)FRM_ Xopen（enable ,adr （device） ,adr （mode） ,adr （config） ,status ,ident）初始化；發(fā)送數(shù)據(jù)時,先向幀驅(qū)動器申請一個緩存區(qū),這時要用到FRM_ gbuf （enable , ident , status , buffer , buflng） 函數(shù)；然后將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入申請得到的緩存區(qū)中,用strcpy（outbufadr ,“Frame Driver Output Test”） 函數(shù)或memcpy（） 函數(shù);最后命令幀驅(qū)動器傳輸數(shù)據(jù),用FRM_writ （enable ,ident ,buffer ,buflng ,status） 函數(shù)。 接收數(shù)據(jù)的過程基本相反。首先通知幀驅(qū)動器從接口讀一幀數(shù)據(jù)并把它放在一個緩存區(qū)中,使用函數(shù)FRM_read （enable ,ident ,status ,buffer ,buflng）；然后將數(shù)據(jù)從緩存區(qū)中拷貝到工作區(qū),用memcpy（） 函數(shù)；最后要釋放緩存區(qū)以便再用,用FRM_rbuf （） 函數(shù)。由此可見,使用PCC的幀驅(qū)動器編寫與第三方的通信程序是很方便的。 2. 3 　擠出量控制 擠出量的控制是控制擠出的鋁塑復合管內(nèi)外管的大小。擠出量是按管徑和牽引速度用公式計算出來的,以內(nèi)外管徑符合標準、表面光潔為宜。擠出量是由PCC主站處理器上的通信端口IF2 以RS - 422 與E590直流傳動系統(tǒng)通信,調(diào)節(jié)直流電機的轉速（即擠出機螺桿的轉速） 來調(diào)整的。 2. 4 　牽引速度控制 牽引速度的控制在鋁塑復合管生產(chǎn)中至關重要,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,管子表面會出現(xiàn)竹節(jié)現(xiàn)象;牽引速度過低則會使管材直徑過大而超差。系統(tǒng)中牽引速度是根據(jù)焊接速度和擠出速度按一定的公式計算出速度給定值,通過主站接口模塊的IF2 口以RS - 485 的通信方式送到各變頻器的,并在軟件中將設定速度與實際速度進行比較,形成速度閉環(huán)控制。 2. 5 　輔助控制程序 生產(chǎn)現(xiàn)場還有些輔助設備,如預熱、冷卻、剪切、卷繞設備等。這些設備對控制的實時性要求不高,單獨編程按普通任務執(zhí)行。 實際生產(chǎn)中還需要檢測運行中的故障,對設備進行保護,并提供多種報警模式。擠出機中的報警大致分為溫度報警、直流調(diào)速系統(tǒng)和變頻器或電機報警以及機械動作報警。溫控采用的是軟件集中控制,可以直接控制系統(tǒng)每一路的加熱單元,以隨時報告加熱的異常狀態(tài)。在人機界面上可以顯示實際溫度和設定溫度,從而對各加熱單元進行監(jiān)視,并實現(xiàn)超溫或低溫報警。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,由于能夠顯示故障位置和故障原因,檢修維護非常方便。 3 　結束語 鋁塑復合管生產(chǎn)中的擠出機自動化程度高,控制復雜�；诳删幊逃嬎銠C控制器的該系統(tǒng)憑借B&R PCC的先進技術,在控制功能和控制精度上達到了較高的水平,為實現(xiàn)工廠自動化創(chuàng)造了條件。PCC的多任務操作系統(tǒng)提高了控制的實時性,開放式CAN 總線保證了主、從站之間信息流的暢通。主站與直流調(diào)速系統(tǒng)、變頻器以通信的方式結合起來,實時修改控制參數(shù),提高了生產(chǎn)線的自動化程度。用PCC控制的擠出機運行穩(wěn)定,維護方便,安全可靠。