【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。模塊的每個輸出點有一個綠色發(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， 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)部信號電平轉(zhuǎn)化為控制過程所需的外部信號電平。按負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，只能帶直流負載： 32 個輸出點，分 成 8組； 0． 5A 的輸出電流；該模塊輸出具有短路保護功能，適用于連接電磁閥、接觸器、小功率電機燈和電機啟動器。 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)中用于輸入主傳動電機轉(zhuǎn)速、放卷機轉(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)換的積分時間直接影響到 A／ D轉(zhuǎn)換時間和 A／ D轉(zhuǎn)換精度。積分時間越長，被測值的精度 越高。 SM331 可選的積分時間有： 25ms， 167ms， 20ms和 lOOms。在我國為了抑制工頻及諧波干擾，一般選用 20ms的積分時間，相應精度為 12 位。 S7— 300 的 CPU用 16 位的二進制補碼表示模擬量的值，其中最高位為符號位，? 0’表示正值，“ 1”表示負值。 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。它用于不帶附加放大器的模擬執(zhí)行元件和傳感器，可以將擴展過程中的模擬信號轉(zhuǎn)化為 S7— 300 內(nèi)部處理用的數(shù)字信號。 SM331 的 8個模擬量輸入通道共用一個積分式 A／ D轉(zhuǎn)換部件。即通過模擬切換開關(guān)，各個輸入通道按順序一個接一個轉(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)換的時間稱為輸入模塊的循環(huán)時間。循環(huán)時間是對外部模擬信號的采樣間隔。對于一個積分時間設定為 20ms， 8 個輸入通道都接有外部信號且都需斷線監(jiān)視的 SM331，其循環(huán)時間為 (22+10． 8=256ms。 SM331 的每兩個輸入通道構(gòu)成一個輸入通道組，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 的負載電壓 L+，有反接保護功能。模塊與 S7300CPU及負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 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，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恢復。 在實時控制系統(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)時要選擇合適的電源模塊。其選擇準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。故在設計系統(tǒng)時卷紙包裝機控制系統(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． 上位機啟動信號： 2． 色標信號 3． 產(chǎn)品供送信號 4． 紙片上行程開關(guān) 5． 紙球上行程開關(guān) 6． 工藝盤到達 3工位的行程開關(guān) 7． 送料機、皮帶、推紙機的自動停用和工作信號 8． 皮帶、電磁閥等的電源信號等 PLC 的控制輸出大多是一些開關(guān)輸出信號，如送料機、工藝盤電機，皮帶的啟動等，這些信號經(jīng)功率放大驅(qū)動對應的包裝執(zhí)行機構(gòu)。 2． 5本章小結(jié) 本章分析了卷紙包裝機工藝流程和包裝各動作的時序及包裝機速度的影響因素及提高方法，設計了包裝機控制系統(tǒng)的控制方案、運行方式及硬件的選擇和組態(tài)，并詳細介紹了組態(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)速實現(xiàn)。另外幾臺小功率輔助電機分別用 于驅(qū)動開卷機構(gòu)，切紙機構(gòu)，送料機構(gòu)，插紙板，夾鉗機械手等。對于該包裝機的控制系統(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)動是由三相異步電機通過皮帶傳動帶動的，各加工工位的動作是通過順序邏輯控制電磁閥，以壓縮空氣、氮氣推動氣缸，從而帶動機械結(jié)構(gòu)移動來實現(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)由一個總進線空氣開關(guān) (OS1)后供給系統(tǒng)的控制回路及電機主電路部分。其控制部分則用一個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、 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，因為它們屬于附屬設備，與控制無關(guān)所以從 QSl之前引出，以便在檢修時也不影響其正常使用。 1．主電機的啟動控制 主電機啟動前，主操縱離合器應處于拉開狀態(tài)，確保主電機輕載啟動。若所有的檢測和控制條件均有效，則按下啟動按鈕可使主電機輕載低速啟動，并在一定時間延遲后自動控制變頻器的高速運轉(zhuǎn)。若機器出現(xiàn)故障，則應立即切 斷電源，并且進行機械制動，確保機器的安全。 2．變頻器的運轉(zhuǎn)控制 變頻器的運轉(zhuǎn)控制主要有運轉(zhuǎn)啟動、速度自動設定、故障報警停機故障提示和解除故障狀態(tài)。 3．送卷紙電機的控制 18 在主電機啟動后，送紙電機應自動運轉(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切換功能。當主機停下來時，送卷紙電機不應馬上停止，必須經(jīng)過～段延時后再停，否則將會出現(xiàn)下紙道短時缺紙或紙道堵塞的現(xiàn)象，影響主電機的再次啟動。 3． 2 主要控制功能模塊的設計 料工位 1 要達到高速包裝，紙片和紙球需要快速地送到 1工位，因此就必須考慮電機的速度響應性。步進電機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作為裝料機構(gòu)的執(zhí)行電機。在這個工位上，推紙空心臺推動已切好的包裝紙片，托盤推桿推動紙球同時以相同的速度前進，當壓到紙片到位行程開關(guān)時，推紙空心板停止，當壓到托盤到位行程開 關(guān)時，托盤停止。卷紙和包裝紙已進入該工位，電機帶動工藝盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動，同時插紙板向前運動，托盤推桿和推紙空心臺退回原位。包裝紙推紙空心臺和 卷紙托盤推桿要 自動往返于工藝盤和地面之間以完成送料動作，其控制線路如圖 3— 2所示。 為了在正式工作前調(diào)整推紙空心臺和卷紙托盤推桿的位置，本線路設有操作選擇控制，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 觸點斷開，電動機正反轉(zhuǎn)控制電路只能完成點動控制。推板位置調(diào)準后，按下 SB2 使 KA 得電，其常開觸點閉合，電動機的正反轉(zhuǎn)控制電路才能實現(xiàn)連續(xù)動作。工藝盤的底部裝有行程開關(guān) SQa， SQb， SQc， SQp，包裝機底部裝有行程開關(guān) SQd， SQg(推板處在裝料位 )， 當 KT2 延時到，即在 1 工位裝料完成時， KT2 常開觸點閉合 ， KMd，KMr得電并互鎖，兩電機反轉(zhuǎn)，推紙空心臺和托盤推桿同時下降，分別壓動SQd、 SOg時，下降停止。 當工藝盤轉(zhuǎn)到 V3 或 v7 槽時，壓動行程開關(guān) SOa，KTl 得電，當延時到，其常開觸點閉合，放紙空心臺和托盤推桿同時上升，重復上述操作， SQp為到工位 1時的行程開關(guān)，延時 150 毫秒后，工藝盤轉(zhuǎn)動，同時放紙空心臺和托盤推桿下降。 SQa為到工位 2 時的行程開關(guān)，當?shù)竭_此處時，發(fā)出進料信號，放紙空心臺和托盤推桿上升。 、旋轉(zhuǎn)、窩邊工位 2 如圖 3． 3所示，當?shù)竭_ V2 或 V6 槽時，由該位的行程開 關(guān)發(fā)出信號，央鉗機構(gòu)軸向電機動作，打開氣缸電磁閥，使兩端的夾鉗機構(gòu)沿軸向運動，到限位開關(guān)時，軸向運動停止，夾鉗機構(gòu)徑向運動電磁閥打開，三個夾桿同時順著導軌徑向運動，當觸到抓緊開關(guān)時，抓緊動作結(jié)束。延時 50ms，在此時問段中，主電機帶動該機構(gòu)軸旋轉(zhuǎn) 90 度，延時結(jié)束，軸向電機繼續(xù)動作， 20 完成窩邊動作。然后徑向電機反轉(zhuǎn)，夾緊裝置松開，同時軸向電機反轉(zhuǎn)，使夾鉗機構(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)，軸向電機前進，前進到位 夾緊結(jié)束松開 SBl， KA斷電， KMrl通電， M1 反轉(zhuǎn) (放松 )，放松到位，如此自動循環(huán)。 3 當?shù)竭_此工位時，由于已越過卷紙的支撐平臺，包裝好的卷紙由于重力作用，自動落入成品庫中。 3． 3放卷、分切部分的張力控制 卷紙包裝機有一套傳動系統(tǒng)，包括放卷，切斷，每個部分由一臺電動機帶動。從放卷到切斷，包裝紙是連續(xù)的，當機器起動時，由上位機發(fā)出命令， 21 主速節(jié)點的電機開始轉(zhuǎn)動，同時通知其它各節(jié)點開始協(xié)調(diào)動作，以保證各段包裝紙的線速度一致，從而使張力趨于穩(wěn)定，停機時同樣如此。在升降速過程中，主速節(jié)點必須發(fā)送升降速標志 給其它各節(jié)點，使他們在控制各自張力時作出相應的補償，這個過程要求響應快。當某一段張力出現(xiàn)允許范圍內(nèi)的抖動時，系統(tǒng)也應該作出上述反應。由主速節(jié)點測量到的包裝紙線速度必須實時傳到放卷節(jié)點，當某一軸上的包裝紙即將放完時，該部分的另一軸應該提前轉(zhuǎn)動起來，并且線速度和主速節(jié)點傳過來的速度值保持一致，這樣才能實現(xiàn)無速度差轉(zhuǎn)接，以減少廢料。機器運行過程中，一旦某個部分出現(xiàn)故障，其測控節(jié)點應將信息立即傳往上位機，上位機發(fā)出急停命令使下位機各節(jié)點同時對各自電機進行直流制動。在分切的過程中，由于放卷輥上包裝紙的直徑越放越小，放 卷機系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動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的自適應控制方法則可消除系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量變化的影響，達到優(yōu)良的控制效果。 在分切時，為了使包裝紙平整、伏貼，必須使包裝紙保持一定的張力。包裝紙分切機是一種采用調(diào)節(jié)輥的張力控制系統(tǒng)。其放卷機控制系統(tǒng)原理如圖 3— 4所示。工作時首先根據(jù)紙厚通過上位機設定所需張力，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動狀態(tài)，包裝紙的張力就是該恒定力的一半，亦即張力亦是一個恒定的力。分切機主傳動變頻器控制主傳動電機跟隨控制面板上速度電位器的設定值運動，放卷機變頻器及傳動電機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)分切機主傳動的速度、調(diào)節(jié)輥的位置、以及放卷輥的直徑等數(shù)據(jù)，經(jīng)運算得到并輸出放卷機變頻 器的給定頻率，控制放卷機的運行。使其線速度與分切機的線速度同步。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，以放卷筒為研究對象，根據(jù)圖 35受力關(guān)系，建動態(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)矩由電機冷卻風扇的空氣阻力損耗等構(gòu)成。角加速度推導可得： 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于紙張的開卷張力一 般為紙張的抗拉強度 (或由拉斷力換算 )的 20％左右， (拉斷力可由實驗測得 )。則由上式可求得發(fā)電機阻力矩 Mi。 又根據(jù)發(fā)電機原理 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)動慣量變化范圍很大，亦即控制對象的參數(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