基于CC-link/MODBUS网络在热模锻压力机控制系统中的应用

徐 丽，马继斌，周 锋

(扬力集团股份有限公司，江苏 扬州 225104)

基于CC-link/MODBUS网络在热模锻压力机控制系统中的应用

徐 丽，马继斌，周 锋

(扬力集团股份有限公司，江苏 扬州 225104)

介绍了基于CC-link/MODBUS网络在热模锻压力机控制系统中的应用。该控制系统应用CC-link网络，集成高稳定性、高性价比、人性化人机操作等多方面技术设计，致力于实现高精、高效、高环境友好性的自动化锻造主机。

热模锻压力机；控制系统；CC-link网络；MODBUS通讯；抗干扰

近年来，随着汽车工业的高速发展，车用小型锻件需求不断扩大，质量要求不断提高。为此，采用热模锻压力机，结合多工位锻造工艺，配备步进式机械手组成全自动锻造生产线渐成趋势。在此形势下，扬力集团借鉴国内外先进经验，结合国内市场需求和锻造行业现状，着重研究一种新型热模锻压力机控制系统，向“精密化、数字化、高效化、轻量化、低能耗”方向发展。该控制系统应用了CC-link通讯网络，集成了高稳定性、高性价比、人性化人机操作等多方面技术设计，并可与热模锻压力机周边的连线设备进行信号通讯，做到数据全面共享。

1 设计方案

该控制系统采用具有浮点运算功能的CPU单元、具有网络通讯功能的工业人机界面、高速响应的网络控制器件、各类高精度温度传感器和压力传感器、网络控制变频器、网络控制器件、带网络通讯的电子凸轮控制系统及封高调节显示装置，通过CC-link开放式现场总线组建成柔性智能驱动控制系统。运用现场总线技术实现布线和控制的智能化，充分运用集中控制、分散管理理念，并采用传输速率高、抗干扰能力强的专用传输电缆进行数据通信处理，既能大大减低机床布线的难度，同时提高了数据处理速度和整个系统响应时间。在柔性智能驱动系统的控制下，实现了对润滑系统的压力、流量、运动副温度、离合器温度、主电机轴承、系统气压等关键部位实现动态在线监控与反馈，智能控制系统能够及时报警并处置。智能控制系统在控制压力机主机的同时，预留与周边设备如机械手(或机器人)、上下料输送带、强冷输送带、快速换模系统的通信及控制接口，并对模具参数进行系统化管理，实现模具库管理功能，较大程度地提高整机生产线自动化水平及工作效率。网络控制器件能够联接互联网后，提供强大的远程故障诊断和维护功能，使压力机的售后服务更加快捷高效，同时降低了维护成本。

控制系统包括变频器、主电机、Q系列PLC、CC-link主站模块，MODBUS通讯模块、RS485通讯模块，本地输入模块、本地输出模块、远程模拟量模块，远程温度模块、远程高速计数模块、远程输入、输出模块。变频器电源输出端口与主电机连接，MODBUS模块通过专用高速通讯电缆与变频器、电子凸轮、模高显示进行高速串行通讯，2组远程模拟量分别采集3组气路压力值及4组吨位值，2组远程温度模拟量模块分别采集6个通道的温度值，预留一组RS485通讯接口，便于客户进行车间智能管理通讯使用。

热模锻压力机控制系统原理框图如图1所示。热模锻压力机控制系统原理线路图如图2所示。

2 系统控制技术

本系统通过CC-link现场总线将生产线各部分组成系统进行集成控制，充分利用集散控制原理和思路，将快速换摸中心、步进梁机械手、自动喷雾润滑装置及热模锻压力机进行集中控制，对诸多关键控制对象实现分散管理，再通过网络传输至上位机，实现三级管理，即操作层管理、车间管理层管理、公司决策层管理。本系统应用到的集成控制技术介绍如下。

2.1 CC-link现场总线技术

图1 热模锻压力机控制系统原理框图

CC-link是以设备层为主的网络，本系统CC-link网络由主站、本地站、远程从站组成。主站CC-link通讯具有高速数据传输可达10Mbps，采用瞬时传送的数据通讯方式将控制对象的数据信息进行传递。本地站包括有2个本地输入模块，主要采集周边设备连线输入信号，例如步进梁机械手的握手信号、自动锻造中心热模锻压力机控制装置或部件的输入信号、快速换摸中心的握手信号等；1个本地输出模块，主要控制周边设备连线输出信号。5个远程智能从站有2个远程温度模块、2个远程模拟量模块、1个远程高速计数模块、2个远程输入模块及2个远程输出模块及组成。2个远程温度模块接收安装在热模锻压力机连杆部位、机身套、高速轴承部位的6个温度传感器，加上主电机轴承处2个温度传感器传输信号，实时读取上述关键部位的温度值，通过CC-link网络传送至CPU，CPU与人机界面通过以太网方式进行通讯，在人机界面实时显示，且可以设置温度上限报警值，随时监控关键运动副的温度变化情况；2个远程模拟量模块分别接收来自吨位计和压力传感器的信号，吨位计通过安装在热模锻压力机4个立柱内侧的应变传感器将信号传送给远程模拟量模块，远程模拟量模块通过CC-link网络传送给CPU，在人机界面实时显示，且可以设置吨位上限报警值，随时监控热模锻压力机实际冲裁吨位变化情况；安装在热模锻压力机离合器、制动器气缸回路上的压力传感器将离合器、制动器气缸内的气压变化情况实时传输给远程模拟量模块，再通过CC-link网络输送给CPU，在人机界面实时显示。1个高速计数模块将安装在电机输出轴侧的高速计数传感器信号实时输送至高速计数模块，远程计数模块通过CC-link网络传送给CPU，对电机转速起到实时监控的目的，当电机失速过大时，启动保护程序，确保冲压能力。10个远程I/O从站分别接收来自热模锻压力机控制输入信号输出信号，如各种开关、按钮、指示灯、各类气路压力开关输入信号、电子凸轮角度输入信号、各类电磁阀、各类油路压力开关信号、各类限位传感器信号等。

图2 热模锻压力机控制系统原理线路图

2.2 MODBUS通讯技术

MODBUS协议具有侦错能力强、数据传输量大、实时性好等特点,因而成为目前自控领域使用非常广泛的通讯语言。本系统MODBUS通讯协议主要用于变频器、电子凸轮控制装置及模高显示装置与系统CPU的通讯。变频器装置主要改变电动机的频率，实现电动机的无级变速，从而达到热模锻压力机的行程次数可调。CPU可实时读取变频器内电压、电流、频率、故障等重要参数，也可以在人机界面中实时设置变频器的运行频率。电子凸轮控制装置主要通过旋转编码器采集热模锻压力机偏心轴的角度位置，该装置具有实时监控和计算功能，能将热模锻压力机离合/制动角进行实时监控并计算提前角度，实现热模锻压力机自动停上死点功能。将角度信号实时传送至系统CPU，并实现角度值在线读取功能。模高显示装置通过编码器与热模锻压力机装模高度调节装置连接，实时采集装模高度变化值并反馈给系统CPU。

2.3 工业以太网组态技术

以太网具有成本低、用户多、技术成熟等优点,这使得工业以太网成为控制系统中受欢迎和支持的通信方式。本系统采用Ethernet/IP以太网形式用以人机界面与热模锻压力机CPU的通讯，能快速、实时读取和设定CPU内部寄存器值。例如：显示电动机运行频率、电压、电流、温度、吨位、气压等模拟量值，设定电动机工作频率、温度报警值、吨位报警值等。

2.4 PLC与变频器采用双回路控制

PLC与变频器采用了双回路控制，1回路为外部控制，通过PLC的输出模块给变频器发出正转、反转、启动、停止信号，电机可以匀速工作；2回路为通讯控制，基于以太网通讯，将人机界面与PLC连接；基于MODBUS通讯，PLC与变频器连接，在人机界面中可以根据工况需要设定变频器频率，精度高达0.1Hz，主电机无级调速工作。单1外部控制，变频器工作频率为模拟量输入，设定不精确；单2通讯控制，当通讯受到干扰时，变频器工作不稳定，外部操作无法控制，存在安全隐患。上述方案既解决了变频器设定的精确性又保证了外部操作的安全性。

3 结束语

至此，一种新型热模锻压力机的控制系统得以实现。后期研发中将人机界面的人机对话可做得更加柔性,例如润滑设定界面、润滑各分油点监控画面、模具存储功能等，方便客户操作与维修,交、直流接地隔离，进一步提高系统的抗干扰能力。

[1] 李忠民.热模锻压力机[M].北京：机械工业出版社，1990.

[2] 廖常初.PLC编程与应用[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3] 刘沛津，谷立臣，韩 行，等.基于MODBUS/TCP的火电厂实时数据集成及网络通信控制器研制[J].电力自动化设备，2009，29(8)：128-131.

[4]Q系列CC-Link网络系统[Z].三菱电机自动化有限公司，2014.

[5]Q系列微型可编程控制器用户手册 [Z].三菱电机自动化有限公司，2014.

[6]Q系列微型可编程控制器用户手册 [Z].三菱电机自动化有限公司，2014.

[7]电子凸轮MODBUS通讯协议 [Z].扬州大祺自动化有限公司，2016.

The application of CC-link/MODBUS web in control system of hot forging press

XU Li,MA Jibin,ZHOU Feng
(Jiangsu Yangli Group Co.,Ltd.,Yangzhou 225104,Jiangsu China)

In combination with the market demand and forging industry status,the development of automatic forging mainframe with high precision,high efficiency and high environmental friendliness has been paid attention to.The CC-link web has been applied into the control system.The high stability,high performanceto-priceratio and human-oriented operation have been designed.

Hot forging press;Control system;CC-link web;MODBUS communication;High anti-interference

TG315.5

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.05.010

1672-0121(2017)05-0034-04

2017-04-08；

2017-05-15

徐 丽(1980-)，女，电气工程师，从事压力机电气设计。E-mail：yanglixuli@163.com