【正文】 ，包裝紙的張力就是該恒定力的一半，亦即張力亦是一個(gè)恒定的力。調(diào)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(cè)距儀檢出后送 PLC。使其線速度與分切機(jī)的線速度同步。 放卷部分恒張力控制的變化是由于原卷材半徑的變化，造成放卷電機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化，根據(jù)放卷半徑的檢測(cè)方法，以放卷筒為研究對(duì)象，根據(jù)圖 35受力關(guān)系，建動(dòng)態(tài)力矩平衡方程： 為軸承的摩擦系數(shù)， R為軸承半徑， N 為軸上總重量 (包括卷材重量 )， Mo空載轉(zhuǎn)矩由電機(jī)冷卻風(fēng)扇的空氣阻力損耗等構(gòu)成。則由上式可求得發(fā)電機(jī)阻力矩 Mi。因此系統(tǒng)中采用了自適應(yīng)控制原理。其控制作用是基于一定的數(shù)學(xué)模型和一定的性能指標(biāo)綜合出來的，采用的是“預(yù)測(cè)一辨識(shí)一控制”的方法，通過辨識(shí) (包括對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、性能指標(biāo)等的辨識(shí) )而獲得自適應(yīng)能力。在自適應(yīng)控制系統(tǒng)中，一般反饋控制作用和自適應(yīng)控制作用同時(shí)存在。 在張力控制系統(tǒng)中利用自適應(yīng)控制，使變頻器工作在轉(zhuǎn)速開環(huán)的方式下，此時(shí)變頻器及電機(jī)的傳遞函數(shù)可近似為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)。而放卷輥的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與其直徑的平方成正比。從而確保分切機(jī)工作時(shí)包裝紙張力的穩(wěn)定。圖中： 25 2)控制系統(tǒng)硬件配置 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖 3— 8。 CPU315一 DP用于要求中到大規(guī)模的程 序和通過 profibus— DP進(jìn)行分布式配置的設(shè)備，具有能進(jìn)行浮點(diǎn)處理的 STEP7處理器和用于接口通訊的微控制器，可直接與編程器連接。定時(shí)控制程序調(diào)用間隔為 ims到 lmin，性能上滿足對(duì)分切機(jī)有關(guān)傳動(dòng)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速控制的要求。 CP342— 5能全自動(dòng)地處理與它相連接的設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，以及編輯和緩沖數(shù)據(jù)，用于 SIEMENS$7300可編程序控制器和profibus— DP主／從接口模板．作為主設(shè)備接口模板時(shí)，可鏈接多達(dá) 125個(gè)從站。 CP5611網(wǎng)卡是將 PLC的 MPI口 和上位機(jī)連接，以進(jìn)行程序的下載調(diào)試及變量傳輸。 profibusDP由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及用戶層構(gòu)成。 CBI通訊板 ?是用于 SIMOVERT Master Drives的 profibus． DP總線接口，CBl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 CBI通訊板接人 profibus— DP網(wǎng)中作為從站接收主站 SIMATIC S7的控制。與電機(jī)同軸的光電編碼器的輸出脈沖信號(hào)通過 CU2板送變頻器．調(diào)節(jié)輥的位置信號(hào)和放卷輥的直徑信號(hào)等經(jīng)分布式 I／ O模塊ET200M．通過 profibus— DP總線傳送給 PLC。 ET200M帶有集成 I／ O，除開關(guān)量信號(hào)以外，還可以采集和傳輸模擬信號(hào)。由于放卷機(jī)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)處于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，故采用直流母線供電，這樣可以使電能回饋到母線。本系統(tǒng)中放卷機(jī)變頻器的使用特點(diǎn)是 v／ f轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，但通過光電編碼器采集電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速值，變頻器通過 CBl板經(jīng) profibus． DP 27 總線接收 PLC的‘‘控制字”命令和轉(zhuǎn)速設(shè)定值，或向 PLC發(fā)送“狀態(tài)字”和轉(zhuǎn)速實(shí)際值。 P163： 1； v／ f轉(zhuǎn)速開環(huán)控制 P208=1；用光電編碼器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速 P090=1； CBl通訊板位于槽 2 P443=3002；主設(shè)定值位于 CBl板字 2 P443=0；附加設(shè)定位 1為 O P438=0；附加設(shè)定位 2為 0 P554=3001；開／關(guān) 1控制位于 CBl板字 l P697： 4： CBl板通訊采用 PP04格式，過程數(shù)據(jù)長(zhǎng)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(duì)數(shù)之值為 CBl板字 2(實(shí)際測(cè)量值 ) 以上自適應(yīng)控制方法在變轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhì)量。 3． 4 送料過程中的同步控制 在高速全自動(dòng)包裝機(jī)運(yùn)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(jìn)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(gè)系統(tǒng)相互之間有一個(gè)需要隨時(shí)調(diào)整速 度的同步控制問題。將產(chǎn)品供送和包裝材料供送的信號(hào)反饋給同步控制電路，比較兩者是否同步。否則當(dāng)包裝材料供送慢于產(chǎn)品的供送，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，提高包裝材料的供送速度，直到兩者同步；當(dāng)包裝材料供送快于產(chǎn)品的供送，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，使包裝材料的供送慢下來，使得兩者速度相同。在衛(wèi)生卷紙供送的同時(shí)，包裝材料還要有一個(gè)切斷的過程，這就增加了同步供送的復(fù)雜性。產(chǎn)品供送系統(tǒng)的信號(hào)用接近開關(guān)取出。假設(shè)光電傳感器 S 檢測(cè)到有色標(biāo)信號(hào)時(shí)輸出狀態(tài)為 1，沒有色標(biāo)信號(hào)時(shí)輸出為 O，只要判斷每次光電傳感器檢測(cè)到色標(biāo)時(shí)接近開關(guān)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)。可以根據(jù)這樣的判斷來控制伺服電機(jī)對(duì)產(chǎn)品供送系統(tǒng)的速度進(jìn)行補(bǔ)償。具體作法是讓控制電路在超前和滯后的轉(zhuǎn)換時(shí)，由跳變信號(hào)觸發(fā)，給出一段延時(shí)時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)獲得色標(biāo)信號(hào) s 表示同步，控制伺服電機(jī)不動(dòng)作。在這段延時(shí)結(jié)束后，如果獲得 S 信號(hào)，則表時(shí)產(chǎn)品供送超前，發(fā)出調(diào)控動(dòng)作。當(dāng) s為 0 時(shí)，卻未檢測(cè)到色標(biāo)，兩個(gè)與門F 和 z都被鎖住， J的狀態(tài) 對(duì)輸出結(jié)果無影響，信號(hào)， S： I，電路中 2， 4腳為高電位時(shí)正反補(bǔ)償均無輸出。如果 J： l， 1腳為高電位， F 輸出為 1，進(jìn)行反轉(zhuǎn)補(bǔ)償。但由于 J的跳變，延時(shí)電路得到一個(gè)負(fù)觸發(fā)脈沖，輸出低電位，使 5腳為 0，將 Z鎖住也無輸出。當(dāng)延時(shí)結(jié)束后， 延時(shí)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(cè)到色標(biāo) s=1，使 3， 4，5 腳都是高電位， Z輸出為 1，形成正轉(zhuǎn)補(bǔ)償。接近開關(guān)的輸入接 J端 ，光電傳感器的輸入接 s端。用一塊 555時(shí)基電路，調(diào)節(jié)電位器 R1可調(diào)整電路的延時(shí)時(shí)間 Tl。 T1 的調(diào)整效果可通過發(fā)光二極管 LEDl來指示。為了能鎖住與非門 74LSl0 的 5腳，用一個(gè)反相器反相。 R8和 C9 決定反轉(zhuǎn)補(bǔ)償時(shí)間， R7 和 C7 決定正 轉(zhuǎn)補(bǔ)償時(shí)間， R8 與 R7 值相等而且聯(lián)動(dòng)， C9和 C7 容量也相等，所以伺服電機(jī)的正反向補(bǔ)償時(shí)間是一樣的。二 31 極管 D2 和 D3 起保護(hù)作用，即在正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)補(bǔ)償期間又出現(xiàn)反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)指令時(shí)，伺服電機(jī)不會(huì)出錯(cuò)。實(shí)際上主電路中也可用固體繼電器代替普通有觸點(diǎn)繼電器。產(chǎn)品供送和包裝材料的供送同步精度調(diào)節(jié)要根據(jù)包裝質(zhì)量的要求，生產(chǎn)速度，正反方向的補(bǔ)償情況等因素綜合考慮。另外，調(diào)節(jié) R7 和 R8，改變伺服電機(jī)每次補(bǔ)償?shù)臅r(shí)間。如果伺服電機(jī)單方面動(dòng)作頻繁，說明該方向的補(bǔ)償不夠，可適當(dāng)增加補(bǔ)償時(shí)間。因此，要將 R R7 和 R8 配合起來調(diào)節(jié)。 32 3． 5 本章小結(jié) 本章主要對(duì)控制系統(tǒng)的供電線路及包裝各工位的電氣圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(yīng)控制原理設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了張力控制，同時(shí) 也實(shí)現(xiàn)了送料過程中的同步控制并繪出了電路圖。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機(jī)界面好就行了。特別是要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，抗干擾等問題。 入出信息變換、可靠物理實(shí)現(xiàn)，可以說是 PLC 實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。 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(yīng)用程序。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計(jì)。 PLC 的 IYO 電路，都是專門設(shè)計(jì)的。而且與內(nèi)部計(jì)算機(jī)電路在電上是隔離的，靠光耦合元件建立聯(lián)系。輸出電路還要進(jìn)行功率放大，以足以帶動(dòng)一般的工業(yè)控制元器件，如電 磁閥、接觸器等。 PLC 有多少 I／ O點(diǎn)，一般也就有多少 I／ O 電路。 輸入電路時(shí)刻監(jiān)視著輸入狀況，并將其暫存到輸入寄存器中。輸出電路要把輸出鎖存器的信息傳送 34 給輸出點(diǎn)，輸出鎖存器與輸入點(diǎn)也是一一對(duì)應(yīng)的。它們通過總線與內(nèi)存交換信息，并主要由運(yùn)行系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)。 PLC 內(nèi)存有專門開辟的存放輸入信息的映射區(qū)。這些位置成“ 1’ *I9 表示接點(diǎn)通，置成“ 0”為接點(diǎn)斷。輸出鎖存器與 PLC 內(nèi)存中的輸出映射區(qū)也是對(duì)應(yīng)的。依靠運(yùn)行系統(tǒng)程序，輸出繼電器的狀態(tài)映射到輸出鎖存器，這個(gè)映射也稱輸出刷新。圖 41 對(duì)以上敘述做出了說明。這個(gè)圖既反映了 PLC 實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)，同時(shí)也反映了 PLC 中信息的空間關(guān)系。有了上述過程，用 PLC實(shí)現(xiàn)控制顯然是可能的。又由于這個(gè)過程是永不停止的循環(huán)反復(fù)地進(jìn)行著，所以，輸出總是反映輸入的變化，只是在時(shí)間的響應(yīng)上略有滯后。為此， PLC 的工作速度要快，速度快、執(zhí)行指令時(shí)間短，是 PLC 實(shí)現(xiàn)控制的基礎(chǔ)。是用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的一種方式。在這種方式下，需處理的控制先申請(qǐng)中斷，被響應(yīng)后正在運(yùn)行的程序中止，轉(zhuǎn)而去處理中斷工作(運(yùn)行有關(guān)中斷服務(wù)程序 )。哪個(gè)控制需要處理，哪個(gè)就去申請(qǐng)中斷。 本系統(tǒng)采用的 PLC 軟件是西門子公司的 Step7， Step7 編程軟件可對(duì)硬件和網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)組態(tài)，具有簡(jiǎn)單、直觀、便于修改等特點(diǎn)。利用 Step7 可以方便地創(chuàng)建一個(gè)自動(dòng)化解決方案。這些數(shù)據(jù)包括：硬件結(jié)構(gòu)的組態(tài)數(shù)據(jù)及模板參數(shù)；網(wǎng)絡(luò)通訊的組態(tài)數(shù)據(jù)；以及為可編程模板編制的程序。生成一個(gè)項(xiàng)目的主要任務(wù)就是為編程準(zhǔn)備這些數(shù)據(jù)。 在生成一項(xiàng)目后，先插入站，然后可以組態(tài)硬件。一旦存儲(chǔ)并退出硬件組態(tài)，對(duì)于 在組態(tài)中生成的每一個(gè)可編程模板，都會(huì)自動(dòng)生成 s7／ M7 程序及空的連接表。硬件組態(tài)完成后就可為編程模板生成軟件。對(duì) SIMATICs7 模板而言，該對(duì)象文件夾稱作“ S7Program”。打開一個(gè)空的塊，然后用語句表，梯形圖或功能圖輸入程序。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(diǎn)接口 MPI)。如果在編程設(shè)備中沒有關(guān)于可編程控制器的項(xiàng)目數(shù)據(jù)，則可選擇通過“ AccessibleNodes”窗口來建立在線連接。如果在編程設(shè)備 PG／ PC 的項(xiàng)目中有組態(tài)的可編程控制器，可通過選擇在線的項(xiàng)目窗口建立連接?？删幊炭刂破髦械?s7 程序或 M7 程序都可以在在線窗口中顯示。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。在可編程控制器中，如果掉電且 RAM沒有被備份則數(shù)據(jù)丟失。當(dāng)電源關(guān)斷后和 CPU復(fù)位時(shí)，保存在他們的數(shù)據(jù)將被保留。這樣，當(dāng)出現(xiàn)故障而不能訪問到程序文檔的符號(hào)或注釋時(shí)，就可以在 PG／ PC 中編輯它。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(yùn)行狀態(tài)和 I／ O 通道的狀態(tài)等。通過編程器在 WindowsNT 的環(huán)境下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置、程序編制、調(diào)試和監(jiān)視，用戶界面方便友好。它的指令語法與一個(gè)繼電器梯形邏輯圖相似：當(dāng)電信號(hào)通過各個(gè)觸點(diǎn)、復(fù)合元件以及輸出線圈時(shí)，梯形圖可以讓你追蹤電信號(hào)在電源示意線之間的流動(dòng)。與機(jī)器碼相似，如果一個(gè)程序是用語句表編寫的， CPU 執(zhí)行程序時(shí)則按每一條指令一步一步地執(zhí)行。 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。 Step7有三種編程方法： A：線性編程； B：分部式編程； C：模塊化編程。 廣義的程序塊分為系統(tǒng)程序塊和 用戶程序塊。系統(tǒng)程序塊是集成在 CPU操作系統(tǒng)中的預(yù)定義的功能和功能塊，不占用用戶存儲(chǔ)空間，并且在整個(gè)系統(tǒng)中都具有相同的接口、相同的名稱和 相同的編號(hào)。 STEP 7將用戶程序指令存放在 “ 塊 ” 中。其中 FB和 FC作為 0B的子 程 序。 根據(jù)卷紙包裝機(jī)的實(shí)際情況，我們?cè)诰幊虝r(shí)作了如下規(guī)定： DBl定義存儲(chǔ)放卷分切的所有開關(guān)量和模擬量； DB2定義存儲(chǔ)環(huán)境設(shè)備的監(jiān)控量； DB3定義存儲(chǔ)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。根據(jù) PLC設(shè)備對(duì)定義變量地址的規(guī)定，數(shù)字量模塊都按 4個(gè)字 節(jié) (32位 )分配地址，模 塊的起 始地址是實(shí)際插槽 (SLOT)號(hào)減 l乘 4，每個(gè)數(shù)字量只占 1位地址；模擬量模塊自動(dòng)按 16個(gè)字節(jié)的地址寄存器分配地址，模擬量模塊的起始地址是實(shí)際插槽 (SLOT)號(hào)減 1乘 64，再加上 512， 每個(gè)模擬量占用 2個(gè)字節(jié)的地址。 OBI為執(zhí)行用戶程序的接口。單個(gè) FB 塊可以帶不同的即時(shí)數(shù)據(jù)塊，多次調(diào)用。 3．功能 (FC)：無相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器區(qū)的邏輯塊， Fc 塊定義為“可再調(diào)用”塊。 每個(gè) S7CPU中常駐內(nèi)存有系統(tǒng)功能塊 (SFB和 SFC)。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。 組織塊中有兩種模塊對(duì)程序的編制和運(yùn)行十分重要，它們是啟動(dòng)模塊OBl00 和主循環(huán)模塊 OBl。啟動(dòng)模塊 OBl00 通過調(diào)用功能 FCl22 實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC 設(shè)備的熱啟動(dòng)。 主循環(huán)模塊 OBI中存放所有用戶程序以待執(zhí)行，也可以將用戶程序存放于不同的功能模塊中，只在 OBl中調(diào)用，需要時(shí)才執(zhí)行。 OBl中還可調(diào)用其它的系統(tǒng)功能模塊完成指定的系