滑轮拉丝机控制系统的PLC改造设计

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摘要：文章介绍了LW-5/600滑轮拉丝机控制系统plc改造设计，阐述了PLC、触摸屏、变频器控制系统的设计方法和思路，对硬件选型、传动方式和ModBus通讯做了详细的介绍，给出了变频器参数值的设置方法。实践证明，拉丝机控制系统改造达到较好效果，已在各子公司广泛运用。

关键词：滑轮拉丝机改造；PLC控制设计；触摸屏；ABB变频；ModBus通讯

中图分类号：TG355 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）02-0032-03

焊条拉丝生产设备为老式滑轮式拉丝机，电控采用传统接触器控制，机械调速，速度最高

250m/min。且只能配多台小切丝机切棒丝，效率极其低下，且安全性差，调速极其不方便。随着公司的发展，该机型越来越不能满足生产需要。因此在公司进行板仓基地扩能工程时提出改进该设备，将传统控制模式改成PLC、触摸屏控制，变频器调速。新拉丝机命名为LW-5/600 5头滑轮拉丝机，无收卷机，直接在线与高速切丝机联机使用，省了收卷与放线的中间环节，提高使用效率。由此开发设计的电气控制的拉丝机设备具有灵活性高、稳定性强、操作简单、维护方便等优点。

1 控制系统构成

改造后的滑轮拉丝机由变频调速系统、主控制器PLC系统、检测与报警、触摸屏监控等部分组成。控制思路：PLC为主站，TP177A为人机界面，采用ModBus（485）通讯方式与ACS550变频器通讯，各变频器通过ModBus实现运行。系统结构和组成框图如图1所示：

图1 系统结构和组成框图

2 控制方式

采用PLC加触摸屏的智能控制模式，通过触摸屏修改各参数，经PLC处理后控制各个变频器运行。拉丝机的输入、输出、启动、停车、点动、速度控制以及其他相应的逻辑控制关系均由PLC可编程控制器完成。PLC将运算结果通过ModBus总线发送给各个变频器，采用485通讯接口接受指令，各个变频器根据PLC的指令运行。触摸屏监控电机的运行状态和故障报警。

3 硬件选型

西门子S7-200是西门子1995年生产的新一代微型PLC，其性价比极高，目前已在各个领域广泛运用。它结构紧凑，扩展性能好，指令功能强大，价格低。编程软件STEP7-Micro/WIN32能方便地在Windows环境下进行编程、调试和监控，完全能满足滑轮拉丝机的控制要求。CPU模块选为6ES7 216-2BD23-0XB8，继电器输出型，24输

入/16输出。2块数字量模块6ES7 223-1BH22-0XA8和6ES7 221-1BF22-0XA8，IO点共计64点，满足滑轮拉丝机的启动、停止、计米、断线急停、制动等数字开关量的要求。1块模拟量模块6ES7 232-0HB22-0XA8，具有2个模拟量输出通道，采用－10v～＋10v电压信号或者4～20MA电流信号。每个通道均可进行AD转换，可将调速数字量信号转变成模拟量信号直接输送给变频器控制电机转速。触摸屏选用西门子TP177A型；变频器选用ABB的ACS550系列失量型变频器。该变频器控制方式为无传感器矢量型，具有优良的速度控制和转矩控制特性、完整的保护功能以及灵活的编程能力。

4 传动控制

滑轮拉丝机卷筒电机第一头37kW，其余4头均为30kW。启动要求第一头拉丝电机具有较高的启动转矩。通过模拟量模块输出的速度给定信号传给变频器调速，电机能点动和联动相互投入和切除。电机的启动停止、点动和联动等由ModBus总线控制。电机满载起动，起动转矩要达到150%额定转矩，最高线速度达到10m/s；停止时，变频器都会按照设定减速运行，均匀减速到零，然后抱闸制动。变频器任何时候按矢量控制，低频高转矩输出，低速穿模速度稳定，启动过程平滑，高速运行稳定。

图2 电机传动控制图

5 通讯方式

ModBus通信协议是Modicon公司提出的一种报文传输协议，它已经成为一种通用工业标准。硬件采用RS-485，主从式半双工通讯，主机呼叫从机地址，从机应答。波特率采用9600bit/s。S7-200PLC中支持USS、ModBus以及Profibus等多种通讯协议方式。不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。

本次设计中S7-200编程软件STEP7-Micro/WIN32带有ModBus通讯指令，主站侧需要编写"MBUS_CTRL"和"MBUS_MSG"指令程序，从站侧需要编写"MBUS_INIT" and "MBUS_SLAVE"指令程序。必须要保证主站与从站的"Baud"和"Parity"的参数设置要一致，并且程序块"MBUS_MSG"中的"Slave"地址要与程序块"MBUS_INIT"中的"Addr"所设置的一致。在现场我采用ModBus的通讯主站是S7-200的PLC（CPU226），ModBus从站分别是5台ACS550变频器，通讯是RTU格式，波特率9600bit/s，无校验，主站等待时间是1s。主站依次发送请求报文到各变频器从站，从站发出响应报文。需要写入变频器控制字和寄存器，对变频器的启停和外部给定进行控制。同时需要对变频器的输出线圈和寄存器的状态进行查询。

6 变频器参数设置

变频器通过改变电源频率来改变电机的转速，达到节能、调速的目的。同时还具有过流、过压、过载等保护功能，采用ModBus通信方式实现对5个变频器的总线控制，各个变频器根据PLC的指令运行。需要设置变频器内置通讯协议参数：设置变频器通讯参数9802均为1，即为ModBus通讯协议。设置通讯频率参数5303为9600bit/s，校验方式5304为0，控制类型参数5305设置为传动简易版。变频器还需要设置相应的从站地址。其他主要参数如启动参数组9901-9909，包括频率、电压、控制模式等参数；1001-1003组参数定义方向、外部控制启停参数；1101-1104组参数给定选择；继电器输出参数组1401-1403，对电机转速、电流、频率转矩等做出最大最小限定；参数组2001-2018等都要一一设置好，变频器才能正常工作。

7 监控部分

监控部分采用西门子TP177A触摸屏，配有软件wincc flexible 2008完成编程。它是西门子一款性价比较高的人机界面，具有2个9针通讯端口，可分别作为PC机的编程口和ModBus的通讯口。在触摸屏上可进行变频器的参数设置、整机启动停止控制，同时显示电机的速度和故障报警信息。操作简单、直观，完全满足拉丝机系统实时操作监控的

要求。

8 在线联机控制

因拉丝机要和前端立式放线机以及后端高速切丝机在线联机运行，启动停机要相互关联，否则会出现断丝现象。因此要在拉丝机和高速切丝机的PLC的数字输入端相互写入启动停机信号。整条生产线设备联动启动和停止，才能保证棒丝的高效

生产。

9 结语

改造后的拉丝机采用西门子S7-200PLC、西门子TP177A触摸屏以及ABB变频器控制，提高了设备的自动化程度。采用变频器启动，延长了电机的使用寿命，方便更换品种规格，满足不同品种的速度要求。采用通讯控制，减少了现场布线的繁琐，大大降低了干扰，使控制柜更简洁干净，故障率降低，提高了设备的精度和稳定性，保证了拉丝的质量。触摸屏的使用让现场非常直观简洁，操作方便，调速方便，设备电气性能大大提高，安装后一人可操作两台，速度达到500m/min，且与立式放线机和高速切丝机在线联机使用，效率翻倍。此设备投入使用以来得到了较好的评价，已在各子公司推广使用。

参考文献

[1] 詹昌义．PLC在直线式拉丝机控制系统中的应用[J]．中国高新技术企业，2012，（2）．

[2] S7-200中文编程手册[S]．

作者简介：张蓉（1971-），女，湖北宜昌人，供职于四川大西洋焊接材料股份有限公司，研究方向：工厂供电和电气控制技术。