【正文】 SFC30 系 統(tǒng)功能模塊用于激活模塊參數(shù)設(shè)置中設(shè)置的每天時間同步控制。 OBl中還可調(diào)用其它的系統(tǒng)功能模塊完成指定的系統(tǒng)工作。啟動模塊 OBl00 通過調(diào)用功能 FCl22 實現(xiàn)對PLC 設(shè)備的熱啟動。根據(jù)過程的要求，可以將程序用不同的邏輯塊 (組織塊，功能塊和子功能塊 )加以結(jié)構(gòu)化。 40 3．功能 (FC)：無相關(guān)聯(lián)的存儲器區(qū)的邏輯塊， Fc 塊定義為“可再調(diào)用”塊。 OBI為執(zhí)行用戶程序的接口。 根據(jù)卷紙包裝機的實際情況，我們在編程時作了如下規(guī)定： DBl定義存39 儲放卷分切的所有開關(guān)量和模擬量； DB2定義存儲環(huán)境 設(shè)備的監(jiān)控量； DB3定義存儲包裝過程的所有開關(guān)量監(jiān)控量； DB5定義了所有電源的監(jiān)控量。 STEP 7將用戶程序指令存放在 “ 塊 ” 中。 廣義的程序塊分為系統(tǒng)程序塊和用戶程序塊。 3．功能塊圖 (FBD)是 STEP7 編程語言的圖形表達(dá)方式，使用與布爾代數(shù)相類似的邏輯框來表達(dá)邏輯。它的指令語法與一個繼電器梯形邏輯圖相似：當(dāng)電信號通過各個觸點、復(fù)合元件以及輸 出線圈時，梯形圖可以讓你追蹤電信號在電源示意線之間的流動。通過 Step7，用戶可以進(jìn)行系統(tǒng)配置和程序的編寫、調(diào)試，在線診斷 PLC 硬件配置狀態(tài)、控制 PLC 的運行狀態(tài)和 I38 ／ O 通道的狀態(tài)等。當(dāng)電源關(guān)斷后和 CPU復(fù)位時，保存在他們的數(shù)據(jù)將被保留。在下載完整的或部分用戶程序到 CPU之前，把工作方式從 RUN 模式置到 STOP 模式。如果在編程設(shè)備 PG／ PC 的項目中有組態(tài)的可編程控制器，可通過選擇在線的項目窗口建立連接。為建立在線連接，編程設(shè)備和可編程控制器必須通過合適的接口相連 (如，多點接口 MPI)。對 SIMATICs7 模板而言，該對象文件夾稱作“ S7Program”。一旦存儲并退出硬件組態(tài)，對于在組態(tài)中生成的每一個可編程模板，都會自動生成 S7／ M7 程序及空的連接表。生成一個項目的主要任務(wù)就是為編程準(zhǔn)備這些數(shù)據(jù)。 圖 4— 2為創(chuàng)建一個自動化項目的基本步驟。顯然，中斷方式和掃描方式是不同的。此外，計算機用于控制還有中斷方式。當(dāng)然這個滯后不宜太大，否則所實現(xiàn)的控制不那么及時，也就失去了控制上的意義。 圖 4l PLC 內(nèi)部原理示意圖 2． 可編程序控制器實現(xiàn)控制的過程簡單地說， PLC 實現(xiàn)控制的過程，一般是：輸入刷新 — +運行用戶程序 — +輸出刷新 — +再輸入刷新 — +再運行用戶程序 — ,再輸出刷新??永不停止地循環(huán)反復(fù)進(jìn)行著。這樣，用戶所要編的程序只是，內(nèi)存中輸入映射區(qū)到輸出映射區(qū)的的變換，特別是怎么按輸入的時序變換成輸出的時序。由于它的狀態(tài)是由輸入刷新得到的，所以，它反映的就是輸入狀態(tài)。把輸入暫 存器的信息讀到 PLC 的內(nèi)存中 ,稱輸入刷新。每一輸入點都有一個對應(yīng)的存儲信息的寄存器。 I／ O電路是很多的，每一輸入點或輸出點都要有一個 I或 0電路。輸入電路要對輸入信號進(jìn)行濾波，以去掉高頻干擾。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(zhuǎn)換進(jìn)行必要的公共處理。 1．可編程序控制器實現(xiàn)控制的要點。 34 第四章 PLC 的軟件設(shè)計 PLC 基于計算機，但不等同于計算機。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。調(diào)節(jié) Rl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(dāng)調(diào)小R1 阻值。在伺服電機的主電路中也有互鎖保護(hù)環(huán)節(jié)。與非門的比較結(jié)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(zhuǎn)。 T1 時間越短，同步精度就越高。 31 圖 312 控制電路原理 同步控制電路原理如圖 313所示。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： I，使 4第三章電控系統(tǒng)電路及各功能模塊的漩計 腳電位也為 l，Z輸出狀態(tài)取決于腳 5。 上述原理可由圖 312 實現(xiàn)。如果兩個系統(tǒng)剛好同步，在圖 3— 9的同步范圍內(nèi)，要求伺服電機既不正轉(zhuǎn)也不反轉(zhuǎn)，處于停止?fàn)顟B(tài)。在產(chǎn)品供送系統(tǒng)的驅(qū)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(cè)面裝上接近開關(guān) J的探頭，如圖所示的瞬間，接近開關(guān)沒有感應(yīng)到金屬片 1，假設(shè)輸出狀態(tài)為 1，當(dāng)產(chǎn)品供送軸 3 旋轉(zhuǎn)，半圓金屬片遮住接近開關(guān)，接近開關(guān)輸出狀態(tài) J為 0，因此產(chǎn)品供送軸每旋轉(zhuǎn)一圈，接近開關(guān)的 l和 0輸出狀態(tài)大約各占一半的時間。 當(dāng)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(biāo)。 圖 310同步控制系統(tǒng)框圖 包裝機械設(shè)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(shè)備是直接將機械動力傳輸給包裝材料的供送系統(tǒng) )。為滿足該要 求，變頻器有關(guān)參數(shù)設(shè)置，如下。 3)變頻器參數(shù)的設(shè)置 分切機 放卷機驅(qū)動用變頻器是 6SE70型矢量變頻器。 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。 ProfibusDP(Distributive Peripheral分布式外設(shè) )是 profibus的重要組成部分。 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(jìn)行配置和編程，支持profibus— DP、 s7等通訊協(xié)議。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(shè)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。通過將轉(zhuǎn)速實際值反饋給 PLC，經(jīng) PLC形成轉(zhuǎn)速閉環(huán)，并通過檢測放卷輥的直徑，在轉(zhuǎn)速環(huán)前向通道中設(shè)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(zhuǎn)動慣量的變化所產(chǎn)生的影響，從而保證轉(zhuǎn)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。當(dāng)信號 e(t)進(jìn)入自適應(yīng)控制回路后，經(jīng)運算產(chǎn)生適當(dāng)?shù)恼{(diào)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(t)=ym(t)即偏差信號 e(t)=O，自適應(yīng)調(diào)整過程就自動停止，控制器參數(shù)也就自動整定完畢。 y(t)_參數(shù)模型輸出 e(t)一偏差量 z(t)一自適應(yīng)控制量 圖 36自適應(yīng)系統(tǒng)框圖 自適應(yīng)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(shù)。角加速度推導(dǎo)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24 力可由實驗測得 )。 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。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。包裝紙分切機是一種采用 調(diào)節(jié)輥的張力控制系統(tǒng)。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(yīng)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(jìn)行直流制動。從放卷到切斷，包裝紙是連續(xù)的，當(dāng)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(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。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。 當(dāng)工藝盤轉(zhuǎn)到 V3 或 v7 槽時，壓動行程開關(guān) SOa，KTl 得電，當(dāng)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(fù)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。 19 圖 32 裝料工位控制線路圖 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(shè)有操作選擇控制，由按鈕 SB2 和中間繼電器 KA 組成。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。當(dāng)主機停下來時，送卷紙電機不應(yīng)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。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)。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。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。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。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(fù)。模塊與 S7300CPU及負(fù)載電壓之間是光電隔離的。循 環(huán)時間是對外部模擬信號的采樣間隔。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 S7300 內(nèi)部處理用的數(shù)字信號。 SM331 可選的積分時間有： 25ms， 167ms， 20ms和 l00ms。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。 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。 SM321 數(shù)字輸入模塊具有 32 位獨立的輸入點，用于連接開關(guān)或 2線接近開關(guān) (BERO)。除此之外，另一個重要的任務(wù) 就是接受工控機(上位機 )的控制命令，以進(jìn)行全自動包裝循環(huán)。除此之外，它自帶的 STEP7 編程軟件功能強大，使13 用方便，也使開發(fā)過程變得簡單快捷。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴大并且愈加復(fù)雜時，可隨時使用附加的模塊對 PLC 進(jìn)行擴展。然后確定系統(tǒng)的規(guī)模、機型和配值。 2． 4． 1控制系統(tǒng)主要器件的選擇 12 卷紙包裝機控制系統(tǒng)主要器件包括工控機 (另配顯示器 )、 PLC、變頻器等。 2． 4總體結(jié)構(gòu)關(guān)系 在前面己經(jīng)說明，本系統(tǒng)采用可編程控制器 (PLC)和工控機兩級控制的結(jié)構(gòu)。可編程控制器的停運方式有正常停運，暫時停運和緊急停運?三種。 4．自動：按啟動按鈕，程序完成一個周期的動作后又接著從第一步開始運行，自動循環(huán)。上位機完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的存貯、處理與輸出，以圖形或表格形式對現(xiàn)場進(jìn)行動態(tài)模擬顯示、分析限值或報警 信息，驅(qū)動打印機實時打印各種圖表。單主機控制方式，對主機要求較高，危險相對集中。 10 2． 2可編程控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計 利用 PLC 可以構(gòu)成多種控制系統(tǒng)：單機控制系統(tǒng)，集中控制系統(tǒng)，分散型控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程 I／ O 控制系統(tǒng)。當(dāng)?shù)竭_(dá) 2號工位時，工藝盤停止，延時 250ms，同時發(fā)出上料信號，在此時段內(nèi)，插紙板在工藝盤停止后也相繼停止，但由于慣性，會使包裝紙帶著紙球旋轉(zhuǎn)一個較小的角度，使包裝紙能完全包住紙球，然后再后退，同時夾鉗機構(gòu)軸向運動，碰到限位開關(guān)時，軸向運動停止，而三個夾桿同時徑向運動，抓緊包裝紙的兩端，當(dāng)碰到抓緊限位開關(guān)時，夾鉗機構(gòu)軸旋轉(zhuǎn) 90 度后繼續(xù)向前移動，進(jìn)行窩邊。工件從 1 號工位裝入；在 2號工位由夾鉗機構(gòu)完成前進(jìn)，抓緊，旋轉(zhuǎn)，窩邊的動作，同時分別向托盤和推紙空心臺 發(fā)出送紙球和送紙片信號；在 3號工位，包裝好的產(chǎn)品由于重力作用落入成品庫。 簡單的工藝流程如圖 21 所示。切紙機構(gòu)采用交流變頻調(diào)速電機，帶動一個凸輪旋轉(zhuǎn)，以帶動切斷刀上下運動，在凸輪上安裝一個位置傳感器，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)到某一位置時，切刀向上運動，二刀分離，當(dāng)有色標(biāo)信號時，刀又向下運動。在設(shè)計控制系統(tǒng)之前，首先得了解其生產(chǎn)工 藝?？偨Y(jié)各機構(gòu)的動作順序，將其用流程圖的形式表示出來，為實現(xiàn)高速全自 動運動控制做準(zhǔn)備。通過對各種控制系統(tǒng)的分析比較，我們決定采用 PLC 控制系統(tǒng)。因此，國外在注塑機、各種包裝機上已經(jīng)大量地采用了 PLC 來取代傳統(tǒng)的繼電器控制屏，故障率大大降低，性能有了很大提高。一般的 PLC 都有上百點內(nèi)部輔助繼電器甚至更多，且還有多種專用的內(nèi)部電器，足可以應(yīng)付一般的控制要求，唯一需要做的工作就是對 PLC 進(jìn)行編程。為此，我們開發(fā)了“卷紙包裝機控制系統(tǒng)”，我在其中負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計工作。 6 5．通用性、高度專業(yè)化的融合是可編程控制系統(tǒng)的新特征。 8．控制與管理功能一體化 為了滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的控制與管理的需要， PLC 將廣泛采用計算機信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)，使 PLC 系統(tǒng)的生產(chǎn)控制功能和 信息管理功能融為一體。 MTBF(平均無故障時間 )是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。 6．可靠性進(jìn)一步提高 隨著 PLC 進(jìn)入過程控制的領(lǐng)域，對 PLC 可