【文章內(nèi)容簡介】 用于連接開關(guān)或 2線接近開關(guān) (BERO)。數(shù)據(jù)采集部分與背板總線通過光電耦合器隔離。模塊的每個(gè)輸出點(diǎn)有一個(gè)綠色發(fā)光二極管 LED 顯示輸入狀態(tài)。輸入開關(guān)閉合即有輸入電壓 14 時(shí)， LED 亮。 32 位數(shù)字輸出模塊 SM322D032*24DC／ 0． 5A 數(shù)字輸出模塊將 s7— 300的內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)化為控制過程所需的外部信號(hào)電平。按負(fù)載回路使用的電源不同分為：直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊。 SM322： D03224DC／ 0． 5A 屬于晶體管輸出方式的模塊，只能帶直流負(fù)載： 32 個(gè)輸出點(diǎn)，分 成 8組； 0． 5A 的輸出電流；該模塊輸出具有短路保護(hù)功能，適用于連接電磁閥、接觸器、小功率電機(jī)燈和電機(jī)啟動(dòng)器。 8 路 12 位分辨率模擬量輸入模塊 SM331 SM331： A18*12Bit是 8 通道的模擬量輸入模塊，在系統(tǒng)中用于輸入主傳動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速、放卷機(jī)轉(zhuǎn)速、放卷輥直徑等的測量值。模塊主要是由 A／ D轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。 A／ D轉(zhuǎn)換部件是模塊的核心，其轉(zhuǎn)換原理采用積分方法。積分式 A／ D轉(zhuǎn)換的積分時(shí)間直接影響到 A／ D轉(zhuǎn)換時(shí)間和 A／ D轉(zhuǎn)換精度。積分時(shí)間越長，被測值的精度 越高。 SM331 可選的積分時(shí)間有： 25ms， 167ms， 20ms和 lOOms。在我國為了抑制工頻及諧波干擾，一般選用 20ms的積分時(shí)間，相應(yīng)精度為 12 位。 S7— 300 的 CPU用 16 位的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示模擬量的值，其中最高位為符號(hào)位，? 0’表示正值，“ 1”表示負(fù)值。 S7300 模擬輸入模塊的輸入測量值范圍很寬，可直接輸入電壓、電流、電阻、熱電偶等信號(hào)。它用于不帶附加放大器的模擬執(zhí)行元件和傳感器，可以將擴(kuò)展過程中的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為 S7— 300 內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)。 SM331 的 8個(gè)模擬量輸入通道共用一個(gè)積分式 A／ D轉(zhuǎn)換部件。即通過模擬切換開關(guān)，各個(gè)輸入通道按順序一個(gè)接一個(gè)轉(zhuǎn)換。某一通道從開始轉(zhuǎn)換模擬量輸入值起，一直持續(xù)到再次開始轉(zhuǎn)換的時(shí)間稱為輸入模塊的循環(huán)時(shí)間。循環(huán)時(shí)間是對(duì)外部模擬信號(hào)的采樣間隔。對(duì)于一個(gè)積分時(shí)間設(shè)定為 20ms， 8 個(gè)輸入通道都接有外部信號(hào)且都需斷線監(jiān)視的 SM331，其循環(huán)時(shí)間為 (22+10． 8=256ms。 SM331 的每兩個(gè)輸入通道構(gòu)成一個(gè)輸入通道組，可以按通道組任意選擇測量方法和測量范圍。模塊上需接 24VDC 的負(fù)載電壓 L+，有反接保護(hù)功能。模塊與 S7300CPU及負(fù)載電壓之間是光電隔離的。另外 ，為了使模擬量輸入模塊獲得最佳的抗 15 干擾性能，可以將不使用的通道與 M短接。 電源模塊 PS307(5A)及其容量計(jì)算， PS307電源模塊的輸入接單相交流，輸入電壓為 120／ 230V、 50／ 60HZ；輸出電壓 24VDC，輸出電流 5A；在輸入和輸出之間有可靠的隔離。電源輸出指示器用一個(gè) LED 指示 24 伏直流輸出。如果正常輸出額定電壓 24V，則綠色 LED 點(diǎn)亮；如輸出電路過載，則LED 閃爍；輸出電流長期在 5A到 7A之間時(shí)，輸出電出短路，則輸出電壓為 0V， LED 變暗，在短路消失后電壓自動(dòng)恢復(fù)。 在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中， 接地是抑制干擾使系統(tǒng)可靠工作的主要辦法。如能把接地和屏蔽正確結(jié)合起來使用，可以解決大部分干擾問題。在確定所有的模塊并組建 S7300 系統(tǒng)時(shí)要選擇合適的電源模塊。其選擇準(zhǔn)則是電源模塊的輸出功率必須大于 CPU模塊與所有 I／ O 模塊之和，并且要有 30％左右的余量。故在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)中主要的傳感器以開關(guān)量提供給PLC，作為操作決策的依據(jù)，這些開關(guān)輸入量有： 1． 上位機(jī)啟動(dòng)信號(hào)： 2． 色標(biāo)信號(hào) 3． 產(chǎn)品供送信號(hào) 4． 紙片上行程開關(guān) 5． 紙球上行程開關(guān) 6． 工藝盤到達(dá) 3工位的行程開關(guān) 7． 送料機(jī)、皮帶、推紙機(jī)的自動(dòng)停用和工作信號(hào) 8． 皮帶、電磁閥等的電源信號(hào)等 PLC 的控制輸出大多是一些開關(guān)輸出信號(hào)，如送料機(jī)、工藝盤電機(jī)，皮帶的啟動(dòng)等，這些信號(hào)經(jīng)功率放大驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 2． 5本章小結(jié) 本章分析了卷紙包裝機(jī)工藝流程和包裝各動(dòng)作的時(shí)序及包裝機(jī)速度的影響因素及提高方法，設(shè)計(jì)了包裝機(jī)控制系統(tǒng)的控制方案、運(yùn)行方式及硬件的選擇和組態(tài)，并詳細(xì)介紹了組態(tài)的各模塊。 16 ，由專用的變頻器電源供電，轉(zhuǎn)速通過變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)。另外幾臺(tái)小功率輔助電機(jī)分別用 于驅(qū)動(dòng)開卷機(jī)構(gòu)，切紙機(jī)構(gòu)，送料機(jī)構(gòu)，插紙板，夾鉗機(jī)械手等。對(duì)于該包裝機(jī)的控制系統(tǒng)，主要有原包裝紙放料過程中的張力控制，送料過程中的同步控制，包裝過程控制等。工藝盤的轉(zhuǎn)動(dòng)是由三相異步電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)的，各加工工位的動(dòng)作是通過順序邏輯控制電磁閥，以壓縮空氣、氮?dú)馔苿?dòng)氣缸，從而帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。 17 3． 1 供電線路 如圖 3— 1所示，三相電源由滑線引入電氣柜中，經(jīng)由一個(gè)總進(jìn)線空氣開關(guān) (OS1)后供給系統(tǒng)的控制回路及電機(jī)主電路部分。其控制部分則用一個(gè)1KW的變壓器 (TC2)將 380V 的電壓變?yōu)?220V，并且在輸出側(cè)分成五路，分別提供給工控機(jī)、 PLC、 PLC 輸入回路、 PLC 輸出回路和繼電器回路。這樣便于將故障分散，并且有利于調(diào)試和檢修。在 QS1 前引出的一路電源是為了給空調(diào)器和照明燈供電用，因?yàn)樗鼈儗儆诟綄僭O(shè)備，與控制無關(guān)所以從 QSl之前引出，以便在檢修時(shí)也不影響其正常使用。 1．主電機(jī)的啟動(dòng)控制 主電機(jī)啟動(dòng)前，主操縱離合器應(yīng)處于拉開狀態(tài)，確保主電機(jī)輕載啟動(dòng)。若所有的檢測和控制條件均有效，則按下啟動(dòng)按鈕可使主電機(jī)輕載低速啟動(dòng)，并在一定時(shí)間延遲后自動(dòng)控制變頻器的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。若機(jī)器出現(xiàn)故障，則應(yīng)立即切 斷電源，并且進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，確保機(jī)器的安全。 2．變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)控制 變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)控制主要有運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)、速度自動(dòng)設(shè)定、故障報(bào)警停機(jī)故障提示和解除故障狀態(tài)。 3．送卷紙電機(jī)的控制 18 在主電機(jī)啟動(dòng)后，送紙電機(jī)應(yīng)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，保證下紙道中有充足的卷紙供推紙板使用，并且要求在 JS3 傳感器 (檢測推紙板是推還是退 )的控制下有高低速自動(dòng)切換功能。當(dāng)主機(jī)停下來時(shí)，送卷紙電機(jī)不應(yīng)馬上停止，必須經(jīng)過～段延時(shí)后再停，否則將會(huì)出現(xiàn)下紙道短時(shí)缺紙或紙道堵塞的現(xiàn)象，影響主電機(jī)的再次啟動(dòng)。 3． 2 主要控制功能模塊的設(shè)計(jì) 料工位 1 要達(dá)到高速包裝，紙片和紙球需要快速地送到 1工位，因此就必須考慮電機(jī)的速度響應(yīng)性。步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速 (一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn) )需要 200～ 400 毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下 MSMA400w交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速 3000RPM 僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。因此我們選用交流伺服電機(jī)作為裝料機(jī)構(gòu)的執(zhí)行電機(jī)。在這個(gè)工位上，推紙空心臺(tái)推動(dòng)已切好的包裝紙片，托盤推桿推動(dòng)紙球同時(shí)以相同的速度前進(jìn)，當(dāng)壓到紙片到位行程開關(guān)時(shí)，推紙空心板停止，當(dāng)壓到托盤到位行程開 關(guān)時(shí)，托盤停止。卷紙和包裝紙已進(jìn)入該工位，電機(jī)帶動(dòng)工藝盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)插紙板向前運(yùn)動(dòng)，托盤推桿和推紙空心臺(tái)退回原位。包裝紙推紙空心臺(tái)和 卷紙托盤推桿要 自動(dòng)往返于工藝盤和地面之間以完成送料動(dòng)作，其控制線路如圖 3— 2所示。 為了在正式工作前調(diào)整推紙空心臺(tái)和卷紙托盤推桿的位置，本線路設(shè)有操作選擇控制，由按鈕 SB2 和中間繼電器 KA 組成。若要調(diào)整他們的位置，就 不 能 按 選 擇 按 鈕 SB2 ，這樣 KA 不 得 電 其 常 開 19 觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路只能完成點(diǎn)動(dòng)控制。推板位置調(diào)準(zhǔn)后，按下 SB2 使 KA 得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)動(dòng)作。工藝盤的底部裝有行程開關(guān) SQa， SQb， SQc， SQp，包裝機(jī)底部裝有行程開關(guān) SQd， SQg(推板處在裝料位 )， 當(dāng) KT2 延時(shí)到，即在 1 工位裝料完成時(shí)， KT2 常開觸點(diǎn)閉合 ， KMd，KMr得電并互鎖，兩電機(jī)反轉(zhuǎn)，推紙空心臺(tái)和托盤推桿同時(shí)下降，分別壓動(dòng)SQd、 SOg時(shí)，下降停止。 當(dāng)工藝盤轉(zhuǎn)到 V3 或 v7 槽時(shí)，壓動(dòng)行程開關(guān) SOa，KTl 得電，當(dāng)延時(shí)到，其常開觸點(diǎn)閉合，放紙空心臺(tái)和托盤推桿同時(shí)上升，重復(fù)上述操作， SQp為到工位 1時(shí)的行程開關(guān)，延時(shí) 150 毫秒后，工藝盤轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)放紙空心臺(tái)和托盤推桿下降。 SQa為到工位 2 時(shí)的行程開關(guān)，當(dāng)?shù)竭_(dá)此處時(shí)，發(fā)出進(jìn)料信號(hào)，放紙空心臺(tái)和托盤推桿上升。 、旋轉(zhuǎn)、窩邊工位 2 如圖 3． 3所示，當(dāng)?shù)竭_(dá) V2 或 V6 槽時(shí)，由該位的行程開 關(guān)發(fā)出信號(hào)，央鉗機(jī)構(gòu)軸向電機(jī)動(dòng)作，打開氣缸電磁閥，使兩端的夾鉗機(jī)構(gòu)沿軸向運(yùn)動(dòng)，到限位開關(guān)時(shí)，軸向運(yùn)動(dòng)停止，夾鉗機(jī)構(gòu)徑向運(yùn)動(dòng)電磁閥打開，三個(gè)夾桿同時(shí)順著導(dǎo)軌徑向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)觸到抓緊開關(guān)時(shí)，抓緊動(dòng)作結(jié)束。延時(shí) 50ms，在此時(shí)問段中，主電機(jī)帶動(dòng)該機(jī)構(gòu)軸旋轉(zhuǎn) 90 度，延時(shí)結(jié)束，軸向電機(jī)繼續(xù)動(dòng)作， 20 完成窩邊動(dòng)作。然后徑向電機(jī)反轉(zhuǎn)，夾緊裝置松開，同時(shí)軸向電機(jī)反轉(zhuǎn)，使夾鉗機(jī)構(gòu)退回的原位。 圖 33 第二工位控制線路圖 按下 SBl， KA得電， KMr2得電， M2 正轉(zhuǎn)，軸向電機(jī)前進(jìn)，前進(jìn)到位 夾緊結(jié)束松開 SBl， KA斷電， KMrl通電， M1 反轉(zhuǎn) (放松 )，放松到位，如此自動(dòng)循環(huán)。 3 當(dāng)?shù)竭_(dá)此工位時(shí)，由于已越過卷紙的支撐平臺(tái)，包裝好的卷紙由于重力作用，自動(dòng)落入成品庫中。 3． 3放卷、分切部分的張力控制 卷紙包裝機(jī)有一套傳動(dòng)系統(tǒng)，包括放卷，切斷，每個(gè)部分由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。從放卷到切斷，包裝紙是連續(xù)的，當(dāng)機(jī)器起動(dòng)時(shí)，由上位機(jī)發(fā)出命令， 21 主速節(jié)點(diǎn)的電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通知其它各節(jié)點(diǎn)開始協(xié)調(diào)動(dòng)作，以保證各段包裝紙的線速度一致，從而使張力趨于穩(wěn)定，停機(jī)時(shí)同樣如此。在升降速過程中，主速節(jié)點(diǎn)必須發(fā)送升降速標(biāo)志 給其它各節(jié)點(diǎn)，使他們在控制各自張力時(shí)作出相應(yīng)的補(bǔ)償，這個(gè)過程要求響應(yīng)快。當(dāng)某一段張力出現(xiàn)允許范圍內(nèi)的抖動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)也應(yīng)該作出上述反應(yīng)。由主速節(jié)點(diǎn)測量到的包裝紙線速度必須實(shí)時(shí)傳到放卷節(jié)點(diǎn)，當(dāng)某一軸上的包裝紙即將放完時(shí)，該部分的另一軸應(yīng)該提前轉(zhuǎn)動(dòng)起來，并且線速度和主速節(jié)點(diǎn)傳過來的速度值保持一致，這樣才能實(shí)現(xiàn)無速度差轉(zhuǎn)接，以減少廢料。機(jī)器運(yùn)行過程中，一旦某個(gè)部分出現(xiàn)故障，其測控節(jié)點(diǎn)應(yīng)將信息立即傳往上位機(jī)，上位機(jī)發(fā)出急停命令使下位機(jī)各節(jié)點(diǎn)同時(shí)對(duì)各自電機(jī)進(jìn)行直流制動(dòng)。在分切的過程中，由于放卷輥上包裝紙的直徑越放越小，放 卷機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化范圍很大，采用一般的控制方法難以取得滿意的控制效果。而采取基于 PLC的自適應(yīng)控制方法則可消除系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化的影響，達(dá)到優(yōu)良的控制效果。 在分切時(shí)，為了使包裝紙平整、伏貼，必須使包裝紙保持一定的張力。包裝紙分切機(jī)是一種采用調(diào)節(jié)輥的張力控制系統(tǒng)。其放卷機(jī)控制系統(tǒng)原理如圖 3— 4所示。工作時(shí)首先根據(jù)紙厚通過上位機(jī)設(shè)定所需張力，該張力是通過氣壓加至調(diào)節(jié) 22 圖 34 開卷機(jī)控制系統(tǒng)原理圖 輥上而產(chǎn)生的。由于調(diào)節(jié)輥所受到的向下的力 F。是重力和氣壓力的合力，該力 是一個(gè)恒定的力，調(diào)節(jié)輥所受到的向上的力則是包裝紙的張力 T1和 T2。因此，只要調(diào)節(jié)輥處于靜止或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，包裝紙的張力就是該恒定力的一半，亦即張力亦是一個(gè)恒定的力。分切機(jī)主傳動(dòng)變頻器控制主傳動(dòng)電機(jī)跟隨控制面板上速度電位器的設(shè)定值運(yùn)動(dòng)，放卷機(jī)變頻器及傳動(dòng)電機(jī)的作用是控制包裝紙的放卷速度，使調(diào)節(jié)輥穩(wěn)定在平衡點(diǎn)附近，以間接地控制張力。調(diào)節(jié)輥的位置通過電位器檢出 后送 PLC，放卷輥的直徑通過超聲波測距儀檢出后送 PLC。 PLC內(nèi)部根據(jù)分切機(jī)主傳動(dòng)的速度、調(diào)節(jié)輥的位置、以及放卷輥的直徑等數(shù)據(jù)，經(jīng)運(yùn)算得到并輸出放卷機(jī)變頻 器的給定頻率，控制放卷機(jī)的運(yùn)行。使其線速度與分切機(jī)的線速度同步。從而使調(diào)節(jié)輥保持在中間位置。 放卷部分恒張力控制的變化是由于原卷材半徑的變化，造成放卷電機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化，根據(jù)放卷半徑的檢測方法，以放卷筒為研究對(duì)象，根據(jù)圖 35受力關(guān)系，建動(dòng)態(tài)力矩平衡方程： 為軸承的摩擦系數(shù)， R為軸承半徑， N 為軸上總重量 (包括卷材重量 )， Mo空載轉(zhuǎn)矩由電機(jī)冷卻風(fēng)扇的空氣阻力損耗等構(gòu)成。角加速度推導(dǎo)可得： 23 在開卷中，必須使送材力均勻，張力取值范圍由該材料的工藝要求決定對(duì)于紙張的開卷張力一 般為紙張的抗拉強(qiáng)度 (或由拉斷力換算 )的 20％左右， (拉斷力可由實(shí)驗(yàn)測得 )。則由上式可求得發(fā)電機(jī)阻力矩 Mi。 又根據(jù)發(fā)電機(jī)原理 1)基本控制思想 由于帶膜放卷輥的直徑變化范圍很大，放卷輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化范圍很大，亦即控制對(duì)象的參數(shù)變化范圍很大，若控制器采用定參數(shù)的 PID調(diào)節(jié)方法必定得 24 不到滿