【正文】 控制 器 調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流指令信號(hào)，在電流環(huán)中經(jīng)矢量變化后，由 SPWM 輸出轉(zhuǎn)矩電流， 控制交流伺服電機(jī)的運(yùn)行。 但由于本系統(tǒng) 總共需要對(duì) 6 臺(tái)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，在優(yōu)先考慮高速脈沖模式的情況下，只能通過(guò) CPU226 集成的兩個(gè)高速脈沖口控制 2 臺(tái)伺服電機(jī)，其 余的四臺(tái)電機(jī)可以采用 EM253 模塊或者自由口通信兩種模式進(jìn)行控制 。 (2)伺服電機(jī)： 驅(qū)動(dòng)控制對(duì)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(dòng)機(jī)； (3)位置或速度的檢測(cè)器，一般用安裝在電機(jī)上的編碼器，進(jìn)行位置的檢測(cè)，本系統(tǒng)中的檢測(cè)器為安川伺服電動(dòng)機(jī)自帶的編碼器； (4)伺服驅(qū)動(dòng)器： 是指“指令”和“反饋”的“誤差信號(hào)”進(jìn)行補(bǔ)償處理，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器由處理“誤差信號(hào)”的“比較、控制放大器”和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的“功率放大器”構(gòu)成，本系統(tǒng)選用的是 與安川伺服電動(dòng)機(jī)配套的 SGMD 伺服驅(qū)動(dòng)器 ； (5)上位裝置：以 “位置”或“速度”為目標(biāo)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制的裝置，本系統(tǒng)以 西門(mén)子 PLC 作為上位裝置進(jìn)行控制。 S7200 系列 CPU 模塊的電源預(yù)算和擴(kuò)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(hào) 電流供應(yīng) ＋ 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(kuò)展模塊上的數(shù)字量輸入所消耗的電流 CPU 上及擴(kuò)展模塊上的數(shù)字量 電流需求 ＋ 5VDC +24VDC 每點(diǎn)輸入 4mA/每輸入 表 34 EM253 位控模塊輸入輸出所消耗的電流 擴(kuò)展模塊型號(hào) 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(gè) EM253 位置控制模塊 。 10) PLC 主機(jī)輸出口 控制潤(rùn)滑電磁閥。 2) PLC 主機(jī)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(jiǎn)要的說(shuō)明 ： (1) 輸入口。 S7200 系列 PLC 的存儲(chǔ)系統(tǒng)由 RAM 和 EEPROM 兩種類(lèi)型的存儲(chǔ)器構(gòu)成， CPU 模塊內(nèi)部配備了一定容量的 RAM 和 EEPROM。 2)豐富的內(nèi)置集成功能： 1)集成的 24V 負(fù)載電源，可直接連接到傳感器和變送器。 2 個(gè)模擬量電位器，最多可擴(kuò)展 35AI/AO點(diǎn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每個(gè) I/O 點(diǎn)及有關(guān)功能器件占用的內(nèi)存大致如下 所需存儲(chǔ)器容量 ： (KB)＝ (1～ )(DI10＋ DO8＋ AI/O100＋ CP300)/1024 ＝ (1～ )(1710＋ 148＋ 0＋ 1300)/1024 ＝ 其中： DI 為數(shù)字量輸入總點(diǎn)數(shù)； DO 為數(shù)字量輸出總點(diǎn)數(shù)； AI/AO 為模擬量I/O 通道總數(shù)； CP 為通信接口總數(shù)。 選型 PLC 的選型主要考慮以下三個(gè)方面： PLC 容量的選擇與確定、 PLC 外設(shè)的選擇與確定、 PLC 生產(chǎn)廠家的選擇與確定等。 (2)自動(dòng)運(yùn)行。上述氣缸的動(dòng)作均由相應(yīng)的電磁閥來(lái)控制 ；拉伸行程由接近開(kāi)關(guān)的安裝位置決定； 而各伺服電機(jī)均按位控控制模式工作， 電機(jī)的保護(hù) 可 在伺服系統(tǒng)及控制程序中設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)和命令 。 收料電機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī)。 堆疊升降臺(tái)把沖剪出來(lái)的產(chǎn)品按設(shè)定的個(gè)數(shù)堆疊起來(lái)，方便打包，在計(jì)數(shù)器達(dá)到設(shè)定計(jì)數(shù)值前，升降臺(tái)按照程序設(shè)置的行程動(dòng)作；達(dá)到 計(jì)數(shù)值時(shí)， 升降臺(tái)按另外設(shè)定的形成動(dòng)作，把堆疊好的產(chǎn)品推出。在 本系統(tǒng)中，通過(guò)電磁閥 啟停真空泵。 開(kāi)合模動(dòng)作由上下模兩臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) ，同樣需要控制伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度、方向及 動(dòng)作時(shí)間。 送片電機(jī)為安川伺服電機(jī)，其速度和方向均需設(shè)定參數(shù)，并通過(guò) PLC 來(lái)控制啟停。由此構(gòu)成整個(gè)全自動(dòng)的真空吸塑機(jī)控制系統(tǒng)， 即可實(shí)現(xiàn)所要求的控制目標(biāo)，又不影響生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量及系統(tǒng)的柔性，還可以盡量縮減系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本。在自動(dòng)真空吸塑機(jī)正常 情況下以自動(dòng)循環(huán)的方式運(yùn)行 ，工作結(jié)束后正常停機(jī)。這種運(yùn)行方式的特點(diǎn)是系統(tǒng)在啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中的某些步驟需要人工干預(yù)才能進(jìn)行下去。 (4)遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng)。單機(jī)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象往往是一臺(tái)機(jī)器或一條生產(chǎn)流水線，其控制是用一臺(tái) PLC 實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象控制的，這種系統(tǒng)對(duì) PLC 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)要求較少，對(duì)存儲(chǔ)器的容量要求較小，對(duì)控制系統(tǒng)的構(gòu)成簡(jiǎn)單明了?？偟膩?lái)說(shuō)，本設(shè)計(jì)都是圍繞上述幾大子模塊展開(kāi)的，各模塊的功能目標(biāo)如下： (1)PLC 順序控制系統(tǒng)。保證轉(zhuǎn)向和定位及速度控制準(zhǔn)確，尤其是對(duì)送片、成型開(kāi)合模等動(dòng)作要求精準(zhǔn)地控制電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，保持送片長(zhǎng)度，開(kāi)合模行程的恒定。 在控制器核心的選擇上有兩種方案：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制和PLC 控制；而人機(jī)界面的設(shè)計(jì) 也 有 兩 種方案可選擇， 液晶 +單片機(jī)、觸摸屏顯示。系統(tǒng)主要是面向基層的技術(shù)人員和一線技工，因此要求人機(jī)交互界面必須友好簡(jiǎn)潔，力求做到人性化操作。 (2)運(yùn)行保護(hù)功能。由于實(shí)驗(yàn)室所能提供的硬件 有限， 本系統(tǒng)在安裝調(diào)試時(shí) 搭建控制系統(tǒng)模型的時(shí)候只能 從簡(jiǎn)，演示部分功能。很可能會(huì)出現(xiàn)控制精度不準(zhǔn)確的情況，也造成了在某些位置無(wú)法判斷機(jī)械部件的確切位置或者導(dǎo)致機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)作，影響了生產(chǎn)效率的提高。 本設(shè)計(jì)的主要工作是 針對(duì) ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī)設(shè)計(jì)一套可靠的智能控制系統(tǒng)，對(duì)其各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)控制，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的具體條件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的成效。相比之下， 我國(guó)經(jīng)過(guò)多年的 努力 ，全國(guó)各地已經(jīng) 發(fā)展了不少自動(dòng)吸塑機(jī)生產(chǎn) 廠 商， 如 上海久羅機(jī)電設(shè)備有限公司 、深圳市恒隆機(jī)械設(shè)備有限公司、深圳市恒隆基機(jī)械設(shè)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(shè)計(jì)是 在 熱成型機(jī)動(dòng)作控制工藝的研究 的基礎(chǔ)上， 將 PLC、位置控制模塊、傳感 技術(shù)、 觸摸屏等先進(jìn)的控制手段和技術(shù)引入到熱成型機(jī)的控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了熱成型機(jī)的動(dòng)作順序控制、控制參數(shù)及工藝參數(shù)的數(shù)字化、 人機(jī)交互的人性化設(shè)計(jì)，使該機(jī)的功能和性能都得到質(zhì)的提高 。 Movement control。 這樣的系統(tǒng)存在 兩大 方面的不足： 1)整體運(yùn)行速度 和控制精度不高 ， 相比氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，采用電動(dòng) 驅(qū)動(dòng) 可以大大提高各運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)速度和控制精度 ； 2)整機(jī)柔性不理想， 由三相異步電動(dòng)機(jī)和減速器、行程開(kāi)關(guān)等構(gòu)成的控制系統(tǒng) 不能根據(jù)工藝參數(shù)和控制參數(shù)的改變來(lái)作出 靈活、精確 的調(diào)整，不利于 改進(jìn)生產(chǎn)工藝、 提高產(chǎn)品質(zhì)量 。在廠方提供的資料基礎(chǔ)上， 通過(guò) 多次到工廠現(xiàn)場(chǎng)參觀 吸塑機(jī)成品，與工廠的技術(shù)人員討論吸塑機(jī)的工作原理 和設(shè)計(jì)思想，詳細(xì)了解其工作過(guò)程，總結(jié)其中的細(xì)節(jié)問(wèn)題。 在完善上述設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上， 可 利用實(shí)驗(yàn)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(gè)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)， 以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的成效。 PLC 驅(qū)動(dòng)各伺服電機(jī)、單相異步電機(jī)和電磁閥等完成各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作 ，并將系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋到觸摸屏界面上，以便操作人員監(jiān)視熱成型機(jī)的工作過(guò)程。 (3)全中文的 人機(jī) 交互界面。系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)，便于檢修、維護(hù)。 在人機(jī)界面的設(shè)計(jì)上， 可從 以下 兩種 方案 進(jìn)行選擇 ： [2] 5 表 22 兩種人機(jī)界面設(shè)計(jì)方案的比較 方案 可靠性 可實(shí)現(xiàn)性 可維護(hù)性 經(jīng)濟(jì)性 觸摸屏 好 采用與觸摸屏配套的組態(tài)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，且內(nèi)置通信程序，相對(duì)容易實(shí)現(xiàn) 通過(guò)組態(tài)軟件可以簡(jiǎn)便的進(jìn)行模塊修改和維護(hù) 價(jià)格較高，但可選擇檔次適中的產(chǎn)品降低成本 單片機(jī) +液晶 一般 編程復(fù)雜，工作量大，較難實(shí)現(xiàn) 程序的修改工作量大，難度高，不利于及時(shí)地維護(hù) 價(jià)格便宜 同樣，根據(jù) 表 22 列出的四項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，選擇了觸摸屏顯示這種較為人性化的設(shè)計(jì)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(kāi)發(fā)和各種接口方案的實(shí)現(xiàn)。集中被控系統(tǒng)的被控對(duì)象通常是由數(shù)臺(tái)機(jī)器或數(shù)條流水線構(gòu)成，這種系統(tǒng)是用一臺(tái) PLC 控制多臺(tái)被控設(shè)備，每個(gè)被控對(duì)象與 PLC 的指定 I/O 相連接。 在本控制系統(tǒng)中， 被控對(duì)象是一條真空吸塑機(jī)， 主要實(shí)現(xiàn)其各機(jī)構(gòu)動(dòng)作的順序控制 ，對(duì) PLC 的輸入輸出點(diǎn)要求相對(duì)較少，對(duì)存儲(chǔ)器的容量要求不高，系 統(tǒng)的構(gòu)成單一，因此可以選用單機(jī)控制系統(tǒng)方案，而在 PLC 的選用放在仍需要進(jìn)一步根據(jù)實(shí)際需要來(lái)確定。 自動(dòng)運(yùn)行方式是控制系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)依據(jù) 在實(shí)際的工程應(yīng)用中， 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)必須根據(jù)控制對(duì)象而定，需要考慮的因素包括控制對(duì)象的工藝要求、控制功能、設(shè)備狀況及 I/O 點(diǎn)數(shù)，從而構(gòu)成比較先進(jìn)完善的控制系統(tǒng)。 (2) 送料。 在吸塑機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)前，需要把加熱箱移動(dòng)至鏈軌上方加熱片材，而加熱箱的進(jìn)退是由電磁閥控制氣缸來(lái)驅(qū)動(dòng)的。 合模之后進(jìn)行的下一個(gè)工序是拉伸。 (10)沖剪。撥臂電機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)，其啟停由接近開(kāi)關(guān)來(lái)控制，當(dāng)堆疊升降臺(tái)推出產(chǎn)品時(shí)， 觸發(fā)接近開(kāi)關(guān)啟動(dòng)撥臂電機(jī)，而電機(jī)的反轉(zhuǎn)和復(fù)位由另外的接近開(kāi)關(guān)來(lái)控制。 此外還有其他機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輔助功能，如在換不同材質(zhì)的片材進(jìn)行加10 工前，需要調(diào)整其片材寬度，片材夾緊氣缸的行程等 ，可通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。 本 設(shè)計(jì)主要依據(jù)控制功能來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的類(lèi)型、規(guī)模、機(jī)型、模塊、軟件等詳細(xì)設(shè)計(jì)。 經(jīng)過(guò)系統(tǒng)工藝要求、設(shè)備狀況和控制功能的分析，控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基本上形成了一個(gè)初步方案。 系統(tǒng)中的輸入輸出信號(hào)包括繼電器、 接觸 器、電磁閥、指示燈等，但主要以交流信號(hào)為主 ，直流信號(hào)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(jù)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(kuò)展的顯示單元。主要用于點(diǎn)數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。 4)具有 4～ 6 個(gè)高速計(jì)數(shù)器。 硬件電路設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 主要有 PLC 以及外圍線路的設(shè)計(jì)、電氣線路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)等。 3) 計(jì)數(shù)系統(tǒng)的光電開(kāi)關(guān)連至 PLC 主機(jī) 輸入口 。 16 5) PLC 主機(jī)輸出口 控制加熱箱 進(jìn)退驅(qū)動(dòng) 電磁閥。 PLC 主機(jī)及大容量的數(shù)字?jǐn)U展模塊本身都帶有 +24V 電源。 CPU226 自帶一個(gè) 24VDC 傳感器電源，它為本機(jī)輸入 點(diǎn)和擴(kuò)展模塊輸入點(diǎn)及擴(kuò)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(zhuǎn)編碼器來(lái)保證。下面分別就兩種位置控制模式舉例進(jìn)行具體設(shè)計(jì)過(guò)程的說(shuō)明。 這兩個(gè)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(yùn)行過(guò)程中，伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)真空吸塑機(jī)的工藝流程的基礎(chǔ)上理順各機(jī)構(gòu)動(dòng)作之間的關(guān)系 并確定 每個(gè)動(dòng)作在一個(gè)循環(huán)里所占用的時(shí)間 ，從而在程序中設(shè)定各種控制信號(hào)的讀入和送出 的時(shí)間 ； 其次， 根據(jù) PLC 獲取的來(lái)自行程開(kāi)關(guān)、編碼器等的位置控制信號(hào)， 適時(shí)地控制每臺(tái)電機(jī)的啟停，保證各機(jī)構(gòu)動(dòng)作準(zhǔn)確到位 ；通過(guò)設(shè)定各計(jì)時(shí)器延時(shí)的長(zhǎng)短、脈沖頻率等 參數(shù)來(lái)調(diào)整吸塑機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，適應(yīng)不同的生產(chǎn)需求。 因此，在編寫(xiě)程序時(shí)可采用并行型分支與匯合的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方法 ，在一個(gè)狀態(tài)完成后，同時(shí)驅(qū)動(dòng)數(shù)個(gè)分支的狀態(tài)，同時(shí)進(jìn)行多個(gè)程序的執(zhí)行。 成 型 子 過(guò) 程開(kāi) 始上 模 下 降 下 模 上 升延 時(shí) 時(shí) 間到 ？上 模 復(fù) 位Ｙ拉 伸拉 伸 到 位N真 空 成 型Y延 時(shí) 時(shí) 間到 ？夾 腳Y拉 伸 復(fù) 位 下 模 復(fù) 位結(jié) 束 圖 53 成型子程序流程圖 沖剪子程序設(shè)計(jì) 沖剪子 程序 只要求 控制 兩臺(tái)伺服電機(jī)的 同步 運(yùn)行，控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)伺服電機(jī)同步啟動(dòng)、同步到位及同步復(fù)位。25 其中， 主程序所調(diào)用的 三個(gè)子過(guò)程執(zhí)行的起始時(shí)間相同但結(jié)束時(shí)間不同，當(dāng)最后一個(gè)子過(guò)程執(zhí)行完畢才進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)， 各個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的判斷條件為執(zhí)行時(shí)間或位置信號(hào)輸入 （在流程控制功能模塊中進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置）。 24 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)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