【正文】 1~15KHz調(diào)整；內(nèi)建 PID 回授控制，簡易定位功能；睡眠 /喚醒功能和零速 Holding 功能；省能源，有自動穩(wěn)壓功能 [18]。 7 系統(tǒng)中的 VFD22M43B 變頻器的使用 V/f開環(huán)控制，但通過光電編碼器采集電機的實際轉(zhuǎn)速值。變頻器通過 RS485 口接收 PLC 的“控制字”命令和轉(zhuǎn)速設定值，或向 PLC 發(fā)送“狀態(tài)字”和轉(zhuǎn)速實際值。 步進電機及其驅(qū)動器選擇 步進電機 具有 慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。 步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定， 步進電機的型號便確定下來了。 (1)步距角的選擇 電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有 度 / 度（五相電機）、 度 / 度（二、四相電機）、 度 /3 度 （三相電機）等。 (2)靜力矩的選擇 步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦 負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的 23 倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸） 。 (3)電流的選擇 靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓） 綜上所述選擇電機一般應遵循以下步驟： 8 圖 23 步進電機選擇步驟 步進電機在糖果包裝機系統(tǒng)中用于糖果包裝紙的精確定位，當糖果包裝紙位置不合適時，色標 傳感器發(fā)出信號， PLC 根據(jù)信號發(fā)出脈沖給步進電機驅(qū)動器對包裝紙進行色標補償，驅(qū)動步進電機前后拖動，不斷調(diào)整包裝紙的位置，保證糖果包裝的質(zhì)量。 糖果包裝機步進電機保持轉(zhuǎn)矩為 12Nm? ，系統(tǒng)中選用深圳步進電機公司兩相步進電機 110 系列中的 2S110Q03999 型步進電機，使用 2H1080 型步進電機驅(qū)動器對其進行驅(qū)動。該型電動機的基本技術數(shù)據(jù)如表 22 所示。 表 22 2S110Q03999 型步進電機基本技術參數(shù) 整步步距角（度） 靜態(tài)相電流（ A） 相電阻 （ ? ） 相電感 （ mH） 保持轉(zhuǎn)矩（ Nm? ） 阻尼扭矩（ Nm? ） 最大軸向負載（ N） 最大徑向負載（ N） 60 220 2H1080 型步進電機驅(qū)動器是兩相雙極整半步型步進電機驅(qū)動器。其供電電壓最大可達交流 100V，提供電機更好的高速驅(qū)動性能；采用雙極性恒流驅(qū)動方式，最大驅(qū)動電流可達每相 ，可驅(qū)動相電流小于 的任何兩相雙極型混合式步進電機；對于電機的驅(qū)動輸出相電流可通過 DIP 開關調(diào)整，以配合不同規(guī)格的電機；具有 DIP 開關可設定電機靜態(tài)鎖緊狀態(tài)下的自動半流功能，可以大大降低電機的發(fā)熱；采用專用驅(qū)動控制芯片，可通過 DIP 開關設定整步或半步的驅(qū)動控制方式，適合高速大力矩的應用需求；具有脫機功能，可以在必要時關閉給電機的輸出電流；控制信號的輸入電路采用光耦器件隔離，降低外部電氣噪聲干擾的影響。 2H1080 型步進電機驅(qū)動器規(guī)格參數(shù)如表 23 所示。其接線方法如圖 24 所示 表 23 2H1080 步進電機驅(qū)動器規(guī)格參數(shù) 說明 最小值 典型值 最大值 單位 供電電壓 60 90 100 V(AC) 輸出相電流 A 控制信號輸入電流 6 20 mA 9 圖 24 H1080 驅(qū)動器典型接線圖 傳感器選擇 傳感器分為 NPN 和 PNP 型。 NPN 與 PNP 傳感器的區(qū)別 ： 常用的傳感器可分為 4 個分類，即 NPNNO、 NPNNC、 PNPNO 與 PNPNC。 NPN 是指當有觸發(fā)信號時，信號輸出線動作于 L+這條高電平的電源線。對于 NO 型，在沒有觸發(fā)信號時，輸出線是懸空的；有觸發(fā)時則發(fā)出與 L+電源線相同的電平（實際是這兩條線連通了）。對于 NC 型，在沒有觸發(fā)信號時，信號輸出 線與 L+電源線是連通的（同電平）；當有觸發(fā)信號后，輸出線就懸空了（相當于與 L+電源線斷開了）。對于 PNP 型傳感器來說，信號輸出線是作用于 L這條低電平的電源線的，其中 NO 和 NC 型 的原理是與上面說的一樣。 系統(tǒng)中 PLC s/s 端接 +24V，故選擇 NPN 型傳感器。糖果包裝機中，共需要 3個傳感器：一個色標傳感器、一個光電開關、一個行程開關。 光電開關傳感器位于糖果包裝機的入口處，當有糖果到來時，發(fā)出信號，并傳送給 PLC， PLC 控制位于傳感器附近的推糖電磁閥吸合，推糖機構向下運動，將糖果推入糖果托盤。當糖果進入糖果 托盤三個周期后， PLC 發(fā)出指令，吸合控制糖果包裝紙運動的送紙電磁閥，開始送包裝紙進行糖果包裝。 接近開關傳感器位于傳送帶入口處，用于檢測糖果是否合格。當糖果超過設定高度時，到達行程開關位置，行程開關發(fā)出信號給 PLC， PLC 發(fā)出急停信號，整個系統(tǒng)停機，等待操作工人將不合格糖果剔除或技術維修人員進行維修。 10 第三章 糖果包裝機各功能模塊設計 糖果包裝機用三相異步電機驅(qū)動，由變頻器供電，轉(zhuǎn)速通過變頻調(diào)速實現(xiàn)。步進電機用于調(diào)整包裝紙的位置。 Y06 型糖果包裝機控制系統(tǒng)主要有推糖機構控制、糖果檢測、糖果包裝與糖果包裝 紙同步控制等。各加工工位的動作是由三相異步電機通過齒輪機構帶動機械結構來實現(xiàn)的。 供電模塊設計 圖 31 糖果包裝機控制系統(tǒng)供電模塊電氣原理圖 糖果包裝機系統(tǒng)中，設備多，工作電壓也不盡相同。三相異步電機工作電壓為 380V AC， PLC 的工作電壓為 220V AC，人機界面等的工作電壓為 24V DC，步進電機驅(qū)動器的工作為 90V AC。 如圖 31 所示。源由滑線引入電氣柜中，經(jīng)過熔斷器后，再經(jīng)由總進線空氣斷電器 QS 后供給系統(tǒng)的控制回路及主電機電路部分。變頻器使用 380V 交流電壓以供驅(qū)動三相異步主機工 作，故直接將三相電源經(jīng)繼電器送入變頻器。 三相電源的線電壓為 380V，相電壓為 220V，因此系統(tǒng)取三相中的 A 相 相電壓提供 220V 交 流電壓， A 相經(jīng)過交流穩(wěn)壓器后提供給環(huán)形變壓器和開關電源等設備。環(huán)形變壓器 T2 的作用是將 220V AC 變?yōu)?90V AC 供步進電機驅(qū)動器工作。 開關電源為系統(tǒng)提供 24V DC 電壓，為人機界面提供工作電壓， PLC 的輸入、輸出點提供基準電壓。 11 主電路及各分電路均有帶有預防過流過載功能的斷電器保護裝置，確保在系統(tǒng)過載時能及時與三相電源斷開，防止設備長期處于過流或過載狀態(tài)時危及設備安全。 220V 交流在送入設備之前先通過了穩(wěn)壓設備，防止電壓出現(xiàn)大幅波動時，對設備造成危害，提高了系統(tǒng)的可靠。 所有設備均通過 PE 線進行接地保護。接地技術可以減小線纜等因素對設備造成的電磁干擾，提高控制的精度，保護系統(tǒng)安全性，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。 執(zhí)行主電機模塊設計 圖 32 主電機控制電氣原理圖 糖果包裝機控制系統(tǒng)中，各機械部分的驅(qū)動是由一臺三相異步電機提供的。三相異步電機的具體參數(shù)見表 21。如圖 32 所示電機的控制電氣原理圖。 三相電源分別通過線路 1 1 13 接入變頻器的 R、 S、 T 端子為變頻器 及主電機提供工作電源。正常工作時，變頻器通過 RS485 口與 PLC 通信取得電機工作頻率，驅(qū)動電機在相應頻率在工作。過流和過載時，主電機持續(xù)發(fā)熱，熱繼電器斷開，主電機與電源被切斷，立即停止工作。急停時， PLC 發(fā)出急停控制信號，其對應變頻器繼電器被斷開，主電機停止動作，等待維修人員進行故障排除。 為了保證在系統(tǒng)故障時，能及時對電機進行剎車、制動。所謂制動，是指電能從電機側流到變頻器側（或供電電源側），此時電機轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速。常用 12 的制動方法是在變頻器側安裝制動電阻，將制動產(chǎn)生的能耗以熱量的形式消耗掉。 為了保證 在系統(tǒng)故障時，能及時對電機進行剎車制動，根據(jù)臺達變頻器技術手冊選用了 300W 70? 的 BR300W070 型制動電阻，其具體參數(shù)如表 31 所示。 主電機在啟動之前，應斷開不必要的負載，確保主電機輕載啟動。按下啟動按鈕后，電機在變頻器的控制下，逐步提高速度，實現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)。若機器出現(xiàn)故障，立即切斷電源，并且進行機械制動，確保機器的安全。 表 31 中 ED%代表電阻值瓦特數(shù)及使用的頻率。 表 31 臺達變頻器剎車電阻選用參數(shù) 電壓 適用馬達 全載輸出轉(zhuǎn)矩 KGM 應用 電阻規(guī)格 制動單元 制動電阻料號 用量 制動轉(zhuǎn)矩10%ED% 最小電阻值 hP kW 型式VFDB 用 量 230V 3 300W 70? BR300W070 1 125 35? 為了保證主電機轉(zhuǎn)速的精度，系統(tǒng)中使用了光電編碼器采集實際轉(zhuǎn)速值，并將其傳送給 PLC，再由 PLC 與變頻器進行通訊不斷的進行修正。 包裝紙同步控制模塊設計 包裝紙的傳送在糖果包裝中相當重要，傳送過 快或過慢均會造成包裝紙位置不合適，影響產(chǎn)品包裝質(zhì)量。在 Y06 型糖果包裝機中，糖果包裝紙動作是由三相異步電機帶動相應的機械結構來完成的。在包裝紙傳送系統(tǒng)中加入了一臺步進電機和 SICK KT3 WN1116 型（ NPN）色標傳感器，與 PLC 聯(lián)動，構成一個閉環(huán)系統(tǒng)，實行色標補償。當色標探測到包裝紙位置不正確時， PLC 會向步進電機驅(qū)動器發(fā)送脈沖，驅(qū)動步進電機對其位置進行調(diào)整，從而保證包裝的質(zhì)量。步進電機及其驅(qū)動器電氣原理圖如圖 33 所示。 13 圖 33 步進電機及其驅(qū)動器電氣原理圖 步進電機驅(qū)動器 2H1080 的工作電 壓由變壓器 T2 提供。圖 FG 為接地保護，直接接到 PE。 PLS 口接 PLC 高速脈沖輸出口 Y0， DIR 口接 Y1， FREE 接 PLC的 Y2 口。當糖果包裝紙位置不合適時， PLC 會通過 Y0 口發(fā)出高速脈沖，驅(qū)動步進電機前后運動，對包裝紙位置做調(diào)整。 14 圖 34 Y06型糖果包裝機控制系統(tǒng)電氣原理圖 15 第四章 糖果包裝機主要控制系統(tǒng)的 PLC 程序設計 糖果包裝機的控制系統(tǒng)設計簡述 PLC 即可編程控制器 （ Programmable logic Controller） ，是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國際電工委員會頒布的 PLC 標準草案中對 PLC 做了如下定義： “ PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置 。采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出 ?！? 根據(jù)國際電工委員會制定的工業(yè)控制編程語言標準。 PLC 的編程語言包括以下五種：梯形圖語言、指令表語言、功能模塊圖語言、順序功能流程圖語言及結構化文本語言。 PLC 的特點 有 可靠性高 、 抗干擾能力強配套齊全 、 功能完善 、 適用性強易學易用 、 深受工 程技術人員歡迎系統(tǒng)的設計、建造工作量小 、 維護方便 、 容易改造 、能耗低 等 CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC 至少有一個 CPU，它按PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。 糖果包裝機由 PLC 進行控制，因此，其系統(tǒng)軟件的設計實際上就是 PLC 軟件的設計，本次設計使用的軟件為 WPLSoft。 WPLSoft 為臺達電子 可編程序控制器 DVP 系列在 WINDOWS 操作系統(tǒng)環(huán)境下所使用之程序編程軟件。WPLSoft 除了一般 PLC 程序的規(guī)劃及 WINDOWS 的一般編輯功能（例如：剪切、粘貼、復制、多窗口??）外，另提供多種中 /英文批注編輯及其它便利功能（例如：寄存器編輯、設定、文件讀取、存盤及各接點圖標監(jiān)測與設定等等 ? ）。 DVP系列的 PLC 編程語言有三種： 梯形圖、指令表 、順序功能流程圖語言，其它編程語言作為可選軟件包使用。通過 WPLSoft 在 WINDOWS 環(huán)境下對系統(tǒng)進行配置、程序編制、調(diào)試和監(jiān)視，用戶界面方便友好。 16 41 糖果包裝機控制系統(tǒng)程序總體流程圖 17 主電機的 PLC 控制指令語句表 LDP X4 AND X6 ANI X12 ANI X1