【正文】 片材的成型是通過模具內(nèi)抽真空使軟化的片材吸附在模具上形成期望的規(guī)則形狀。 (9) 夾腳 。 (10)沖剪。 同樣，沖剪動作也是由兩臺伺服電機，需要在程序中設定電機的轉速、轉向、及動作時間。 堆疊動作由伺服電機配合光電開關、計數(shù)器完成 。 (12)撥臂動作 。撥臂電機單相異步電動機，其啟停由接近開關來控制，當堆疊升降臺推出產(chǎn)品時， 觸發(fā)接近開關啟動撥臂電機，而電機的反轉和復位由另外的接近開關來控制。 輸送是通過鏈軌機構來完成，輸送電機為單相異步電動機，由接近開關來控制其動作與否。 收料動作的控制與送料部件相似，也是通過接近開關來判斷是否需要啟停電機，把廢料收卷起來。 上述為 ZXSJ 型全自動真 空吸塑機的工作流程。 此外還有其他機構實現(xiàn)輔助功能，如在換不同材質(zhì)的片材進行加10 工前，需要調(diào)整其片材寬度，片材夾緊氣缸的行程等 ，可通過硬件來實現(xiàn)。 電 源 啟 動熱 爐加 熱 箱 前 進 到 位手 動 / 自 動復 位送 片退 片下 閘合 模油 泵拉 伸 下拉 伸 上拉 伸 復 位成 型夾 腳開 模沖 剪堆 疊下 閘 下 降送 片到 位下 閘 上 升到 位沖 剪 上 模 下 降 沖 剪 下 模 上 升到 位到 位上 模 復 位 下 模 復 位堆 疊 升 降 臺 上 升 計 數(shù)頂 出 制 品升 降 臺 復 位下 模 上 升 上 模 下 降到 位延 時上 模 復 位拉 伸到 位成 型下 模 復 位 拉 伸 復 位延 時夾 腳計 數(shù) 到 設 定 值延 時圖 31 系統(tǒng)控制流程圖 設備狀況 在控制系統(tǒng)中， 設備狀況是具體的控制對象應滿足整個工藝要求。下面對 ZXSJ 型全自 動真空吸塑機的設備狀況作簡要分析： 在本控制系統(tǒng)中 ，送片、開合模、沖剪及堆疊等工 序均由 伺服驅動完 成； 加11 熱箱驅動、下閘、由氣缸驅動完成；拉伸由液壓驅動完成；真空成型由電磁閥驅動真空泵完成；夾腳動作也是由氣缸驅動完成 。 此外，整個控制系統(tǒng)的保護在硬件及軟件上均 設計了 相應的保護功能。 本 設計主要依據(jù)控制功能來進行系統(tǒng)的類型、規(guī)模、機型、模塊、軟件等詳細設計。在系統(tǒng)的實際運行中我們所要實現(xiàn)的功能目標主要有兩個方面： (1)手動操作。[4]在調(diào)試完成后可切換成自動運行模式讓機器按設定的程序進行工作。 [4]在自動運行的工作模式下，系統(tǒng)按照 PLC 中設定的程序連續(xù)不斷地循環(huán)執(zhí)行各機構的 動作，在工作結束或者發(fā)生意外時收到停機或暫停信號時停止工作。 經(jīng)過系統(tǒng)工藝要求、設備狀況和控制功能的分析，控制系統(tǒng)硬件設計基本上形成了一個初步方案。由前面的章節(jié)可知， ZXSJ 型全自動真空吸塑機控制系統(tǒng)中的 輸入輸出信號全部為開關量信號，數(shù)字量輸入點數(shù)為 17 點，數(shù)字量輸出點數(shù)為 14 點，總共所需 I/O 點數(shù)為 31 點。 只需要選擇小型的 PLC 即可滿足控制需求。 [5] 12 容量的選擇與確定 (1) I/O 點數(shù)的估算。 系統(tǒng)中的輸入輸出信號包括繼電器、 接觸 器、電磁閥、指示燈等，但主要以交流信號為主 ，直流信號為輔。 (2)存儲器容量估算。因此在程序設計之前只能粗略的估算。 PLC 外設的選擇與確定 在本系統(tǒng)中，由于輸入輸出點數(shù)為開關量信號，且所需點數(shù)規(guī)模較小，一般不考慮擴展點數(shù)，盡量選取點數(shù)配套的 PLC 機型 ，另外，也不需要擴展模擬量單元和通信單元。 在顯示單元的選擇上，采用的是觸摸屏的顯示方案，根據(jù)廠方的使用慣例，在本系統(tǒng)中選用威綸 MT6100i 觸摸屏作為系統(tǒng)擴展的顯示單元。由于 ZXSJ 型全自動真空吸塑機在功能、性能等的市場定位為中高檔改良型產(chǎn)品， PLC 的價格因素并不是最重要的決定因素，所以我們首要考慮的是能否使其整機功能、性能達到較高的控制水平。 S7200 系列 PLC 的功能及性能介紹如下： [5] 圖 32 CPU22﹡ 系列 PLC 的主機外形 (1)S7200 CPU22﹡ 系列 PLC 的 CPU226 型號結構配置 包括 ： 具有 24 個輸入點和 16 個輸出點，共計 40 個 I/O 點。 8KB 用戶程序區(qū)和 5KB 數(shù)據(jù)存儲區(qū)。主要用于點數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。 1)PPI 方式：通過 PPI 方式， S7200 系列 PLC 與計算機之間或者是 PLC 相互之間可通過普通的兩芯屏蔽雙絞電纜進行聯(lián)網(wǎng)。 3）自由口通信方式：通過自由口通信方式， S7200 系列 PLC 可以與任何通信協(xié)議公開的其他設備、控制器進行通信。 2)對于不同的設備類型，其 CPU 各有 2 各種類型，具有不同的電源電壓和控制電壓。 4)具有 4～ 6 個高速計數(shù)器。 14 (3)豐富的擴展模塊對數(shù)字量和模擬量擴展模塊可方便選用，且經(jīng)濟實惠。 (3)存儲系統(tǒng)。同時， S7200系列 PLC 的 CPU 模塊支持可選的 EEPROM 存儲器卡。 硬件電路設計 PLC 控制系統(tǒng)的硬件電路設計 主要有 PLC 以及外圍線路的設計、電氣線路的設計和系統(tǒng)抗干擾設計等。主電路是指強電中的主干電路設計，而控制電路主要是指 PLC 控制部分的設計，包括 PLC 的 I/O 接線、自動部分接線、手動部分接線等。 其他電氣原理圖如主電路、系統(tǒng)各模塊控制電路詳見附錄，這里不再贅述。 1) 手動 /自動工作模式選擇按鈕連至 PLC 主機的輸入口 ，停止按鈕連 至 PLC 主機的輸入口 。 3) 計數(shù)系統(tǒng)的光電開關連至 PLC 主機 輸入口 。 5) 剩下的輸入口為備用口。 1) PLC 主機輸出口 控制送片速度， 口控制堆疊速度。 3) PLC 主機輸出口 控制油泵電機的啟停。 16 5) PLC 主機輸出口 控制加熱箱 進退驅動 電磁閥。 7) PLC 主機輸出口 ～ 分別 控制拉伸系統(tǒng) 的 3 個電磁閥。 9) PLC 主機輸出口 控制真空電磁閥。 11) 剩下 的兩個輸出口 、 備用。 PLC 主機及大容量的數(shù)字擴展模塊本身都帶有 +24V 電源。 電源需求計算 電源模塊選擇僅對于模塊式結構的 PLC 而言，對于整體式 PLC 不存在電源的選擇。電源模塊的17 輸出額定電流必須大于 CPU 模塊、 I／ O 模塊和其它特殊模塊等消耗電流的總和，同時還應考慮今后 I／ O 模塊的擴展等因素；電源輸入電壓一般根據(jù)現(xiàn)場的實際需要而定。共有 44 個輸入和 40 個輸出 。 CPU226 自帶一個 24VDC 傳感器電源，它為本機輸入 點和擴展模塊輸入點及擴展模塊繼電器線圈提供 24VDC。 伺服系統(tǒng) 概述 伺服系統(tǒng)的基本構成 伺服控制系統(tǒng)是一種能夠跟蹤輸入的指令信號進行動作，從而獲得精確的位置、速度及動力輸出的自動控制系統(tǒng)。 [7] (1)控制對象： 控制“位置”或“速度”的機械機構，包含電機的傳動 機構 ；在本系統(tǒng)中主要體現(xiàn)為送片機構、成型機構、沖剪機構、堆疊機構等。 交流 伺服系統(tǒng)的工作原理 交流伺服系統(tǒng)的工作原理是伺服驅動器發(fā)送運動命令，驅動伺服電機運動，并接收來自編碼器的反饋信號，然后重新計算伺服電機運動目標位置，從而達到精確控制伺服電機運動的目的。 交流伺服系統(tǒng)的控制精度由旋轉編碼器來保證。 根據(jù)控制系統(tǒng)的功能和性能需求， 上述機構在 運動過程中對速度調(diào)節(jié)及 運動定位有較高的要求。 S7200系列 PLC 提供了多種位置控制模式可供用戶選擇，分別是 高速脈沖模式 、 EM253位置控制模塊及自由口通信 等三種 模式 。 考慮到自由口通信模式在編程方面工作量大，實現(xiàn)起來較為復雜 ，決定采用 EM253 位置控制模塊控制其中的四臺伺服電機。下面分別就兩種位置控制模式舉例進行具體設計過程的說明。 在位置控制模式下，伺服驅動器接收 PLC 發(fā)出的位置指令信號脈沖 /方向，送入脈沖列形態(tài)， 經(jīng)電子齒分 /倍頻后，在偏差可逆計數(shù)器中與反饋脈沖信號比較后形成偏差信號。位置偏差信號經(jīng)位置環(huán)的復合前饋 控制器調(diào)節(jié)后，形成速度控制指令信號。位置控制精度 由旋 轉編碼器每轉產(chǎn)生的脈沖數(shù)控制，在脈沖編碼器是安川伺服電機自帶的。 這兩個脈沖輸出口的最大脈沖輸出頻率為100KHz。 [8]高速脈沖輸出方式的位置控制原理圖如 圖 41 所示： 威綸觸摸屏P L CC P U 2 2 6S G D M伺 服 驅 動 器安 川 伺服 電 機監(jiān) 視控 制脈 沖方 向 圖 41 高速脈沖模式位置控制原理圖 根據(jù)上圖所示，在控制過程中，將伺服驅動器定義在脈沖 +方向的控制模式下，由 或 口發(fā)送脈沖信號 ，控制電機的轉速和目標位置；通過 或其他輸出口發(fā)送方向信號，控制電機的正反轉。 硬件接線圖 伺服驅動器自帶的 CN CN2 端口設有多個輸入輸出端子，在設計過程中，我們可以按照各種工作模式引用相應的端子，以達到對伺服電機的正反轉、 定位反饋、速度、 給定距離、以 及故障信號等參數(shù)的控制。 [10] 圖 42 CN CN2 端口示意圖 在圖 43 中， 主電源 為 三相 AC380 經(jīng)過變壓器 TC 轉為 三相 AC220V 輸入 ，經(jīng)過 電機 保護開關和交流接觸器后，連接 到安川 SGMD 伺服驅動器 的 L LL3 和 L1C、 L2C 端口 ；安川 伺服電機電源通過 SGMD 伺服驅動器 的 U、 V、21 W 三個端口 輸入 ；伺服驅動器 的 CN2 插口與伺服交流電機用編碼電纜相連，實現(xiàn)反饋功能； CPU226 中編號為 7 7 7 79 的輸入口分別與圖中伺服驅動器的 1 3 44 號口相連， 實現(xiàn)脈沖輸入、伺服電機正反轉控制、伺服報警保護等功能。 [8]EM253 位置控制原理圖如44 所示： 如圖 44 所示， 在運行過程中，伺服驅動器同樣需要定義在脈沖 +方向的工作模式下。 22 威綸觸摸屏P L CC P U 2 2 6S G D M伺 服 驅 動 器安 川 伺服 電 機監(jiān) 視控 制脈 沖方 向E M 2 5 3使 能接 口 轉 化 電 路 圖 44 EM253 位置控制原理圖 EM253 硬件接線圖 比較圖 41 和圖 44 可知， 高速脈沖模式與 EM253 位控制模塊在硬件配置上大體相同。 在 EM253 模塊控制方式下， 系統(tǒng)的主電路連接與高速脈沖模式基本相同，這里不再贅述。 [2]因此，本系統(tǒng)軟件設計的目標可以歸納為兩點： (1)實現(xiàn)吸塑機各動作包括下閘、送片、拉伸、成型、夾腳、開合模、沖剪、堆疊等動 作的順序與同步控制 ,在功能上實現(xiàn)工藝流程的控制 ；(2)保證各動作準確可靠， 使吸塑機能夠持續(xù)穩(wěn)定地運行， 在此基礎上盡力提高生產(chǎn)效率。首先， 在深入研究 ZXSJ 型全自動真空吸塑機的工藝流程的基礎上理順各機構動作之間的關系 并確定 每個動作在一個循環(huán)里所占用的時間 ，從而在程序中設定各種控制信號的讀入和送出 的時間 ； 其次， 根據(jù) PLC 獲取的來自行程開關、編碼器等的位置控制信號， 適時地控制每臺電機的啟停，保證各機構動作準確到位 ；通過設定各計時器延時的長短、脈沖頻率等 參數(shù)來調(diào)整吸塑機的運行狀態(tài)，適應不同的生產(chǎn)需求。 由于 PLC 采用的是循環(huán)掃描的工作方式會對控制信號的輸出造成隨機延時， 當掃描周期相對于控制對象輸入輸出要求過長時 甚至 可能會導致機構誤動作影響整機的正常工作。 24 軟件結構設計 根據(jù)圖 31 所示的系統(tǒng)控制流程， 可以將軟件劃分為幾大模塊，包括 主程序 、伺服 驅動 、 基本動作控制 、 工作流程 控制 、 及參數(shù) 初始化 等。 程序各模塊之間的關系如圖 51 所示： 主 程 序伺 服 驅 動工 作 流 程 控 制 基 本 動 作 控 制參 數(shù) 初 始 化 圖 51 程序結構原理圖 軟件模塊詳細設計 ZXSJ 型全自動真空吸塑機 工作流程的控制較為復雜，基本動作主要包括加熱箱進退、送片、合模、油泵、拉伸、真空、夾腳、開模、沖剪、堆疊等， 其中設計順序與同步控制的問題。 因此，在編寫程序時可采用并行型分支與匯合的狀態(tài)轉移方法 ，在一個狀態(tài)完成后，同時驅動數(shù)個分支的狀態(tài)，同時進行多個程序的執(zhí)行。 主程序設計 基于上述編程思想， 可將系統(tǒng)中同一系列的基本動作 劃分 為一個子過程， 通過調(diào)用子程序的方式來完成對子過程的控制 。25 其中， 主程序所調(diào)用的 三個子過程執(zhí)行的起始時間相同但結束時間不同，當最后一個子過程執(zhí)行完畢才進入下一個循環(huán)， 各個狀態(tài)轉移的判斷條件為執(zhí)行時間或位置信號輸入 （在流程控制功能模塊中進行相應的設置）。成型子程序的任務是控制有關伺服電機及電磁閥的 順序與同步執(zhí)行 過程 。 成 型 子 過 程開 始上 模 下 降 下 模 上 升延 時 時 間到 ？上 模 復 位Ｙ拉 伸拉 伸 到 位N真 空 成 型Y延 時 時 間到 ？夾 腳Y拉 伸 復 位 下 模 復 位結 束 圖 53 成型子程序流程圖 沖剪子程序設計 沖剪子 程序 只要求 控制 兩臺伺服電機的 同步 運行，控制目標實現(xiàn)兩臺伺服電機同步啟動、同步到位及