【文章內容簡介】 制主要有運轉啟動、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 在主電機啟動后，送紙電機應自動運轉，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速(一般為每分鐘幾百轉)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時，推紙空心板停止，當壓到托盤到位行程開關時，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。圖32裝料工位控制線路圖 為了在正式工作前調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。若要調整他們的位置，就不能按選擇按鈕SB2，這樣KA不得電其常開觸點斷開，電動機正反轉控制電路只能完成點動控制。推板位置調準后，按下SB2使KA得電，其常開觸點閉合，電動機的正反轉控制電路才能實現(xiàn)連續(xù)動作。工藝盤的底部裝有行程開關SQa，SQb，SQc，SQp，包裝機底部裝有行程開關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，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。 當工藝盤轉到V3或v7槽時，壓動行程開關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，延時150毫秒后，工藝盤轉動，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，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、窩邊工位2 如圖3．3所示，當?shù)竭_V2或V6槽時，由該位的行程開關發(fā)出信號，央鉗機構軸向電機動作，打開氣缸電磁閥，使兩端的夾鉗機構沿軸向運動，到限位開關時，軸向運動停止，夾鉗機構徑向運動電磁閥打開，三個夾桿同時順著導軌徑向運動，當觸到抓緊開關時，抓緊動作結束。延時50ms，在此時問段中，主電機帶動該機構軸旋轉90度，延時結束，軸向電機繼續(xù)動作，完成窩邊動作。然后徑向電機反轉，夾緊裝置松開，同時軸向電機反轉，使夾鉗機構退回的原位。 按下SBl，KA得電，KMr2得電，M2正轉，軸向電機前進，前進到位 夾緊結束松開SBl，KA斷電，KMrl通電，M1反轉(放松)，放松到位，如此自動循環(huán)。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，主速節(jié)點的電機開始轉動，同時通知其它各節(jié)點開始協(xié)調動作，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節(jié)輥上而產(chǎn)生的。由于調節(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，使調節(jié)輥穩(wěn)定在平衡點附近，以間接地控制張力。調節(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內部根據(jù)分切機主傳動的速度、調節(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空載轉矩由電機冷卻風扇的空氣阻力損耗等構成。角加速度推導可得：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調節(jié)方法必定得不到滿意的控制效果。因此系統(tǒng)中采用了自適應控制原理。y(t)_參數(shù)模型輸出 e(t)一偏差量 z(t)一自適應控制量圖36自適應系統(tǒng)框圖自適應控制是隨著計算機的發(fā)展和普及而發(fā)展起來的一種新型自動控制技術。其控制作用是基于一定的數(shù)學模型和一定的性能指標綜合出來的，采用的是“預測一辨識一控制”的方法，通過辨識(包括對系統(tǒng)的結構、參數(shù)、性能指標等的辨識)而獲得自適應能力。一個典型的自適應控制系統(tǒng)如圖36所示，與一般反饋控制系統(tǒng)的區(qū)別在于增加了參考模型和自適應控制器，因此增加了幾個參數(shù)。在自適應控制系統(tǒng)中，一般反饋控制作用和自適應控制作用同時存在。當信號e(t)進入自適應控制回路后，經(jīng)運算產(chǎn)生適當?shù)恼{整作用，直接改變控制器的參數(shù)，從而使系統(tǒng)的輸出Y(t)逐步與模型輸出Ym(t)接近，直到y(tǒng)(t)=ym(t)即偏差信號e(t)=O，自適應調整過程就自動停止，控制器參數(shù)也就自動整定完畢。 在張力控制系統(tǒng)中利用自適應控制，使變頻器工作在轉速開環(huán)的方式下，此時變頻器及電機的傳遞函數(shù)可近似為一個慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)。其中積分系數(shù)與放卷輥的轉動慣量成正比。而放卷輥的轉動慣量與其直徑的平方成正比。通過將轉速實際值反饋給PLC，經(jīng)PLC形成轉速閉環(huán)，并通過檢測放卷輥的直徑，在轉速環(huán)前向通道中設置1個與放卷輥直徑的平方成正比的比例系數(shù)D，可以抵消其轉動慣量的變化所產(chǎn)生的影響，從而保證轉速環(huán)在放卷輥直徑變化時始終具有優(yōu)良的動態(tài)性能。從而確保分切機工作時包裝紙張力的穩(wěn)定。放卷機的調節(jié)原理,方框圖見圖3—7。圖中：2)控制系統(tǒng)硬件配置 控制系統(tǒng)硬件結構簡圖見圖3—8。其中PLC系統(tǒng)使用西門子公司的s7—300可第三章電控系統(tǒng)電路及各功能模塊的設計編程序控制器，主要模塊有CPU315一DP，通訊模塊CP342—5，IM360，IM361擴展模塊等。CPU315一DP用于要求中到大規(guī)模的程序和通過profibus—DP進行分布式配置的設備，具有能進行浮點處理的STEP7處理器和用于接口通訊的微控制器，可直接與編程器連接。CPU315一DP使用STEP7編程語言， s，最長的除法操作指令執(zhí)行時間為1．35 u s。定時控制程序調用間隔為1ms到lmin，性能上滿足對分切機有關傳動電機進行實時轉速控制的要求。圖38控制系統(tǒng)硬件配置圖 CP342—5是通信處理器，可通過profibus簡單進行配置和編程，支持profibus—DP、s7等通訊協(xié)議。CP342—5能全自動地處理與它相連接的設備的數(shù)據(jù)通信，以及編輯和緩沖數(shù)據(jù)，用于SIEMENS$7300可編程序控制器和profibus—DP主／從接口模板．作為主設備接口模板時，可鏈接多達125個從站。從站可以是ET200M分布式I／O設備，其通訊模塊為IMl53—1．亦可以是profibus．DP有接口的現(xiàn)場設備，通過pmfibus—DP總線的數(shù)據(jù)傳送率可達12Mbit／s。CP5611網(wǎng)卡是將PLC的MPI口和上位機連接，以進行程序的下載調試及變量傳輸。 ProfibusDP(Distributive Peripheral分布式外設)是profibus的重要組成部分。profibusDP由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及用戶層構成。主要應用于現(xiàn)場級．是一種高速(可達12Mbit／s)和便宜的通信連接，它被設計為自動控制系統(tǒng)和設備級分散的I/O之間進行通信使用，可滿足全數(shù)字交直流調速系統(tǒng)對于電機快速的時間響應要求。 CBI通訊板?是用于SIMOVERT Master Drives的profibus．DP總線接口，CBl通過雙口RAM與變頻器內閉環(huán)控制電子板CU2接口．變頻器可通過CBI通訊板接人profibus—DP網(wǎng)中作為從站接收主站SIMATIC S7的控制。 6SE70型矢量變頻器配置CBl板后可與profibus．DP總線接口，變頻器之間傳送速度給定與狀態(tài)等。與電機同軸的光電編碼器的輸出脈沖信號通過CU2板送變頻器．調節(jié)輥的位置信號和放卷輥的直徑信號等經(jīng)分布式I／O模塊ET200M．通過profibus—DP總線傳送給PLC。 ET200M是分布式I／O組件，帶有集成的profibus—DP現(xiàn)場總線接口．能夠快速、方便地連接到profibus—DP現(xiàn)場總線。ET200M帶有集成I／O，除開關量信號以外，還可以采集和傳輸模擬信號。3)變頻器參數(shù)的設置 分切機放卷機驅動用變頻器是6SE70型矢量變頻器。由于放卷機電機在正常運行時處于發(fā)電制動狀態(tài)，故采用直流母線供電，這樣可以使電能回饋到母線。經(jīng)濟性較好，且可保證放卷機快速地升降速，提高動態(tài)響應性能，而直流側不會過電壓。本系統(tǒng)中放卷機變頻器的使用特點是v／f轉速開環(huán)控制，但通過光電編碼器采集電機的實際轉速值，變頻器通過CBl板經(jīng)profibus．DP總線接收PLC的‘‘控制字”命令和轉速設定值，或向PLC發(fā)送“狀態(tài)字”和轉速實際值。為滿足該要求，變頻器有關參數(shù)設置，如下。P163：1；v／f轉速開環(huán)控制P208=1；用光電編碼器測量電機轉速P090=1；CBl通訊板位于槽2P443=3002；主設定值位于CBl板字2P443=0；附加設定位1為OP438=0；附加設定位2為0P554=3001；開／關1控制位于CBl板字lP697：4：CBl板通訊采用PP04格式，過程數(shù)據(jù)長度為6字節(jié)P694 i001=9686：狀態(tài)字1為CBl板字1(狀態(tài)字)i002=219；定子頻率1／s除以極對數(shù)之值為CBl板字2(實際測量值)以上自適應控制方法在變轉動慣量的張力控制系統(tǒng)中取得了良好的控制效果，保證了產(chǎn)品質量。該控制思想也可應用到控制對象的參數(shù)可以直／間接測量的其它控制系統(tǒng)中。3．4送料過程中的同步控制 在高速全自動包裝機運作的過程中，產(chǎn)品的供送和包裝材料的供送均是連續(xù)進行的，而且它們分別受到許多因素的影響，如：生產(chǎn)中速度的變化、包裝材料的張力和拉伸率不均勻等，因此這兩個系統(tǒng)相互之間有一個需要隨時調整速度的同步控制問題。圖310同步控制系統(tǒng)框圖包裝機械設備的同步控制系統(tǒng)框圖n”如圖3—10，機械動力一方面提供給產(chǎn)品供送系統(tǒng)，同時還提供給差速器，將差速器的輸出提供給包裝材料的供送(無同步控制的設備是直接將機械動力傳輸給包裝材料的供送系統(tǒng))。將產(chǎn)品供送和包裝材料供送的信號反饋給同步控制電路，比較兩者是否同步。如果在同步范圍內，伺服電機停止不動作，差速器將輸入的速度輸出給包裝材料供送系統(tǒng)。否則當包裝材料供送慢于產(chǎn)品的供送，伺服電機正轉，差速器在正常輸出的速度基礎上疊加一個正補償，提高包裝材料的供送速度，直到兩者同步；當包裝材料供送快于產(chǎn)品的供送，伺服電機反轉，使包裝材料的供送慢下來，使得兩者速度相同。當包裝材料需要定長裁斷時，如單個衛(wèi)生卷紙的包裝，包裝材料以卷筒的形式放于原料架上，且每隔一定長度都印有一個色標。在衛(wèi)生卷紙供送的同時，包裝材料還要有一個切斷的過程，這就增加了同步供送的復雜性。如圖3—11：包裝材料每供送到一定長度時，光電傳感器讀到色標信號，將該信號作為同步信號送給比較器，同時將此信號輸送給切紙機構，由于切紙機構與包裝材料在水平方向上是同步的(關于切紙機構與包裝材料的同步控制在此不作論述)，因此他并不影響送料速度。產(chǎn)品供送系統(tǒng)的信號用接近開關取出。在產(chǎn)品供送系統(tǒng)的驅動軸上圖311同步控制方法安裝一個如圖3—9所示的半圓形金屬片l，在側面裝上接近開關J的探頭，如圖所示的瞬間，接近開關沒有感應到金屬片1，假設輸出狀態(tài)為1，當產(chǎn)品供送軸3旋轉，半圓金屬片遮住接近開關，接近開關輸出狀態(tài)J為0，因此產(chǎn)品供送軸每旋轉一圈，接近開關的l和0輸出狀態(tài)大