【正文】 控制 器 調節(jié)后產生電流指令信號，在電流環(huán)中經矢量變化后，由 SPWM 輸出轉矩電流， 控制交流伺服電機的運行。 但由于本系統(tǒng) 總共需要對 6 臺伺服電機進行控制，在優(yōu)先考慮高速脈沖模式的情況下，只能通過 CPU226 集成的兩個高速脈沖口控制 2 臺伺服電機，其 余的四臺電機可以采用 EM253 模塊或者自由口通信兩種模式進行控制 。 (2)伺服電機： 驅動控制對象的代表性執(zhí)行裝置，在本系統(tǒng)中選用的是安川交流 伺服電動機； (3)位置或速度的檢測器，一般用安裝在電機上的編碼器，進行位置的檢測，本系統(tǒng)中的檢測器為安川伺服電動機自帶的編碼器； (4)伺服驅動器： 是指“指令”和“反饋”的“誤差信號”進行補償處理，驅動伺服電機的驅動器由處理“誤差信號”的“比較、控制放大器”和驅動電動機的“功率放大器”構成，本系統(tǒng)選用的是 與安川伺服電動機配套的 SGMD 伺服驅動器 ； (5)上位裝置：以 “位置”或“速度”為目標對伺服驅動器進行控制的裝置，本系統(tǒng)以 西門子 PLC 作為上位裝置進行控制。 S7200 系列 CPU 模塊的電源預算和擴展模塊的電源消耗分別如下列表格所示： [6] 表 32 S7200 系列 CPU 的供電能力 CPU 型號 電流供應 ＋ 5VDC +24VDC CPU221 0 mA 180mA CPU222 340 mA 180mA CPU224/224 XP 660 mA 280mA CPU226/226 XM 1000 mA 400mA 表 33 CPU 上及擴展模塊上的數字量輸入所消耗的電流 CPU 上及擴展模塊上的數字量 電流需求 ＋ 5VDC +24VDC 每點輸入 4mA/每輸入 表 34 EM253 位控模塊輸入輸出所消耗的電流 擴展模塊型號 電流需求 ＋ 5VDC +24VDC EM 253 6ES7 2531AA220XA0 190mA 130mA 本系統(tǒng)的配置包括以下模塊 ： 1)CPU 226 DC/DC/DC； 2)4 個 EM253 位置控制模塊 。 10) PLC 主機輸出口 控制潤滑電磁閥。 2) PLC 主機輸出口 控制送片方向， 口控制堆疊方向。下面就 PLC 控制部分硬件接線圖作簡要的說明 ： (1) 輸入口。 S7200 系列 PLC 的存儲系統(tǒng)由 RAM 和 EEPROM 兩種類型的存儲器構成， CPU 模塊內部配備了一定容量的 RAM 和 EEPROM。 2)豐富的內置集成功能： 1)集成的 24V 負載電源，可直接連接到傳感器和變送器。 2 個模擬量電位器，最多可擴展 35AI/AO點。根據經驗，每個 I/O 點及有關功能器件占用的內存大致如下 所需存儲器容量 ： (KB)＝ (1～ )(DI10＋ DO8＋ AI/O100＋ CP300)/1024 ＝ (1～ )(1710＋ 148＋ 0＋ 1300)/1024 ＝ 其中： DI 為數字量輸入總點數； DO 為數字量輸出總點數； AI/AO 為模擬量I/O 通道總數； CP 為通信接口總數。 選型 PLC 的選型主要考慮以下三個方面： PLC 容量的選擇與確定、 PLC 外設的選擇與確定、 PLC 生產廠家的選擇與確定等。 (2)自動運行。上述氣缸的動作均由相應的電磁閥來控制 ；拉伸行程由接近開關的安裝位置決定； 而各伺服電機均按位控控制模式工作， 電機的保護 可 在伺服系統(tǒng)及控制程序中設定相應的參數和命令 。 收料電機為三相異步電動機。 堆疊升降臺把沖剪出來的產品按設定的個數堆疊起來，方便打包，在計數器達到設定計數值前，升降臺按照程序設置的行程動作；達到 計數值時， 升降臺按另外設定的形成動作，把堆疊好的產品推出。在 本系統(tǒng)中，通過電磁閥 啟停真空泵。 開合模動作由上下模兩臺伺服電機驅動 ，同樣需要控制伺服電機的運動速度、方向及 動作時間。 送片電機為安川伺服電機，其速度和方向均需設定參數，并通過 PLC 來控制啟停。由此構成整個全自動的真空吸塑機控制系統(tǒng)， 即可實現(xiàn)所要求的控制目標，又不影響生產效率、生產質量及系統(tǒng)的柔性，還可以盡量縮減系統(tǒng)的開發(fā)成本。在自動真空吸塑機正常 情況下以自動循環(huán)的方式運行 ，工作結束后正常停機。這種運行方式的特點是系統(tǒng)在啟動和運行過程中的某些步驟需要人工干預才能進行下去。 (4)遠程 I/O 控制系統(tǒng)。單機控制系統(tǒng)的被控對象往往是一臺機器或一條生產流水線，其控制是用一臺 PLC 實現(xiàn)被控對象控制的，這種系統(tǒng)對 PLC 的輸入輸出點數要求較少，對存儲器的容量要求較小，對控制系統(tǒng)的構成簡單明了。總的來說，本設計都是圍繞上述幾大子模塊展開的，各模塊的功能目標如下： (1)PLC 順序控制系統(tǒng)。保證轉向和定位及速度控制準確，尤其是對送片、成型開合模等動作要求精準地控制電機轉數，保持送片長度，開合模行程的恒定。 在控制器核心的選擇上有兩種方案：單片機控制和PLC 控制；而人機界面的設計 也 有 兩 種方案可選擇， 液晶 +單片機、觸摸屏顯示。系統(tǒng)主要是面向基層的技術人員和一線技工，因此要求人機交互界面必須友好簡潔，力求做到人性化操作。 (2)運行保護功能。由于實驗室所能提供的硬件 有限， 本系統(tǒng)在安裝調試時 搭建控制系統(tǒng)模型的時候只能 從簡，演示部分功能。很可能會出現(xiàn)控制精度不準確的情況，也造成了在某些位置無法判斷機械部件的確切位置或者導致機構的誤動作，影響了生產效率的提高。 本設計的主要工作是 針對 ZXSJ 型全自動真空吸塑機設計一套可靠的智能控制系統(tǒng)，對其各機構的運動進行自動控制，并結合實驗室的具體條件進行仿真實驗，檢驗設計的成效。相比之下， 我國經過多年的 努力 ，全國各地已經 發(fā)展了不少自動吸塑機生產 廠 商， 如 上海久羅機電設備有限公司 、深圳市恒隆機械設備有限公司、深圳市恒隆基機械設備有限公司 等 。 The software design was made up of program disign and interface design. The disign of the control system has fullfilled the requirements of ZXSJ automatic vacuum plasticabsorbing machine. The hardware design is simple, practical. Moreover, the system has frendly easytouse interface and advanced control technology. As a result, it can apply to ordinary users and accord with the principle of human design. Keywords: Thermoforming Machine。 本 設計是 在 熱成型機動作控制工藝的研究 的基礎上， 將 PLC、位置控制模塊、傳感 技術、 觸摸屏等先進的控制手段和技術引入到熱成型機的控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)了熱成型機的動作順序控制、控制參數及工藝參數的數字化、 人機交互的人性化設計，使該機的功能和性能都得到質的提高 。 Movement control。 這樣的系統(tǒng)存在 兩大 方面的不足： 1)整體運行速度 和控制精度不高 ， 相比氣動驅動方式，采用電動 驅動 可以大大提高各運動部件的運動速度和控制精度 ； 2)整機柔性不理想， 由三相異步電動機和減速器、行程開關等構成的控制系統(tǒng) 不能根據工藝參數和控制參數的改變來作出 靈活、精確 的調整，不利于 改進生產工藝、 提高產品質量 。在廠方提供的資料基礎上， 通過 多次到工廠現(xiàn)場參觀 吸塑機成品，與工廠的技術人員討論吸塑機的工作原理 和設計思想，詳細了解其工作過程，總結其中的細節(jié)問題。 在完善上述設計的基礎上， 可 利用實驗室現(xiàn)有的條件 如 PLC、觸摸屏、電源模塊、指示燈等搭建了一個簡單的控制系統(tǒng)進行仿真實驗， 以驗證設計的成效。 PLC 驅動各伺服電機、單相異步電機和電磁閥等完成各機構的動作 ，并將系統(tǒng)的運行狀態(tài)實時反饋到觸摸屏界面上，以便操作人員監(jiān)視熱成型機的工作過程。 (3)全中文的 人機 交互界面。系統(tǒng)應采用模塊化設計，便于檢修、維護。 在人機界面的設計上， 可從 以下 兩種 方案 進行選擇 ： [2] 5 表 22 兩種人機界面設計方案的比較 方案 可靠性 可實現(xiàn)性 可維護性 經濟性 觸摸屏 好 采用與觸摸屏配套的組態(tài)軟件進行開發(fā)，且內置通信程序，相對容易實現(xiàn) 通過組態(tài)軟件可以簡便的進行模塊修改和維護 價格較高，但可選擇檔次適中的產品降低成本 單片機 +液晶 一般 編程復雜，工作量大，較難實現(xiàn) 程序的修改工作量大，難度高，不利于及時地維護 價格便宜 同樣，根據 表 22 列出的四項指標進行綜合分析，選擇了觸摸屏顯示這種較為人性化的設計方案。 (3)氣缸。為控制系統(tǒng)和外界交換信息提供通道，主要包括觸摸屏界面的開發(fā)和各種接口方案的實現(xiàn)。集中被控系統(tǒng)的被控對象通常是由數臺機器或數條流水線構成，這種系統(tǒng)是用一臺 PLC 控制多臺被控設備，每個被控對象與 PLC 的指定 I/O 相連接。 在本控制系統(tǒng)中， 被控對象是一條真空吸塑機， 主要實現(xiàn)其各機構動作的順序控制 ，對 PLC 的輸入輸出點要求相對較少，對存儲器的容量要求不高，系 統(tǒng)的構成單一，因此可以選用單機控制系統(tǒng)方案，而在 PLC 的選用放在仍需要進一步根據實際需要來確定。 自動運行方式是控制系統(tǒng)的主要運行方式。 系統(tǒng)硬件設計依據 在實際的工程應用中， 系統(tǒng)硬件設計必須根據控制對象而定，需要考慮的因素包括控制對象的工藝要求、控制功能、設備狀況及 I/O 點數，從而構成比較先進完善的控制系統(tǒng)。 (2) 送料。 在吸塑機進入工作狀態(tài)前，需要把加熱箱移動至鏈軌上方加熱片材，而加熱箱的進退是由電磁閥控制氣缸來驅動的。 合模之后進行的下一個工序是拉伸。 (10)沖剪。撥臂電機單相異步電動機，其啟停由接近開關來控制，當堆疊升降臺推出產品時， 觸發(fā)接近開關啟動撥臂電機，而電機的反轉和復位由另外的接近開關來控制。 此外還有其他機構實現(xiàn)輔助功能，如在換不同材質的片材進行加10 工前，需要調整其片材寬度，片材夾緊氣缸的行程等 ，可通過硬件來實現(xiàn)。 本 設計主要依據控制功能來進行系統(tǒng)的類型、規(guī)模、機型、模塊、軟件等詳細設計。 經過系統(tǒng)工藝要求、設備狀況和控制功能的分析，控制系統(tǒng)硬件設計基本上形成了一個初步方案。 系統(tǒng)中的輸入輸出信號包括繼電器、 接觸 器、電磁閥、指示燈等，但主要以交流信號為主 ，直流信號為輔。 在顯示單元的選擇上，采用的是觸摸屏的顯示方案，根據廠方的使用慣例，在本系統(tǒng)中選用威綸 MT6100i 觸摸屏作為系統(tǒng)擴展的顯示單元。主要用于點數較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。 4)具有 4～ 6 個高速計數器。 硬件電路設計 PLC 控制系統(tǒng)的硬件電路設計 主要有 PLC 以及外圍線路的設計、電氣線路的設計和系統(tǒng)抗干擾設計等。 3) 計數系統(tǒng)的光電開關連至 PLC 主機 輸入口 。 16 5) PLC 主機輸出口 控制加熱箱 進退驅動 電磁閥。 PLC 主機及大容量的數字擴展模塊本身都帶有 +24V 電源。 CPU226 自帶一個 24VDC 傳感器電源，它為本機輸入 點和擴展模塊輸入點及擴展模塊繼電器線圈提供 24VDC。 交流伺服系統(tǒng)的控制精度由旋轉編碼器來保證。下面分別就兩種位置控制模式舉例進行具體設計過程的說明。 這兩個脈沖輸出口的最大脈沖輸出頻率為100KHz。 [8]EM253 位置控制原理圖如44 所示： 如圖 44 所示， 在運行過程中，伺服驅動器同樣需要定義在脈沖 +方向的工作模式下。首先， 在深入研究 ZXSJ 型全自動真空吸塑機的工藝流程的基礎上理順各機構動作之間的關系 并確定 每個動作在一個循環(huán)里所占用的時間 ，從而在程序中設定各種控制信號的讀入和送出 的時間 ； 其次， 根據 PLC 獲取的來自行程開關、編碼器等的位置控制信號， 適時地控制每臺電機的啟停，保證各機構動作準確到位 ；通過設定各計時器延時的長短、脈沖頻率等 參數來調整吸塑機的運行狀態(tài)，適應不同的生產需求。 因此，在編寫程序時可采用并行型分支與匯合的狀態(tài)轉移方法 ，在一個狀態(tài)完成后，同時驅動數個分支的狀態(tài)，同時進行多個程序的執(zhí)行。 成 型 子 過 程開 始上 模 下 降 下 模 上 升延 時 時 間到 ？上 模 復 位Ｙ拉 伸拉 伸 到 位N真 空 成 型Y延 時 時 間到 ？夾 腳Y拉 伸 復 位 下 模 復 位結 束 圖 53 成型子程序流程圖 沖剪子程序設計 沖剪子 程序 只要求 控制 兩臺伺服電機的 同步 運行，控制目標實現(xiàn)兩臺伺服電機同步啟動、同步到位及同步復位。25 其中， 主程序所調用的 三個子過程執(zhí)行的起始時間相同但結束時間不同，當最后一個子過程執(zhí)行完畢才進入下一個循環(huán)， 各個狀態(tài)轉移的判斷條件為執(zhí)行時間或位置信號輸入 （在流程控制功能模塊中進行相應的設置）。 24 軟件結構設計 根據圖 31 所示的系統(tǒng)控制流程， 可以將軟件劃分為幾大模塊，包括 主程序