【正文】 電機(jī)動(dòng)作，開始放卷。切紙機(jī)構(gòu)采用交流變頻調(diào)速電機(jī)，帶動(dòng)一個(gè)凸輪旋轉(zhuǎn)，以帶動(dòng)切斷刀上下運(yùn)動(dòng)，在凸輪上安裝一個(gè)位置傳感器，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)到某一位置時(shí)，切刀向上運(yùn)動(dòng)，二刀分離，當(dāng)有色標(biāo)信號(hào)時(shí)，刀又向下運(yùn)動(dòng)。切好的紙片經(jīng)整理后放入紙片庫中，等待推紙空心臺(tái)送紙片。簡單的工藝流程如圖21所示。包裝工藝盤共有八個(gè)v形槽，三個(gè)加工工位，當(dāng)包裝紙和待包裝的卷筒紙放入槽中后，由工藝盤載著其轉(zhuǎn)動(dòng)，依次送入各加工工位。工件從1號(hào)工位裝入；在2號(hào)工位由夾鉗機(jī)構(gòu)完成前進(jìn)，抓緊，旋轉(zhuǎn)，窩邊的動(dòng)作，同時(shí)分別向托盤和推紙空心臺(tái)發(fā)出送紙球和送紙片信號(hào)；在3號(hào)工位，包裝好的產(chǎn)品由于重力作用落入成品庫。設(shè)定一個(gè)8位移位寄存器，每位移位寄存器相應(yīng)于一個(gè)V形槽，每120ms移位一次，控制相應(yīng)的操作。當(dāng)?shù)竭_(dá)2號(hào)工位時(shí)，工藝盤停止，延時(shí)250ms，同時(shí)發(fā)出上料信號(hào)，在此時(shí)段內(nèi)，插紙板在工藝盤停止后也相繼停止，但由于慣性，會(huì)使包裝紙帶著紙球旋轉(zhuǎn)一個(gè)較小的角度，使包裝紙能完全包住紙球，然后再后退，同時(shí)夾鉗機(jī)構(gòu)軸向運(yùn)動(dòng)，碰到限位開關(guān)時(shí)，軸向運(yùn)動(dòng)停止，而三個(gè)夾桿同時(shí)徑向運(yùn)動(dòng)，抓緊包裝紙的兩端，當(dāng)碰到抓緊限位開關(guān)時(shí)，夾鉗機(jī)構(gòu)軸旋轉(zhuǎn)90度后繼續(xù)向前移動(dòng)，進(jìn)行窩邊。到達(dá)3號(hào)工位時(shí)，成品落下，完成一次包裝，這樣如此循環(huán)，直到發(fā)出停止信號(hào)。2．2可編程控制系統(tǒng)控制方案的設(shè)計(jì)利用PLC可以構(gòu)成多種控制系統(tǒng)：單機(jī)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)。集中控制系統(tǒng)如圖23所示，每個(gè)被控制對(duì)象與可編程控制器指定I／O相連接，因此各被控對(duì)象之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)的變換不需要另外設(shè)置專門的信號(hào)線路。單主機(jī)控制方式，對(duì)主機(jī)要求較高，危險(xiǎn)相對(duì)集中。圖22集中控制系統(tǒng) PLC作為一種控制設(shè)備，用它單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)是有局限性的，主要是無法進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算，無法顯示各種實(shí)時(shí)圖形和保存大量歷史數(shù)據(jù)，也不能顯示漢字和打印漢字報(bào)表，沒有良好的界面。上位機(jī)完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存貯、處理與輸出，以圖形或表格形式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬顯示、分析限值或報(bào)警信息，驅(qū)動(dòng)打印機(jī)實(shí)時(shí)打印各種圖表。1．手動(dòng)：各工步都可單獨(dú)點(diǎn)動(dòng)，按鈕釋放即停止運(yùn)行；2．單步：按下啟動(dòng)按鈕，運(yùn)行一個(gè)工步，到位即停。4．自動(dòng)：按啟動(dòng)按鈕，程序完成一個(gè)周期的動(dòng)作后又接著從第一步開始運(yùn)行，自動(dòng)循環(huán)。 根據(jù)卷紙包裝機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，本系統(tǒng)采用自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)運(yùn)行兩種方式?？删幊炭刂破鞯耐＿\(yùn)方式有正常停運(yùn)，暫時(shí)停運(yùn)和緊急停運(yùn)…三種。包裝機(jī)控制功能要求：手動(dòng)運(yùn)行可以用按鈕對(duì)包裝機(jī)的各個(gè)部分進(jìn)行單獨(dú)控制，主要用于故障恢復(fù)與檢修。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(jī)兩級(jí)控制的結(jié)構(gòu)。工控機(jī)用來進(jìn)行參數(shù)的修改與設(shè)定、全自動(dòng)控制、在線監(jiān)視、傳送信息等工作。2．4．1控制系統(tǒng)主要器件的選擇 卷紙包裝機(jī)控制系統(tǒng)主要器件包括工控機(jī)(另配顯示器)、PLC、變頻器等。工控機(jī)由一臺(tái)500VA的不問斷電源UPS供電，保證報(bào)表數(shù)據(jù)的完整記錄。然后確定系統(tǒng)的規(guī)模、機(jī)型和配值。其模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、和易于實(shí)現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點(diǎn)使得S7300成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的方案。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加的模塊對(duì)PLC進(jìn)行擴(kuò)展。它具有很強(qiáng)的計(jì)算能力和完善的指令集，以及通過MPI接口和SINECLANS聯(lián)網(wǎng)的能力，適用于高速的過程處理需要。除此之外，它自帶的STEP7編程軟件功能強(qiáng)大，使用方便，也使開發(fā)過程變得簡單快捷。根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)的確定要按照實(shí)際點(diǎn)數(shù)再加20％一30％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(M8*12Bit)：可提供具有12位分辨率的總數(shù)為16路的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道；2．4個(gè)模擬量輸出模塊SM332(AO4*12Bit)：可提供具有12位分辨率的總數(shù)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(D132*24VDC)：可提供總數(shù)為128路的開關(guān)量輸入通道；4．3個(gè)數(shù)字量輸出模塊SM322 D032*24VDC／0．5A：可提供總數(shù)為96路的開關(guān)量輸出通道；5．中央處理單元CPU315—2DP；6．通訊處理器CP343—57．接口模塊IM360和IM361。除此之外，另一個(gè)重要的任務(wù)就是接受工控機(jī)(上位機(jī))的控制命令，以進(jìn)行全自動(dòng)包裝循環(huán)。數(shù)字輸入模塊SM321向外提供電源，將位于現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)觸點(diǎn)的狀態(tài)經(jīng)過光電隔離和濾波，將從過程傳輸來的外部數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為內(nèi)部S7300信號(hào)電平。SM321數(shù)字輸入模塊具有32位獨(dú)立的輸入點(diǎn)，用于連接開關(guān)或2線接近開關(guān)(BERO)。模塊的每個(gè)輸出點(diǎn)有一個(gè)綠色發(fā)光二極管LED顯示輸入狀態(tài)。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(hào)電平轉(zhuǎn)化為控制過程所需的外部信號(hào)電平。 SM322：D03224DC／0．5A屬于晶體管輸出方式的模塊，只能帶直流負(fù)載：32個(gè)輸出點(diǎn)，分成8組；0．5A的輸出電流；該模塊輸出具有短路保護(hù)功能，適用于連接電磁閥、接觸器、小功率電機(jī)燈和電機(jī)啟動(dòng)器。模塊主要是由A／D轉(zhuǎn)換部件、模擬切換開關(guān)、補(bǔ)償電路、恒流源、光電隔離部件、邏輯電路等組成。積分式A／D轉(zhuǎn)換的積分時(shí)間直接影響到A／D轉(zhuǎn)換時(shí)間和A／D轉(zhuǎn)換精度。SM331可選的積分時(shí)間有：25ms，167ms，20ms和l00ms。S7—300的CPU用16位的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示模擬量的值，其中最高位為符號(hào)位“0”表示正值，“1”表示負(fù)值。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(kuò)展過程中的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為S7300內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)。即通過模擬切換開關(guān)，各個(gè)輸入通道按順序一個(gè)接一個(gè)轉(zhuǎn)換。循環(huán)時(shí)間是對(duì)外部模擬信號(hào)的采樣間隔。SM331的每兩個(gè)輸入通道構(gòu)成一個(gè)輸入通道組，可以按通道組任意選擇測(cè)量方法和測(cè)量范圍。模塊與S7300CPU及負(fù)載電壓之間是光電隔離的。電源模塊PS307(5A)及其容量計(jì)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。如果正常輸出額定電壓24V，則綠色LED點(diǎn)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(shí)，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(dòng)恢復(fù)。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。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。2．5本章小結(jié)本章分析了卷紙包裝機(jī)工藝流程和包裝各動(dòng)作的時(shí)序及包裝機(jī)速度的影響因素及提高方法，設(shè)計(jì)了包裝機(jī)控制系統(tǒng)的控制方案、運(yùn)行方式及硬件的選擇和組態(tài)，并詳細(xì)介紹了組態(tài)的各模塊。另外幾臺(tái)小功率輔助電機(jī)分別用于驅(qū)動(dòng)開卷機(jī)構(gòu)，切紙機(jī)構(gòu)，送料機(jī)構(gòu)，插紙板，夾鉗機(jī)械手等。工藝盤的轉(zhuǎn)動(dòng)是由三相異步電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)的，各加工工位的動(dòng)作是通過順序邏輯控制電磁閥，以壓縮空氣、氮?dú)馔苿?dòng)氣缸，從而帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。其控制部分則用一個(gè)1KW的變壓器(TC2)將380V的電壓變?yōu)?20V，并且在輸出側(cè)分成五路，分別提供給工控機(jī)、PLC、PLC輸入回路、PLC輸出回路和繼電器回路。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?yàn)樗鼈儗儆诟綄僭O(shè)備，與控制無關(guān)所以從QSl之前引出，以便在檢修時(shí)也不影響其正常使用。若所有的檢測(cè)和控制條件均有效，則按下啟動(dòng)按鈕可使主電機(jī)輕載低速啟動(dòng)，并在一定時(shí)間延遲后自動(dòng)控制變頻器的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。2．變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)控制 變頻器的運(yùn)轉(zhuǎn)控制主要有運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)、速度自動(dòng)設(shè)定、故障報(bào)警停機(jī)故障提示和解除故障狀態(tài)。當(dāng)主機(jī)停下來時(shí)，送卷紙電機(jī)不應(yīng)馬上停止，必須經(jīng)過～段延時(shí)后再停，否則將會(huì)出現(xiàn)下紙道短時(shí)缺紙或紙道堵塞的現(xiàn)象，影響主電機(jī)的再次啟動(dòng)。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200～400毫秒。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)。卷紙和包裝紙已進(jìn)入該工位，電機(jī)帶動(dòng)工藝盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)插紙板向前運(yùn)動(dòng)，托盤推桿和推紙空心臺(tái)退回原位。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(tái)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。推板位置調(diào)準(zhǔn)后，按下SB2使KA得電，其常開觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)動(dòng)作。 當(dāng)工藝盤轉(zhuǎn)到V3或v7槽時(shí)，壓動(dòng)行程開關(guān)SOa，KTl得電，當(dāng)延時(shí)到，其常開觸點(diǎn)閉合，放紙空心臺(tái)和托盤推桿同時(shí)上升，重復(fù)上述操作，SQp為到工位1時(shí)的行程開關(guān)，延時(shí)150毫秒后，工藝盤轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)放紙空心臺(tái)和托盤推桿下降。、旋轉(zhuǎn)、窩邊工位2 如圖3．3所示，當(dāng)?shù)竭_(dá)V2或V6槽時(shí)，由該位的行程開關(guān)發(fā)出信號(hào)，央鉗機(jī)構(gòu)軸向電機(jī)動(dòng)作，打開氣缸電磁閥，使兩端的夾鉗機(jī)構(gòu)沿軸向運(yùn)動(dòng)，到限位開關(guān)時(shí)，軸向運(yùn)動(dòng)停止，夾鉗機(jī)構(gòu)徑向運(yùn)動(dòng)電磁閥打開，三個(gè)夾桿同時(shí)順著導(dǎo)軌徑向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)觸到抓緊開關(guān)時(shí)，抓緊動(dòng)作結(jié)束。然后徑向電機(jī)反轉(zhuǎn)，夾緊裝置松開，同時(shí)軸向電機(jī)反轉(zhuǎn)，使夾鉗機(jī)構(gòu)退回的原位。當(dāng)?shù)竭_(dá)此工位時(shí)，由于已越過卷紙的支撐平臺(tái)，包裝好的卷紙由于重力作用，自動(dòng)落入成品庫中。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)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通知其它各節(jié)點(diǎn)開始協(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。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)。機(jī)器運(yùn)行過程中，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)。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。包裝紙分切機(jī)是一種采用調(diào)節(jié)輥的張力控制系統(tǒng)。工作時(shí)首先根據(jù)紙厚通過上位機(jī)設(shè)定所需張力，該張力是通過氣壓加至調(diào)節(jié)輥上而產(chǎn)生的。是重力和氣壓力的合力，該力是一個(gè)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。分切機(jī)主傳動(dòng)變頻器控制主傳動(dòng)電機(jī)跟隨控制面板上速度電位器的設(shè)定值運(yùn)動(dòng)，放卷機(jī)變頻器及傳動(dòng)電機(jī)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(diǎn)附近，以間接地控制張力。PLC內(nèi)部根據(jù)分切機(jī)主傳動(dòng)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(yùn)算得到并輸出放卷機(jī)變頻器的給定頻率，控制放卷機(jī)的運(yùn)行。從而使調(diào)節(jié)輥保持在中間位置。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(duì)于紙張的開卷張力一般為紙張的抗拉強(qiáng)度(或由拉斷力換算)的20％左右，(拉斷力可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得)。又根據(jù)發(fā)電機(jī)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(dòng)慣量變化范圍很大，亦即控制對(duì)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)方法必定得不到滿意的控制效果。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(jì)算機(jī)的發(fā)展和普及而發(fā)展起來的一種新型自動(dòng)控制技術(shù)。一個(gè)典型的自適應(yīng)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(yīng)控制器，因此增加了幾個(gè)參數(shù)。當(dāng)信號(hào)e(t)進(jìn)入自適應(yīng)控制回路后，經(jīng)運(yùn)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(tǒng)(t)=ym(t)即偏差信號(hào)e(t)=O，自適應(yīng)調(diào)整過程就自動(dòng)停止，控制器參數(shù)也就自動(dòng)整定完畢。其中積分系數(shù)與放卷輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比。通過將轉(zhuǎn)速實(shí)際值反饋給PLC，經(jīng)PLC形成轉(zhuǎn)速閉環(huán)，并通過檢測(cè)放卷輥的直徑，在轉(zhuǎn)速環(huán)前向通道中設(shè)置1個(gè)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(dòng)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(shí)始終具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能。放卷機(jī)的調(diào)節(jié)原理,方框圖見圖3—7。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(jì)編程序控制器，主要模塊有CPU315一DP，通訊模塊CP342—5，IM360，IM361擴(kuò)展模塊等。CPU315一DP使用STEP7編程語言， s，最長的除法操作指令執(zhí)行時(shí)間為1．35 u s。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。從站可以是ET200M分布式I／O設(shè)備，其通訊模塊為IMl53—1．亦可以是profibus．DP有接口的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，通過pmfibus—DP總線的數(shù)據(jù)傳送率可達(dá)12Mbit／s。 ProfibusDP(Distributive Peripheral分布式外設(shè))是profibus的重要組成部分。主要應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)．是一種高速(可達(dá)12Mbit／s)和便宜的通信連接，它被設(shè)計(jì)為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散的I/O之間進(jìn)行通信使用，可滿足全數(shù)字交直流調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于電機(jī)快速的時(shí)間響應(yīng)要求。 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。 ET200M是分布式I／O組件，帶有集成的profibus—DP現(xiàn)場(chǎng)總線接口．能夠快速、方便地連接到profibus—DP現(xiàn)場(chǎng)總線。3)變頻器參數(shù)的設(shè)置 分切機(jī)放卷機(jī)驅(qū)動(dòng)用變頻器是6SE70型矢量變頻器。經(jīng)濟(jì)性較好，且可保證放卷機(jī)快速地升降速，提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，而直流側(cè)不會(huì)過電壓。為滿足該要求，變頻器有關(guān)參數(shù)設(shè)置，如下。該控制思想也可應(yīng)用到控制對(duì)象的參數(shù)可以直／間接測(cè)量的其它控制系統(tǒng)中。圖310同步控制系統(tǒng)框圖包裝機(jī)械設(shè)備的同步控制系統(tǒng)框圖n”如圖3—10，機(jī)械動(dòng)力一方面提供給產(chǎn)品供送系統(tǒng)，同時(shí)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(jī)械動(dòng)力傳輸給包裝材料的供送系統(tǒng))。如果在同步范圍內(nèi)，伺服電機(jī)停止不動(dòng)作，差速器將輸入的速度輸出給包裝材料供送系統(tǒng)。當(dāng)包裝材料需要定長裁斷時(shí)，如單個(gè)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(gè)色標(biāo)。如圖3—11：包裝材料每供送到一定長度時(shí)，光電傳