作為全球能效管理專(zhuān)家施耐德電氣為100多個(gè)國家的能源及基礎設、工業(yè)、數據中心及網(wǎng)絡(luò )、樓宇和住宅市場(chǎng)提供整體解決方案， 其中在能源與基礎設施、工業(yè)過(guò)程控制、樓宇自動(dòng)化和數據中心與網(wǎng)絡(luò )等市場(chǎng)處于世界領(lǐng)先地位，在住宅應用領(lǐng)域也擁有強大的市場(chǎng)能力。目前施耐德推出的MicroPLC被運用在高速卷繞頭控制系統中。

化纖紡絲工藝中，聚酯切片經(jīng)干燥設備除去水分后，通過(guò)螺桿擠壓機加熱熔融擠出，經(jīng)計量泵精確計量噴絲成形，然后在恒溫恒濕條件下冷卻固化以及牽伸，最后通過(guò)卷繞頭將紡絲成形的纖維卷繞成為成型良好的絲餅。其中，卷繞頭卷繞成的絲餅需滿(mǎn)足容量大、形狀穩定、張力均勻、退繞容易等要求，具有高速度、大卷裝、連續自動(dòng)化等特點(diǎn)，是化纖紡絲機上技術(shù)構成最復雜、自動(dòng)化程度最高的關(guān)鍵設備。

根據紡絲工藝要求，卷繞頭按紡絲速度可分為常速卷繞頭(1000m/min左右)、高速卷繞頭(3000～4000m/min)、以及超高速卷繞頭(6000～8000m/min)；根據升頭落筒方式，卷繞頭可分為半自動(dòng)卷繞頭和全自動(dòng)卷繞頭，其中，半自動(dòng)高速卷繞頭只有一個(gè)卷繞軸(卡頭)，具有機械結構簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比好等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是在絲餅卷繞完成后需要人工升頭換筒，有廢絲，不能實(shí)現生產(chǎn)的連續化；全自動(dòng)高速卷繞頭具有兩個(gè)可以自動(dòng)切換的卷繞軸(卡頭)，升頭換筒過(guò)程全自動(dòng)化，無(wú)廢絲，可以最大限度提高生產(chǎn)率，是卷繞頭的主要發(fā)展方向。

高速卷繞頭控制系統的控制核心是通過(guò)對摩擦輥高速旋轉速度(即卷繞線(xiàn)速度)的精密測量，準確控制卷繞軸的卷繞速度，實(shí)現紡絲卷繞的恒線(xiàn)速度恒張力控制。對全自動(dòng)卷繞頭來(lái)說(shuō)，還需要實(shí)現精確的升頭換筒的全自動(dòng)控制。此外，還包括橫動(dòng)機構的三角波防疊控制、卷繞壓力控制、卷繞與牽伸部分的同步控制、每個(gè)卷繞頭卷繞工藝參數的設置及過(guò)程監控、以及成組卷繞頭的聯(lián)網(wǎng)集中監控等。

2．控制系統方案
高速卷繞頭控制系統采用Micro系列PLC(TSX3722 CPU)為控制核心，采用ATV31系列經(jīng)濟型磁通矢量控制變頻器控制卡頭和橫動(dòng)電機。摩擦輥轉速的測量通過(guò)Micro PLC的高速計數口實(shí)現；ATV31變頻器的控制采用Micro PLC的通訊擴展口(插TSXSCP114 Modbus通訊擴展卡配TSXSCPCU4030通訊電纜，作為主站)與ATV31內置的Modubs接口連接，構成Modbus總線(xiàn)，通過(guò)通訊控制方式實(shí)現；卷繞頭卷繞工藝參數的設置及聯(lián)網(wǎng)集中監控則通過(guò)Micro PLC的編程口(加裝TSXPACC01總線(xiàn)隔離盒，作為從站)與上位工控機(作為主站)的串行口連接，構成上一級Modbus總線(xiàn)實(shí)現。

3.控制系統簡(jiǎn)介
Modbus協(xié)議是由第一臺PLC的發(fā)明者M(jìn)odicon (現為施耐德電氣公司高端PLC品牌)于1978年開(kāi)發(fā)的一個(gè)用于PLC和編程器之間通訊的協(xié)議，1980年起，為眾多設備制造商在其不同的設備中采用，成為現場(chǎng)總線(xiàn)最開(kāi)放、應用最廣的通訊協(xié)議。

Modbus 協(xié)議是一個(gè)分級結構 (主從式) 異步串行通訊協(xié)議，可使主站對一個(gè)或多個(gè)從站進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，主站和從站之間允許多點(diǎn)連接。 Modbus 協(xié)議約定，只有主站唯一對數據的交換進(jìn)行管理，從站不能夠自己發(fā)送信息。主站和從站可以有兩種對話(huà)方式：查詢(xún)方式(主站對一個(gè)從站進(jìn)行對話(huà)并等待其回應)和廣播方式(主站對所有從站進(jìn)行對話(huà)且無(wú)須回應)。

Modbus 協(xié)議可以實(shí)現主站和多個(gè)從站之間的數據交換及檢驗，因而在每個(gè)從站單元中都定義有數據區以使主站能夠對其中的數據進(jìn)行讀出和/或寫(xiě)入操作，Modbus報文結構如下：

ATV31變頻器內置的Modbus接口與CANOpen總線(xiàn)接口兼容，物理層為RS485，采用Modbus RTU方式，波特率可以是9.6/19.2Kbit/s，連接介質(zhì)可采用屏蔽雙絞線(xiàn)，傳輸距離可達1000 米，單總線(xiàn)上連接數量最多為31臺；連接時(shí)，只需將PLC和變頻器的DA、DB和0V共三根信號線(xiàn)互連即可方便地構成Modubs總線(xiàn)。

應用方面，首先需要對PLC和變頻器的相應接口進(jìn)行相關(guān)設置(包括Modbus 主/從站方式、從站號、以及波特率、數據位、停止位、校驗等參數)，然后通過(guò)PLC編程軟件在Miro PLC內編寫(xiě)相關(guān)讀寫(xiě)操作的通訊程序，對多個(gè)從站的通訊可以通過(guò)編寫(xiě)時(shí)間片程序(時(shí)鐘計數指
      令或電子凸輪指令)分時(shí)執行上述讀寫(xiě)操作的方式實(shí)現。讀寫(xiě)操作編程示例如下：

注：m - 模塊號(Micro PLC為0)，v - 通道號(編程口為0，擴展口為1)，i - 從站地址(變頻器從站號)

對聯(lián)網(wǎng)集中監控的上級Modbus總線(xiàn)，只需通過(guò)PLC編程軟件對Micro PLC的編程口進(jìn)行相關(guān)設置(包括Modbus 從站方式、從站號、以及波特率、數據位、停止位、校驗等參數)，然后通過(guò)上位機對Micro PLC的相應內存區進(jìn)行讀寫(xiě)操作即可，在Micro PLC內無(wú)需任何編程工作。

對摩擦輥高速旋轉速度(即卷繞線(xiàn)速度)的測量可通過(guò)Micro PLC的高速計數口，應用Micro PLC的快速任務(wù)(Fast Task，即定時(shí)中斷服務(wù)程序)精密實(shí)現，精度達±1個(gè)脈沖；橫動(dòng)變頻器部分的三角波防疊功能可通過(guò)PLC軟件編程或ATV31變頻器內置的橫動(dòng)功能實(shí)現；此外，Micro PLC提供的豐富的庫函數(字表操作、數制轉換、三角函數、浮點(diǎn)數運算等)及在線(xiàn)編程、調試工具，為高速卷繞頭系統編程、調試及工藝修改提供了最大的便利。

使用Micro PLC具有以下幾大特點(diǎn)：(1)豐富的功能指令及人性化的軟件，給客戶(hù)編程帶來(lái)方便。(2)可擴展內存容量，為客戶(hù)較復雜的工藝要求提供保證。(3)穩定可靠的Modbus通信，既降低成本，又提高效率。