摘要：介绍了 Modbus 总线在环形铁心全自动生产线上的应用，通过 Modbus 总线将伺服驱动器与触摸屏直接连接，实现了伺服驱动器电子齿轮的在线实时修 改，提高了速度跟踪的精度。

　　关键词：Modbus 总线;伺服驱动器;生产线

　　Abstract : The application of Modbus fieldbus into the ring core production line is introduced in this paper. The drive is connected with touch panel directly through Modbus fieldbus and implement the real-time adjustment of electronic gear ration which inhance the speed follow accuracy of the whole system.

　　Key words: Modbus field bus; servo system; production line

　　1.Modbus 总线介绍：

　　Modbus 现场总线协议是由美国 Modicon Inc.(该公司已被施耐德电气公司收购)于 20 世纪 70 年代提出的一种通讯协议，它是一种完全开放的协议，目前国际上有无数自动化和仪表厂商采用该种协议。Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，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。

　　Modbus 总线协议采用主站查询从站的方式，物理接口可以是 RS232、RS485、 RS422、RJ45，通讯介质采用屏蔽双绞线或光纤，采用 RS232 接口用双绞线作介质时不带中继器的最大距离为 15m，最大节点数 247 个，通讯速率 19.2Kbps。

　　2.环形铁心全自动生产线的介绍：

　　环形铁心生产线在国内并不多见，相比于传统铁心，环形铁心有体积小等优点。相同容量的变压器铁心，如果采用环形铁心工艺，则体积可以减小约一半左右。环形铁心可以使铁心的生产和线圈的生产同步进行，不需要在等到铁心生产完成以后再在上面绕制线圈，从而从工艺上提高了生产变压器的效率。环形铁心还具有较小的铁心损耗，对于节能要求越来越被人们关注的今天，具有很大的竞争优势。

　　目前环形铁心生产线可分为停剪和动态剪两种，停剪就是在需要剪切的时候将送料停下来，剪切完毕后再开始送料，而动态剪就是在剪切过程中不停止送料过程，两者相比，停剪的效率不如动态剪，而动态剪的难度远大于停剪。

整个环形铁心生产线由铁心绕制设备，铁心输送辊，铁心压床和铁心退火炉组成。生产环形铁心的硅钢片一般较薄，约为 0.23mm，也有用厚的料来生产。铁心的规格根据变压器容量的不同而不同，既可以制作单相的变压器，也可以制作三相的变压器。

　　图 1 所示为经过铁心压床，退火处理后的成品环形铁心示意图，图中可以看 出，缝隙的偏移不能超出距离铁心内边 5mm 的距离，也可以看出缝隙的列数及缝隙间的距离在满足缝隙边界与铁心内边界的距离限制条件下是可以根据铁心规格自由排列的，缝隙间距离越小，缝隙越多则绕制难度就越大，而缝隙越多则后期装配的工作量就越小。

图 1 成品环形铁心示意图

　　3 环形铁心全自动卷绕生产线的系统组成：

　　环形铁心绕制生产线电控系统由 PLC，速度跟踪板，送料驱动器，卷绕驱动 器，放料驱动器，触摸控制屏组成。卷绕控制器以恒定的转速速度闭环运行，送料驱动器跟踪卷绕驱动器的速度，使卷绕与送料保持速度同步，以使料带在被切断的过程中不会造成料带的鼓起或拉伸。线速度的检测靠装在皮带轮上的编码器来完成，由于同步带本身的性质，在卷绕由小到大的过程中，检测出来的线速度与芯模表面的线速度不一致，因此需要不断的修正送料驱动器的电子齿轮以使送料速度与卷绕速度基本保持同步，完成卷绕，剪切过程。

　　图 2 控制系统框图

　　卷绕生产线按照预先设置的参数，每卷绕一圈，剪切一次，接缝的产生由单片机控制脉冲给定来完成。测量编码器的脉冲分两路分别进入速度跟踪电路板和计数器。经过速度跟踪电路板的脉冲信号在经过滤波，隔离后送入单片机脉冲捕获口，在平时的速度跟踪阶段，脉冲经过整形后输出给伺服驱动器的给定，在料带进入芯模的一霎那，脉冲被变密，使得驱动器电机产生一个加速，在弧形板下产生一段间隙，为剪切做准备。在剪切完成后，脉冲被变稀疏，使得驱动器电机产生一个减速，以此来产生包在料卷内的接缝。接缝的大小可以通过触摸屏设置，经过 PLC与单片机通讯完成。

　　在此系统中，触摸屏为控制操作平台，它与 PLC 连接，同时又与伺服驱动器通过 Modbus 总线直接连接。触摸屏本身有一定的计算能力，一些实时性要求不高的运算在这里完成，然后传给 PLC 或通过 PLC 再通讯传给单片机。系统中的驱动器采用施耐得 LXM05 系列，其 Modbus 总线的物理接口是 RJ45 标准的，

　　触摸屏的接口是 DB9 型，其间的通讯线采用屏蔽双绞线。在运行过程中，PLC 计算的结果与触摸屏交互，触摸屏在发现需要修改电子齿轮来匹配速度时，通过 触摸屏与伺服驱动器之间的 Modbus 总线来完成实时的修正。电机的速度，电流，报警等参数也可在触摸屏监控画面显示。

　　4 Modbus 通讯连接：

　　Modbus 的多个网络终端可通过总线电缆相互连接。在运行网络之前，必须对每一个网络的终端进行配置，此时该终端就会获得一个唯一的节点地址。在总线中的设备必须设置相同的波特率。

　　在触摸屏配置软件中，必须安装 Modbus 协议驱动，然后在项目文件中插入该驱动。伺服驱动器的通讯站地址可以通过其配置软件设置。设置总线地址及相关参数(本例中设为 2，波特率为 19.2KB，8Bit ，Even 校验，1 停止位)

　　图 3 通讯站地址设置图

　　触摸屏的设置需添加 Modbus RTU 驱动，此触摸屏与 PLC 通过 COM1 端口连接，与伺服驱动器通过 COM2 连接，通讯格式必须配置好。

　　图 4 触摸屏中驱动程序的添加

　　在添加好驱动程序后，触摸屏就可以同时与 PLC，伺服驱动器，同时通过不同的端口以不同的协议通讯，实时完成电子齿轮比的计算及修正，实际的运行表明通过 Modbus 总线实时修正电子齿轮比是可靠可行的，提高了速度的跟踪精度。 总结： 本文介绍了环形铁心全自动生产线的系统控制原理及工艺要求。由速度检测造成的误差通过 Modbus 总线给于不断的实时补偿，从而提高了系统的速度跟踪精度。现场的使用表明了通过总线实时修改电子齿轮以提高速度的跟踪精度是可行的，有效的。

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