【導讀】可編程控制器作為控制系統(tǒng)的核心裝置，功能強大、性能穩(wěn)定可靠。在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。取得了理想的控制效果。裝機控制系統(tǒng)為背景，理論與實踐相結合，詳細闡述了集PLC技術，變頻器技術，光電感應技術，通信技術于一體的先進控制技術在該包裝機控制系統(tǒng)中的應用。，統(tǒng)計其輸入輸出1/O. 點，然后進行PLC選型，硬件組態(tài)的設計。，卷紙和包裝紙要求能同時到達工位1，這就。，因此我們利用一個移位寄存器，使工。Siemens公司的編程軟件Step7、監(jiān)控組態(tài)軟件WinCC及。集并控制輸出設備安全、高速、高效地運行，實現(xiàn)了該包裝過程的監(jiān)視功能。并且經(jīng)過了嚴格的。使該機無論從功能上還?，F(xiàn)了廠方提出的控制要求。

　　

【正文】 節(jié)輥所受到的向下的力 Fg 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 T}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 o PLC 內(nèi)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。 張力控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 2)控制系統(tǒng)硬件配置 控制系統(tǒng)硬件結構簡圖見圖 38。其中 PLC 系統(tǒng)使用西門子公司的 S7300 可編程序控制器，主要模塊有 CPU315DP，通訊模塊 CP3425, IM360, IM361 擴展模塊等。 CPU315DP用于要求中到大規(guī)模的程序和通過 profibusDP 進行分布式配置的設備，具有能進行浮點處理的 STEP?處理器和用于接口通訊的微控制器，可直接與編程器連接。 CPU315DP 使用 STEP7編程語言，最短的指令執(zhí)行時間為 0. 1us，最長的除法操作指令執(zhí)行時間為 。定時控制程序調用間隔為 lms 到 1min，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。 27 圖 38 控制系統(tǒng)硬件配置圖 hardware co}figiaataon of co}rol CP3425 是通信處理器，可通過profibus 簡單進行配置和編程，支持 profibusDP, S7 等通訊協(xié)議。 CP3425 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 57300可編程序控制器和 profibusDP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/0 設備，其通訊模塊為 IM153 一亦可以是 profibusDP 有接口的現(xiàn)場設備，通過 profibusDP 總線的數(shù)據(jù)傳送率可達 12Mbit/so 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。 Profibus}DP(Distributive Peripheral一分布式外設 )是 profibus的重要組成部分。 prof ibusDP 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/0 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。 CBl 通訊板，是用于 SIMOVERT Master Drives 的 profibusDP 總線接口， CB1 通過雙口 RAM與變頻器內(nèi)閉環(huán)控制電子板 CU2接口 .變頻器可通過 CB1通訊板接人 profibusDP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 CB1 板后可與 profibusDP 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 CUZ 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/0 模塊 profibusDP 總線傳送給PLCa ET200M 是分布式 I/0 組 件，帶有集成的 profibusDP 現(xiàn)場總線接口 .能夠快速、方 28 便地連接到 profibusDP 現(xiàn)場總線。 ET200M 帶有集成 I/0，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 CB1 板經(jīng) profibusDP 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〔 m 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 2 P443 = 3002。主設定值位于 CB1 板字 2 P443 二 0。附加設定位 1 為 0 P438 = 0。附加設定位 2 為 0 P554=3001。開 /關 1 控制位于 CBl 板字 1 P697 二 4。 CB1 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 CB1 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。 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。 29 同步控制系統(tǒng) 包裝機械設備的同步控制系統(tǒng)框圖〔 z.}如圖 310，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(nèi)，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。 信號的獲取 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 311: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 30 安裝一個如圖 39 所示的半圓形金屬片 1，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 1和 0 輸出狀態(tài)大約各占一 半的時間。假設光電傳感器 S 檢測到有色標信號時輸出狀態(tài)為 1，沒有色標信號時輸出為 0，只要判斷每次光電傳感器檢測到色標時接近開關的輸出狀態(tài)，就能得出產(chǎn)品供送系統(tǒng)是滯后還是超前于包裝材料供送系統(tǒng)。在圖 39 所示時刻，正好光電傳感器 S 輸出為 1時，接近開關 J 的輸出也為 1，可以認為產(chǎn)品供送滯后，當 J 為 0，即半圓金屬片遮當住接近開關時， S 為 1，則產(chǎn)品供送超前。可以根據(jù)這樣的判斷來控制伺服電機對產(chǎn)品供送系統(tǒng)的速度進行補償。如果兩個系統(tǒng)剛好同步，在圖 39 的同步范圍內(nèi)，要求伺服電機既不正轉也不反轉，處于停止狀態(tài)。具體作法是讓 控制電路在超前和滯后的轉換時，由跳變信號觸發(fā)，給出一段延時時間，在此時間內(nèi)獲得色標信號 S 表示同步，控制伺服電機不動作。這段延時時間的長短是可供隨時調節(jié)的，因此達到同步精度可調的目的。在這段延時結束后，如果獲得 S 信號，則表時產(chǎn)品供送超前，發(fā)出調控動作。 上述原理可由圖 312 實現(xiàn)。當 S 為 0 時，卻未檢測到色標，兩個與門 F和 Z 都被鎖住， J 的狀態(tài)對輸出結果無影響，正反補償均無輸出。只有當檢測到色標信號， S=1，電路中 2, 4 腳為高電位時， J 的狀態(tài)才對輸出有影響。如果 J=1, 1 腳為高電位， F 輸出為 1，進行反 轉補償。如果包裝材料供送超前， J 剛好從 1 變?yōu)?0, 1 腳為低電位，鎖住 F，而 3腳由反相器的作用為 1，如果得到 S=1，使 4 腳電位也為 1, Z 輸出狀態(tài)取決于腳 5。但由于J 的跳變，延時電路得到一個負觸發(fā)脈沖，輸出低電位，使 5 腳為 0，將 Z 鎖住也無輸出。這時正反補償都不動作，即補償電機停止，表示兩個系統(tǒng)處于同步狀態(tài)。當延時結束后，延時電路輸出高電位，使 5 腳電位為 1，如果包裝材料供送滯后，檢測到色標 S=1，使 3, 4, 5腳 都 是 高 電 位 ， Z 輸 出 為 1 ， 形 成 正 轉 補 償 。 31 同步控制電路原理的實現(xiàn) 同步控制電路原 理如圖 313 所示。接近開關的輸入接 J 端，光電傳感器的輸入接S 端。比較電路選用一塊 74LS 10 集成電路中的二個三輸入與非門構成，反相器選用一塊74LS00 集成電路。用一塊 555 時基電路，調節(jié)電位器 R1 可調整電路的延時時間 Tlo T1 時間越短，同步精度就越高。 T1 的調整效果可通過發(fā)光二極管 LED1 來指示。只要 555 的 2 腳得到負脈沖， 3 腳就輸出高電位。為了能鎖住與非門 74LS10 的 5 腳，用一個反相器反相。與非門的比較結果輸出給由 556 組成的兩個延時電路，這兩個延時電路的輸出分別控制伺服電機的正反轉。 R8 和 C9 決定反轉補償時間， R7和 C7 決定正轉補償時間，R8 與 R7 值相等而且聯(lián)動， C9和 C7 容量也相等，所以伺服電機的正反向補償時間是一樣的。BG1 和 BG2 分別驅動繼電器 K1 和 K2，實現(xiàn)對伺服電機的正反轉控制。二極管 D2和 D3 起保護作用，即在正轉或反轉補償期間又出現(xiàn)反轉和正轉指令時，伺服電機不會出錯。在伺服電機的主電路中也有互鎖保護環(huán)節(jié)。實際上主電路中也可用固體繼電器代替普通有觸點繼電器。正反轉的工作狀態(tài)可通過發(fā)光二極管 LED2 和 LED3 指示。產(chǎn)品供送和包裝材料的供送同步精度調節(jié)要根據(jù)包裝質量的要求，生產(chǎn)速度 ，正反方向的補償情況等因素綜合考慮。調節(jié)R1 可必變精度的大小，如果同步精度要求高，生產(chǎn)速度快，要適當調小 R1 阻值。另外，調節(jié) R7 和 R8，改變伺服電機每次補償?shù)臅r間。如果伺服電機正反向動作交替頻繁，說明補償量超過需要，可適當減少補償時間。如果伺服電機單方面動作頻繁，說明該方向的補償不夠，可適當增加補償時間。理想情況下的補償伺服電機的動作補償不太頻繁，而且正反向的協(xié)動作交替都有。因此，要將 R1, R7 和 R8 配合起來調節(jié)。 通過實際運行證明，該控制方式的原理和電路是合理，可行的，能夠滿足實際需要，同步控制 精度可以在不停機的情況下實現(xiàn)在線調節(jié)，控制效果大大優(yōu)于常規(guī)的凸輪控制方式。 32 3. 5 本章小結 本章主要對控制系統(tǒng)的供電線路及包裝各工位的電氣圖進行設計，并根據(jù)放卷分切部分的受力分析，建立模型，然后依據(jù)自適應控制原理設計和實現(xiàn)了張力控制，同時也實現(xiàn)了送料過程中的同步控制并繪出了電路圖。 第四章系統(tǒng)的編程和設置 本系統(tǒng)的程序控制部件共有兩個，一個是 PLC，另一個是工控機，因此控制軟件的設計也就分為 PLC 的軟件設計和工控機的軟件設計兩部分，其軟件分別為 Step7, WinCCo PLC 的軟 件設計 概述 PLC 基于計算機，但不等同于計算機。普通計算機進行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機界面好就行了。而 PLC 則還要考慮信息入出的可靠性、實時性以及信息的使用等問題。特別是要考慮怎么適應于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題。 33 ’ 25]一 [3l] 入出信息變換、可靠物理實現(xiàn)，可以說是 PLC 實現(xiàn)控制的兩個基本要點。入出信息變換靠運行存儲于 PLC 內(nèi)存中的程序實現(xiàn)。 PLC 程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序，又有用戶自行開發(fā)的應用程 序。系統(tǒng)程序提供運行平臺，同時，還為 PLC 程序的可靠運行及信號與信息轉換進行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設計。 可靠物理實現(xiàn)主要靠輸入 (input)及輸出 (output)電路。 PLC 的 I/O 電路，都是專門設計的。輸入電路要對輸入信號進行濾波，以去掉高頻干擾。而且與內(nèi)部計算機電路在電上是隔離的，靠光禍合元件建立聯(lián)系。輸出電路內(nèi)外也是電隔離的，靠光禍合元件或輸出繼電器建立聯(lián)系。輸出電路還要進行功率放大，以足以帶動一般的工業(yè)控制元器件，如電磁閥、接觸器等。 1/O 電路是很多的，每一輸入點或輸