【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 根據(jù)卷紙包裝生產(chǎn)工藝，卷紙包裝機(jī)的控制系統(tǒng)主要包括放卷過(guò)程的控制，送料過(guò)程控制，同步控制，由于控制項(xiàng)目多，被控工序還都聚集在一塊，所以選用集中控制系統(tǒng)這方案。，可編程控制器特定I/0和每個(gè)被控制工序相通，所以被控對(duì)象中的狀態(tài)，數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換不用另外開(kāi)通信號(hào)線。PLC是一個(gè)控制設(shè)備，它在單獨(dú)的控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是有局限性，攻破不了有難度的計(jì)算，實(shí)時(shí)圖形，歷史記錄，顯示漢字。打印報(bào)表等功能在PLC中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。針對(duì)這些缺陷，上位機(jī)的輔助是我們的理想選擇。上位機(jī)的功能是對(duì)數(shù)據(jù)的存貯、處理和輸出，用圖形或表格形式給現(xiàn)場(chǎng)用動(dòng)態(tài)模擬圖來(lái)表達(dá)、預(yù)判限值或報(bào)警信號(hào)，根據(jù)實(shí)時(shí)需要打印報(bào)表?？刂破? A B C控制對(duì)象控制對(duì)象控制對(duì)象 系統(tǒng)的運(yùn)行模式 運(yùn)行模式有四種分別是手動(dòng)、單步、周期和自動(dòng)。 （1）手動(dòng)：每道工序都單獨(dú)運(yùn)作，按開(kāi)關(guān)按鈕即可控制。 （2）單步：按開(kāi)始開(kāi)關(guān)，運(yùn)作一個(gè)工序，到位就停止。又按開(kāi)始鍵，就是下一道工序的運(yùn)作。 （3）周期：從第一道工序位置算起，按開(kāi)始開(kāi)關(guān)，程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)來(lái)回的操作后返回到啟始位置停止。（4）自動(dòng)：按開(kāi)始開(kāi)關(guān)，程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)來(lái)回的操作后返回到啟始位置又接著從第一步開(kāi)始運(yùn)行，自動(dòng)調(diào)節(jié)。在自動(dòng)模式時(shí)，如果按下復(fù)位開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)還是運(yùn)行到第一步啟齒的地方才暫停；如果按停止開(kāi)關(guān)，運(yùn)行就馬上停止，這時(shí)候如果再按開(kāi)始，系統(tǒng)就從這位置運(yùn)行至啟始處停止。從卷紙包裝機(jī)的實(shí)際出發(fā)，自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行是我們最佳選擇[7]。和運(yùn)行模式的設(shè)計(jì)對(duì)比，停止運(yùn)動(dòng)的模式也要策劃。正常停運(yùn)，暫時(shí)停運(yùn)和緊急停運(yùn)是可編程控制器的三項(xiàng)停運(yùn)方法?？紤]控制系統(tǒng)需要，因?yàn)榘b機(jī)運(yùn)行模式是循環(huán)模式，當(dāng)在操作完成或檢測(cè)到停止運(yùn)行信號(hào)或機(jī)器出現(xiàn)問(wèn)題或突發(fā)事情時(shí)才停止，所以該系統(tǒng)應(yīng)用硬件切斷電源，讓系統(tǒng)馬上停車(chē)。3 控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) 總體結(jié)構(gòu)關(guān)系 由于PLC管理按鍵、行程開(kāi)關(guān)與其它開(kāi)關(guān)量信號(hào)的導(dǎo)入，和把信號(hào)送去控制接觸器、繼電器、變頻器等電氣元件，這樣就控制每個(gè)電機(jī)的運(yùn)作，指示燈的顯示也得到了控制工控機(jī)的作用是參數(shù)的修改和設(shè)置、全自動(dòng)控制、在線監(jiān)督、輸送信號(hào)。工控機(jī)由串行口和PLC相接，通信交換，因此工控機(jī)是用發(fā)出信號(hào)來(lái)控制PLC的運(yùn)作來(lái)完成全自動(dòng)控制[8]。 控制系統(tǒng)主要器件的選擇 工控機(jī)、PLC、變頻器是卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)的主要零件。 工控機(jī)：本系統(tǒng)上位機(jī)選用研華IPC610工控機(jī)，ISA總線插槽4個(gè)分布在內(nèi)部底板上、由于有2個(gè)PCI總線插槽與一個(gè)CPU插槽，所以可以更簡(jiǎn)捷的拓展系統(tǒng)，運(yùn)用WINDOWSNT操作系統(tǒng)，打印機(jī)外接一個(gè)，目的是報(bào)表的打印。達(dá)到報(bào)表數(shù)據(jù)完善性。如下是PLC的選擇和它的模塊配置一定要對(duì)控制對(duì)象與控制目的計(jì)算與研討在工作開(kāi)始前。這樣才可以明確系統(tǒng)的機(jī)型，規(guī)模，與配值。據(jù)了解，這個(gè)包裝機(jī)的控制操作系統(tǒng)應(yīng)具備配置以下不相似的特點(diǎn)的I/0點(diǎn)。首先選擇80個(gè)開(kāi)關(guān)量導(dǎo)入；然后再選擇50個(gè)開(kāi)關(guān)量導(dǎo)出；再對(duì)任意挑個(gè)類似量導(dǎo)入；最后任意挑個(gè)類似量導(dǎo)出；由控制任務(wù)得，該設(shè)計(jì)挑中了S7300軟件，它的特點(diǎn)是適合中等控制系統(tǒng)的需要，而且被非常廣泛的應(yīng)用。它的模塊化、沒(méi)有排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)功能、但是很用以完成分布，用戶學(xué)習(xí)操作起來(lái)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)讓S7300能達(dá)到各式由小規(guī)模到中等性能需求控制任務(wù)的簡(jiǎn)捷且實(shí)惠的方式。根據(jù)I/0點(diǎn)數(shù)的確定要按照實(shí)際點(diǎn)數(shù)再加20Yo30%的備用量及其特性，配置了如下的模塊： （1）2個(gè)模擬量輸入模塊SM331為16路的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道； （2）4個(gè)模擬量輸出模塊SM332為16路的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道； （3）4個(gè)數(shù)字量輸入模塊SM321為輸入通道； （4）3個(gè)數(shù)字量輸出模塊SM322關(guān)量輸出通道； （5）中央處理單元CPU3152DP； （6）通訊處理器CP3435； （7）接口模塊IM360和IM361。在該系統(tǒng)中，主要功能是收集外部開(kāi)關(guān)信號(hào)（按鈕、行程開(kāi)關(guān)、繼電器節(jié)點(diǎn)）的輸入，預(yù)測(cè)現(xiàn)在的系統(tǒng)的狀態(tài)和輸出信號(hào)來(lái)控制接觸器、繼電器等器件，用來(lái)達(dá)到控制任務(wù)的目的。另外，還有一個(gè)艱巨任務(wù)就是收集工控機(jī)的控制命令，達(dá)到全自動(dòng)包裝循環(huán)的效果。IM321SM322IM322SM322IM321SM321IM361CPU模塊 處理部件通信部件PS307CP3436IM331IM331SM332IM332SM332IM360 變頻器的選擇 由于張力與精度控制聯(lián)系密切，且負(fù)載小的特性，所以選用的變頻器是西門(mén)子MICROMASTER 440矢量型變頻器。這個(gè)系列的變頻器控制和動(dòng)態(tài)感應(yīng)度都很好。另外，因?yàn)樗膬?nèi)部配備各種相關(guān)量數(shù)組構(gòu)成，增加控制的自由度，讓這款變頻器更多運(yùn)用在高運(yùn)動(dòng)性能的控制領(lǐng)域。完善了各種各樣控制工程的需求。尤其是近期時(shí)期，這種工程型變頻器的系統(tǒng)被大部分應(yīng)用在機(jī)電氣造紙生產(chǎn)行業(yè)中。MICROMASTER 440系列變頻器作用穩(wěn)定，可以適合各類環(huán)境的應(yīng)用需求[9，10]。 在卷紙包裝機(jī)控制的系統(tǒng)里大部分傳感器用開(kāi)關(guān)量分配給PLC，用它給執(zhí)行決定的根據(jù)，例如： （1）上位機(jī)開(kāi)始命令 （2）色標(biāo)信號(hào) （3）貨物配送命令 （4）紙片上路徑按鈕 （5）紙球上路徑按鈕 （6）工藝盤(pán)標(biāo)準(zhǔn)位置1,2,3工位的路徑按鈕 （7）送料機(jī)、皮帶、推紙機(jī)的停止和開(kāi)始命令 （8）皮帶、電磁閥等的電源信號(hào)等4 電器線路和元件模塊的設(shè)計(jì) 用三相異步電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，通過(guò)專門(mén)的變頻器電源提供，轉(zhuǎn)速用變頻調(diào)速來(lái)完成。配備數(shù)臺(tái)小型電機(jī)依次輔助驅(qū)動(dòng)提供動(dòng)力源，切紙機(jī)構(gòu)，送料機(jī)構(gòu)，插紙板，拿放操作手等[11]。針對(duì)這款包裝機(jī)的工序流程，大體包括原包裝紙給料動(dòng)作中的張力控制，送料步驟中的同步控制，包裝動(dòng)作的控制等。工藝盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力源由三相異步電機(jī)用皮帶傳動(dòng)提供的，電磁發(fā)給各道工序帶來(lái)外加的動(dòng)力轉(zhuǎn)向從而帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)移動(dòng)來(lái)完成的。 供電線路，三相電源通過(guò)滑線導(dǎo)入電氣柜中，通過(guò)一個(gè)露天開(kāi)關(guān)（QS1）后連接電機(jī)主回路與系統(tǒng)的次回路。（TC2）將380V的電壓變?yōu)?20V，還要分5條回路輸出，依次向工控機(jī)、PLC, PLC輸入回路、PLC輸出回路與繼電器回路輸送電源。以便達(dá)到故障分散的目的，而且益于調(diào)試與檢測(cè)。在QS1前導(dǎo)出的一路電源的目的是給空調(diào)器與照明燈提供電源，由于它們都是屬于附屬設(shè)備，和控制無(wú)關(guān)，因此可以從QS1之前引出，為了在檢修時(shí)也不干涉它的正常運(yùn)作[12]。 主要控制功能模塊的設(shè)計(jì) 裝料工位1要滿足高速包裝的要求，紙片與紙球需要迅速移動(dòng)送到1工位，所以一定要考慮電機(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))需要的時(shí)間大約為200400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能比較強(qiáng)，以松下MSMA 400W交流伺服電機(jī)作為對(duì)照，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒就可實(shí)現(xiàn)，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)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)。在該工位上，推紙空心臺(tái)推動(dòng)已經(jīng)切好的包裝紙片，托盤(pán)推桿推動(dòng)紙球的同時(shí)按照相同的速度前進(jìn)，當(dāng)壓到紙片到位行程開(kāi)關(guān)時(shí)，推紙空心板停止，當(dāng)壓到托盤(pán)到位行程開(kāi)關(guān)時(shí)，托盤(pán)停止。卷紙與包裝紙已進(jìn)入這一工位，電機(jī)帶動(dòng)工藝盤(pán)繼續(xù)不停轉(zhuǎn)動(dòng)，與此同時(shí)插紙板向前作運(yùn)動(dòng)，托盤(pán)推桿以及推紙空心臺(tái)退到原來(lái)位置。包裝紙推紙空心臺(tái)與卷紙托盤(pán)推桿要自動(dòng)在工藝盤(pán)與地面之間不停往返進(jìn)而完成送料動(dòng)作。 為了能夠在正式工作開(kāi)始前合理調(diào)整推紙空心臺(tái)與卷紙托盤(pán)推桿的位置，本線路設(shè)置的有操作選擇控制，由按鈕SB2以及中間繼電器KA構(gòu)成。如果要調(diào)整他們的方位，就不能按下選擇按鈕SB2，這樣一來(lái)KA無(wú)法得電其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，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(kāi)觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路才可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的動(dòng)作。在工藝盤(pán)的底部位置裝有四個(gè)行程開(kāi)關(guān)SQa，SQb，SQc，SQp，包裝機(jī)底部裝有兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)SQd,，SQg(推板處在裝料位)，一旦KT2延時(shí)到，即在1工位裝料動(dòng)作完成，KT2常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，KMd,，KMr得電并且互鎖，兩電機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，推紙空心臺(tái)與托盤(pán)推桿同時(shí)開(kāi)始下降，分別壓動(dòng)SQd,，SQg時(shí)，便停止下降。當(dāng)工藝盤(pán)轉(zhuǎn)到V3或V7槽時(shí)，壓動(dòng)行程開(kāi)關(guān)SQa,，KT1得電，當(dāng)延時(shí)到，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，放紙空心臺(tái)與托盤(pán)推桿一起往上升起，重復(fù)以上操作，SQp為到工位1時(shí)的行程開(kāi)關(guān)，延時(shí)150毫秒之后，工藝盤(pán)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)放紙空心臺(tái)與托盤(pán)推桿開(kāi)始下降。SQa為到工位2時(shí)的行程開(kāi)關(guān)，當(dāng)?shù)竭_(dá)此處時(shí)，釋放進(jìn)料信號(hào)，放紙空心臺(tái)與托盤(pán)推桿開(kāi)始上升。 KMF得電自鎖，推紙空心臺(tái)上升 當(dāng)壓動(dòng)SQb KMF失電，上升停止 先按SBF KM得電自鎖，托盤(pán)推桿上升 當(dāng)壓動(dòng)SQc KM失電，上升停止 夾鉗抓緊、旋轉(zhuǎn)與窩邊工位2 ，當(dāng)運(yùn)行到V2和V6槽的時(shí)候，先是由這一位的行程開(kāi)關(guān)釋放信號(hào)，夾鉗機(jī)構(gòu)軸向電機(jī)開(kāi)始動(dòng)作，此時(shí)打開(kāi)氣缸的電磁閥，讓兩邊的夾鉗機(jī)構(gòu)能夠沿軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，到達(dá)限位開(kāi)關(guān)時(shí)，軸向運(yùn)動(dòng)便停止，夾鉗機(jī)構(gòu)徑向運(yùn)動(dòng)電磁閥打開(kāi)，三個(gè)夾桿一起沿著導(dǎo)軌作徑向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)抓緊開(kāi)關(guān)時(shí)，抓緊動(dòng)作正式結(jié)束。持續(xù)延時(shí)50ms，在這個(gè)時(shí)間段中，主電機(jī)帶動(dòng)這一機(jī)構(gòu)軸旋轉(zhuǎn)90度，此時(shí)延時(shí)正式結(jié)束，軸向電機(jī)繼續(xù)進(jìn)行動(dòng)作，完成窩邊工序。接著徑向電機(jī)反轉(zhuǎn)，同時(shí)松開(kāi)夾緊裝置，軸向電機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，讓夾鉗機(jī)構(gòu)退回到原來(lái)位置。 第二工位控制線路原理圖按下SB1， KA得電，KMr2得電，M2正轉(zhuǎn)，軸向電機(jī)開(kāi)始前進(jìn)，前進(jìn)到位夾緊結(jié)束松開(kāi)SB1，KA斷電，mKMr1通電，M1反轉(zhuǎn)（放松），放松到位。如此自動(dòng)循環(huán)。 KMr2斷電，M2停轉(zhuǎn)壓動(dòng)SQb KMf1通電，M1正轉(zhuǎn)， KOC動(dòng)作 KMr2再得電，軸向電機(jī)M2繼續(xù)前進(jìn)，前 加緊，加緊到位 進(jìn)到位，壓動(dòng)SQk，KMr2斷電，M2停止 壓動(dòng)SQa KMf1斷電，M1停轉(zhuǎn)，加緊結(jié)束 M1停，放松結(jié)束 KMf2通電，M2反轉(zhuǎn)，軸 M2停轉(zhuǎn)，后退結(jié)束 向電機(jī)后退，后退到位 壓動(dòng)SQd KMr1得電，M1反轉(zhuǎn)，再繼續(xù)放松，放松到位， 壓動(dòng)SQc，KMr1斷電，M1停止 卸料工位3分析運(yùn)行置工位三時(shí)，卷紙己經(jīng)通過(guò)支撐平臺(tái)，所以出于重力作用，自然的下落到產(chǎn)品庫(kù)里。 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，主速節(jié)點(diǎn)的電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通知其它各節(jié)點(diǎn)開(kāi)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(guò)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?cè)诳刂聘髯詮埩r(shí)作出相應(yīng)的補(bǔ)償，這個(gè)過(guò)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(cè)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(lái)，并且線速度和主速節(jié)點(diǎn)傳過(guò)來(lái)的速度值保持一致，這樣才能實(shí)現(xiàn)無(wú)速度差轉(zhuǎn)接，以減少?gòu)U料。機(jī)器運(yùn)行過(guò)程中，一旦某個(gè)部分出現(xiàn)故障，其測(cè)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(guò)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。5 同步控制系統(tǒng)分析 卷紙機(jī)設(shè)備的同步控制系統(tǒng)框，機(jī)械動(dòng)力在提供給產(chǎn)品供送系統(tǒng)的同時(shí)還提供給差速器，把差速器的輸出提供給包裝材料的供送（無(wú)同步控制的設(shè)備是直接把機(jī)械動(dòng)力傳輸?shù)桨b材料的供送系統(tǒng)）[13]。把產(chǎn)品供送與包裝材料供送的信號(hào)反饋到同步控制電路，對(duì)比兩者是不是同步進(jìn)行的。如果是同步進(jìn)行，伺服電機(jī)停止不進(jìn)行動(dòng)作，差速器把輸入的速度輸出來(lái)給包裝材料供送系統(tǒng)[14]。不然當(dāng)包裝材料供送比產(chǎn)品的供送慢時(shí)，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，差速器在正常輸出的速度基礎(chǔ)上疊加一個(gè)正補(bǔ)償，增加包裝材料的供送速率，直到兩者在同步范圍之內(nèi)；當(dāng)包裝材料供送速度比產(chǎn)品的供送速度快時(shí)，伺服電機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，使包裝材料的供送速度減慢，這樣二者速度一樣[15]。 送料過(guò)程中的同步控制 在高速全自動(dòng)包裝機(jī)運(yùn)作的一系列動(dòng)作中，產(chǎn)品的供送及包裝材料的供送全部是連續(xù)實(shí)行的，并且它們分別收到外在因素的影響，舉例來(lái)說(shuō)：生產(chǎn)中速度的調(diào)換、包裝材料的張力變化