基于CC-Link的并条生产系统的研究

    作为纺纱过程中的一道工序，并条介于精梳和粗纱之间。其主要任务是：并合、牵伸、混合、成条，将生条进一步加工成熟条，以提高棉条质量。并条工序是决定棉纺产品质量的关键，棉纺并条工序的工艺设备水平状况对棉纺产品的影响，越来越引起国内外棉纺专家的重视。

    如图1所示为ASFA306型并条机的工艺过程，并条机机后是导条架，下面每侧各放6个或8个喂入棉条筒1，每侧棉条为一组。棉条经由导条罗拉2和给棉罗拉3，进入牵伸装置4，经过牵伸的须条沿前罗拉表面进入弧形导管6，聚拢成条后由紧压罗拉7压紧成光滑紧密的棉条，再由圈条盘8有规律的圈放在输出棉条筒9内。

    目前，纺织厂的并条车间都是以人工看管机台为主，生产线的自动化程度很低，而且纺纱车间具有温度高、飞丝多、噪声大等特点，这种恶劣的环境对人的健康很不利，工作也易疲劳。为了提高生产率和产品质量，减轻工人的劳动强度，我院与海安纺机厂合作研制出ASFA-306新型高速并条机，并提出了基于CC-Link总线实现并条生产车间设备的联网，构造并条生产系统以提高生产的自动化程度。

    二、CC-Link网络简介

    CC-Link （Control ＆ Communication Link ）是一类基于PLC系统的现场总线，是PLC远程I/O系统向现场总线技术的发展和延伸。CC-Link网络在实时性、分散控制、与智能机器通信、RAS功能等方面具有最新和最高功能，同时，它可以与各种现场机器制造厂家的产品相连，为用户提供各厂商设备的使用环境。该网络满足了用户对开放结构与可靠性的严格要求，它具有如下特点：
◆ CC-Link网络可以形成高速度及远距离的应用组态，使其能适应网络的多样性，
在速率为156bps 时，通信距离可达1200米加中继器后，通信距离更远；
◆ 采用普通屏蔽双绞线，大大降低接线成本，抗干扰能力强；
◆ 具备自动在线恢复功能，待机主控功能，切断从站功能，确认连接状态功能及
测试和诊断功能，因此，可以构成具有高可靠性的网络。
◆在CC-Link系统中可以连接下述三种远程元件：
  远程I/O — 仅仅处理开关量的现场元件，例如数字式I/O或气动阀。
  远程装置— 能处理开关量和数字量的现场元件，例如模拟量I/O、MELSEC-FX系列PLC。
  智能化远程 — 具有CPU 并且能与主站和其它站通讯的现场元件，例如个人电脑。
  基于CC-Link的上述特点，我们选定CC-Link作为并条生产系统的现场总线。  

    三、系统硬件结构设计

    1.系统配置
    并条工序通常分为头道并条和二道并条，其中1#、3#、5#并条机完成头道并条，2#、4#、6#并条机完成二道并条，八节并条机的生产车间的布局如图2所示。
对应每台并条机有阀岛控制的操作机进行换空筒和推满筒操作。1#、2#传送带用以传送备用空筒，由变频器控制其启停等操作。3#传送带用以传送加工完到下一道工序的满筒，因其一直在动作，故直接由主站扩展的输出模块通过接触器来控制。
     并条生产系统的组成为：1个主通信控制站，8节FX2N 系列PLC控制的并条机作为远程装置站，4个用于传感器信号输入的远程I/O模块，1个用于故障指示的远程I/O模块，8个控制操作机完成换筒操作的阀岛，1个人机界面，1台变频器以及1台个人电脑，所有这些模块都挂在CC-Link总线上。系统连线框图如图3所示。

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配置如下：
主通信控制站：A1SJHCPU+A1SJ61BT11，设为0#站；
远程装置站：FX2N PLC+ FX2N-32CCL，占用2个站；
远程I/O模块：AJ65SBTB1-32D，占用1个站；AJ65SBTB1-32T，占用1个站；
FESTO公司CPA阀岛，占用1个站；
人机界面：A985GOT+A8GT-J61BT15，占用1个站；
个人电脑：个人电脑+A80BDE-J61BT，占用4个站；
变频器：FR-A500+FR-A5NC，占用1个站。

2.系统功能
1#远程I/O模块AJ65SBTB1-32D作为10#，20#操作机（推空筒用）上光电传感器以及1#，2#操作机（由阀岛控制）的每个气缸上位置传感器信号的输入（8台并条机共需4个远程输入模块和8个阀岛）。当2#并条机（由FX2N PLC控制）的喂入棉条筒出现空筒时，由人工将1#并条机的输出棉条筒搬运来替换空筒，并将空筒搬到2#传送带（由变频器控制）上任意位置处。20#操作机上光电传感器检测到前方没有空筒时，则以一定频率启动变频器，带动2#传送带运转，使空筒到位；否则，传送带停止。远程I/O模块AJ65SBTB1-32T接有11盏指示灯，作为1-8#操作机和1-3#传送带的现场故障显示。人机界面放置于车间现场，可以随时监视整个车间的运行情况，当发生故障时，分别有相应的指示灯加以显示，并且可以控制整个系统的启停。同时，可在人机界面上设定变频器的启动频率和加速时间，并可以对其运行频率和输出电压进行监视。个人电脑放置于车间控制室内，通过CC-Link接口板A80BDE-J61BT13连入系统，作为系统中的一个智能站，对车间的生产产量及并条机上各种故障进行实时监控和统计，统计结果以报表（包括日报表、月报表和故障报表）形式输出。

    五、系统的应用软件设计

    系统软件设计大致包括以下四个方面：

    1.用三菱公司提供的SW5D5-GPPW-E 软件包进行主站与各分站之间通信程序设计。
1） 网络初始化部分
对整个CC-Link 现场网络进行统一规划，确定各单元的器件类型、网络单元数，各单元所占的站数、以及各站特性，步骤为：参数设置— 刷新— 用缓冲区内参数进行数据链接— 写参数到E2PROM— 刷新— 用E2PROM内参数进行数据链接。
2） 顺控程序部分
    当各模块数据链接正常时，即调用相应模块的处理子程序。本系统中共连入25个模块，分别调用这25个子程序即可。
    2. 用三菱公司提供的SWOPC-FXGP/WIN-C 软件包在FX PLC上进行控制程序和通信程序设计。
    3.用三菱公司提供的SW4D5-GOTR-PACKE 软件包进行GOT 画面设计，对车间运行情况进行实时监控。共设计5幅画面，分别为主画面、1#传送带运行画面、2#传送带运行画面、故障显示画面、故障履历画面。
    4.在个人电脑上用Visual Basic 6.0开发应用程序“并条车间生产管理系统”，利用添加的模块mmscl32（mdfunc.bas）— 即CC-Link接口板中所带有的CC-Link通信字库函数，可以在用户程序中对元件进行读/写，随时了解车间的生产运行情况，打印各种生产报表。

    六、系统特点

    该系统主要有以下几个特点：

    1.采用日本三菱公司的原装A系列可编程控制器（PLC）组成计算机控制系统，实现模块化灵活组态。产品按照工业标准设计，具有高抗干扰性及高可靠性。
    2.阀岛采用的是FESTO公司的原装产品，其型号为CPA14。这类阀岛采用的模块式结构可根据用户的需要扩充线圈，最大可扩展到22个。并且电磁阀信号和输入输出信号在阀岛内的接线，已由FESTO制作完成，只需加上一个CC-Link通信模块即可挂入总线。
3.系统采用现场总线结构及CC-Link通信协议，实现数字化通讯，功能齐全，人机界面友好，图示化操作，全中文界面，软件可根据用户要求编制和修改。
    4.将个人电脑作为一个智能站挂入总线，使得通信速度和距离都得到提高。并且可以实时监控车间运行情况，得到产量信息，打印生产报表。
    5.实现两级报警：当发生故障时，车间现场的工人根据发出的声光报警得知故障源，并且在每台并条机上也有小型人机界面显示本台机上的具体故障；另外，总线上的人机界面A985GT也能给出整个车间内相应的故障源和提示信息。 
    6.生产过程半自动控制。由于并条机上的某些故障还必须由人工来排除，如机后断条，集束器堵棉等，所以目前车间还不能实现全自动化。但由于采用了总线结构，整个车间只须1-2个工人即可，减少了人员配置。
    7.由于采用气动换筒装置，换筒故障率降低，加上总线结构，使得系统协调性良好。