1 引言
提高薄膜收卷質量對塑料薄膜的二次加工至關重要；對於薄而易變形的薄膜的收卷，乙個重要的方面就是要實現薄膜牽引和捲取過程當中的恆線速度控制。我們建立了牽引和捲取的恆線速度控制圖，構成了由計算機、可程式設計控制器、變頻器等組成的硬體系統，實現了計算機和可程式設計控制器、可程式設計控制器和變頻器之間的通訊。
2 恆線速度控制圖的建立
2.1 非同步電機在兩相同步旋轉（m、t）座標系中的數學模型[1][2]
在同步旋轉座標軸系中，電壓方程式可用右式表示：[μ]mt =[z]mt[ī]mt (1) ，
同步旋轉軸系上的數學模型為：
式中分別為m、t同步旋轉軸系的定、轉子電壓和電流；ω3 為m、t軸系的同步旋轉角速度，即定子頻率角速度；**差角頻率）。
m、t座標軸系的力矩表示式為：
2.2 非同步電機的狀態方程[1][2]
研究乙個三相系統時，採用同步旋轉座標軸系，其狀態方程中的系統矩陣a和輸入矩陣b與θr無關，可以簡化求解過程。如果取定子和轉子電流i(t)，轉速ωr(t)為狀態變數，定子電壓μ，頻率ω3(t)及負載轉矩tl(t)輸入量，則非同步電機在同步旋轉軸系中的狀態方程為：
由式（4）可見，即使在同步旋轉座標系中，非同步電機調速系統在一般情況下也是乙個非線性系統，應用線性多變數系統理論對式（4）進行線性化，可得線性化後的狀態方程：
2.3 牽引和捲取恆線速度控制系統示意框圖
根據吹塑薄膜牽引和捲取的實際情況[3][4]，可畫出恆線速度控制示意圖，如圖1所示。其中為角速度計算值[5]，保證電機按計算出的卷徑調節轉速並加入張力調節的影響；ω為最終實際輸出角速度，反饋至卷徑計算單元參與卷徑計算。為了鎮定系統的張力，對△v 部分的運算，採用了pi計算（過程調節）。
由非同步電機的狀態方程可得非同步電機的控制方塊圖，如圖2所示。其中是非同步電機在同步旋轉軸系中的狀態方程，ω1為給定的定子角頻率，ω為轉子角頻率，θμ為定子電壓向量與t軸的夾角。為了消除穩態誤差，減少速度跟隨誤差，改善系統的動態特性，需加入比例、積分和微分校正環節。
3 系統硬體設計
計算機的通訊介面rs232和plc的通訊功能擴充套件板fx2n-485-bd之間通過rs232c/plc變換介面fx2n-485pc-if連線[8]，如圖3示。
plc和下位器件之間關係如圖4所示。變頻器的通訊連線單元為fr-cu03，符合rs-422/rs-485通訊規範；3md2系列plc數字顯示器可以實時的顯示plc中的資料。電機1、2轉速的計算和比較，張力反饋的pi調節等都由plc來完成。
由圖3和圖4構成整個控制系統硬體的連線，這樣的連線可以實現計算機對plc遠距離的除錯與監控、plc的離線程式設計、plc對變頻器的遠距離監控等操作，使對薄膜吹塑生產線的控制更靈活。
4 軟體實現
考慮到使用的方便，採用基於windows作業系統的軟體包swopc-fxgp/win-c，可對fx全系列可程式設計控制器（fx0s、fx2n
、fx0n
、fx2
、fx2c）進行程式設計和控制[9]。這種軟體可以實現暫存器資料的傳送、plc儲存器清除、序列口設定（d8120）、執行中程式更改、遙控執行或停止、plc診斷、取樣跟蹤和埠設定等操作；可讀取和顯示可程式設計控制器中的程式，實現檔案的傳送和接收；可監控和測試可程式設計控制器，實現動態監視器、元件監控和顯示監控資料的變化值（十六進製制）等功能；可以實現梯形圖、指令表和順序功能圖（sfc）程式的相互切換顯示，同時顯示多個功能視窗。
要實現對薄膜牽引和捲取的恆線速度控制，需要pc與plc之間點對點的序列通訊和plc與下位器件之間進行正確通訊，這需要設定握手訊號和資料傳送格式。為了避免傳送與接收的幀錯，傳送與接收採用相同的資料格式。
4.1 計算機和plc的通訊協議
為了使計算機和plc進行正確地通訊，必須對plc的特殊暫存器作相應的設定[8]。d8120用來設定資料長度、校驗形式、波特率和協議方式；d8121用來設定站號（設定範圍為00h－0fh）；d8122和d8123分別儲存待傳送資料和已傳送資料的長度；d8124儲存資料開始位(初始值：stx)；d8125儲存資料結束位(初始值：etx)；……d8129用來設定間歇校驗時間。上位機和plc的通訊協議有多種格式，我們所使用的專用通訊協議格式4如圖5、6、7所示，圖5和圖6中的和校驗碼是從站號開始到資料結束的所有位元組轉化為ascii碼相加後的末兩個位元組。
主要控制字元含義如下：enq：計算機的請求訊號（05h）；ack：無校驗錯誤，plc的應答訊號（06h）；nak：檢驗到錯誤時，plc的應答訊號（15h）；stx：資訊幀開始標誌（02h）；etx：資訊幀結束標誌（03h）；eto：傳輸結束（04h）；lf：資料供給（0ah）；cl：清空初始化（0ch）；cr：傳輸再次開始（0dh）。
4.2 plc與變頻器之間的通訊協議
在plc與變頻器構成的1：2通訊網路中，每個變頻器為乙個子站，其站號由引數設定單元設定。工作過程中，plc通過fx2n-485-bd發有關命令資訊後，各個子站均收到該資訊，然後每個子站判斷該資訊的站號位址是否與本站站號一致。若一致則處理該資訊並返回應答資訊；若不一致則放棄該資訊的處理。這樣就保證了在網路上同時只有乙個子站與主站交換資訊。通訊協議仍採用專用通訊協議格式4，如圖5、6、7所示。
4.3 plc程式組成
plc程式主要由主程式模組，通訊組織子程式，接收資料幀處理子程式，傳送資料幀處理子程式，電機速度的計算和比較、卷徑計算子程式，故障處理子程式等組成。與plc和pc機通訊有關的主要功能指令如圖8所示。
5 結論
本控制系統應用於吹塑薄膜生產線的牽引和捲取控制，避免了由於牽引速度和捲繞速度不同步而造成的薄膜在牽引輥上自捲或者薄膜厚度達不到要求等問題，使生產更加穩定，提高了薄膜收卷質量。
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