【正文】 24 力可由實驗測得 )。 又根據(jù)發(fā)電機原理 1)基本控制思想 由于帶膜放卷輥的直徑變化范圍很大，放卷輥的轉動慣量變化范圍很大，亦即控制對象的參數(shù)變化范圍很大，若控制器采用定參數(shù)的 PID調節(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)一自適應控制量 圖 36自適應系統(tǒng)框圖 自適應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。一個典型的自適應控制系統(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控制器，因此25 增加了幾個參數(shù)。當信號 e(t)進入自適應控制回路后，經(jīng)運算產(chǎn)生適當?shù)恼{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，自適應調整過程就自動停止，控制器參數(shù)也就自動整定完畢。其中積分系數(shù)與放卷輥的轉動慣量成正比。通過將轉速實際值反饋給 PLC，經(jīng) PLC形成轉速閉環(huán)，并通過檢測放卷輥的直徑，在轉速環(huán)前向通道中設置 1個與放卷輥直徑的平方成正比的比例系數(shù)D，可以抵消其轉動慣量的變化所產(chǎn)生的影響，從而保證轉速 環(huán)在放卷輥直徑變化時始終具有優(yōu)良的動態(tài)性能。放卷機的調節(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。 CPU315一 DP使用 STEP7編程語言，最短的指令執(zhí)行時間為 s，最長的除法操作指令執(zhí)行時間為 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設備，其通訊模塊為 IMl53— 1．亦可以是profibus． DP有接口的現(xiàn)場設備，通過 pmfibus— DP總線的數(shù)據(jù)傳送率可達12Mbit／ s。 ProfibusDP(Distributive Peripheral分布式外設 )是 profibus的重要組成部分。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/O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。 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)場總線接口．能夠快速、方便地連接到 profibus— DP現(xiàn)場總線。 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。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。為滿足該要 求，變頻器有關參數(shù)設置，如下。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。 圖 310同步控制系統(tǒng)框圖 包裝機械設備的同步控制系統(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 (無同步控制的設備是直接將機械動力傳輸給包裝材料的供送系統(tǒng) )。如果在同步范圍內(nèi)，伺服電機停止不動作，差速器將輸入的速度輸 出給包裝29 材料供送系統(tǒng)。 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。如圖 3— 11：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。在產(chǎn)品供送系統(tǒng)的驅動軸上 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 l和 0輸出狀態(tài)大約各占一半的時間。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 l，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。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也不反轉，處于停止狀態(tài)。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。 上述原理可由圖 312 實現(xiàn)。只有當檢測到色標 J的狀態(tài)才對輸出有影響。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。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)。 31 圖 312 控制電路原理 同步控制電路原理如圖 313所示。比較電路選用一塊 74LSl0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。 T1 時間越短，同步精度就越高。只要 555 的 2腳得到負脈沖， 3 腳就輸出高 電位。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。BGl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。在伺服電機的主電路中也有互鎖保護環(huán)節(jié)。正反轉的工作狀態(tài)可通過發(fā)光二極管 LED2 和 LED3 指示。調節(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，要適當調小R1 阻值。如果伺服32 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。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。 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。 34 第四章 PLC 的軟件設計 PLC 基于計算機，但不等同于計算機。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。 1．可編程序控制器實現(xiàn)控制的要點。入出信息變換靠運行存儲于 PLC 內(nèi)存中的程序實現(xiàn)。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。 可靠物理實現(xiàn)主要靠輸入 (input)及輸出 (output)電路。輸入電路要對輸入信號進行濾波，以去掉高頻干擾。輸出電路內(nèi)外也是電隔離的，靠光耦合元件或輸出繼電器建立聯(lián)系。 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。但由于它們都是由高度集成化的電路所組成的，所以所占體積不大。每一輸入點都有一個對應的存儲信息的寄存器。這里的輸入鎖存器及輸出鎖存器實際就是 PLC 處理器 I／ O 口的寄存器。把輸入暫 存器的信息讀到 PLC 的內(nèi)存中 ,稱輸入刷新。這個區(qū)的每一35 對應位 (bit)稱之為輸入繼電器 ,或稱軟接點。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)。一個輸出鎖存器也有一個內(nèi)存位 (bit)與其對應，這個位稱為輸出繼電器，或稱輸出線圈。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。其中框圖代表信息存儲的地點，箭頭代表信息流向及實現(xiàn)信息流動的手段。 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)反復進行著。因為：有了輸入刷新，可把輸入電路監(jiān)控得到的輸入信息存入 PLC 的輸入映射區(qū)：經(jīng)運行用戶程序，輸出映射區(qū)將得到變換后的信息；再經(jīng)輸出刷新，輸出鎖存器將反映輸出映射區(qū)的狀 態(tài)，并通過輸出電路產(chǎn)生相應的輸出。當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。 3．可編程控制器實現(xiàn)控制的方式 用以上這種不斷重復運行程序實現(xiàn)控制稱掃描方式。此外，計算機用于控制還有中斷方式。待處理完中斷，又返回運行原來程序。顯然，中斷方式和掃描方式是不同的。該軟件提供了在線和離線編程的功能，可以對 PLC 在線上載或下載。 圖 4— 2為創(chuàng)建一個自動化項目的基本步驟。這些數(shù)據(jù)包括：硬件結構的組態(tài)數(shù)據(jù)及模板參數(shù)；網(wǎng)絡通訊的組態(tài)數(shù)據(jù)；以及為可編程模板編制的程序。生成一個項目的主要任務就是為編程準備這些數(shù)據(jù)。 在生成一項目后，先插入站，然后可以組態(tài)硬件。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。硬件組態(tài)完成后就可為編程模板生成軟件。對 SIMATICs7 模板而言，該對象文件夾稱作“ S7Program”。打開一個空的塊，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)。如果在編程設備中沒有關于可編程控制器的項目數(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?？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。當電源關斷后和 CPU復位時，保存在他們的數(shù)據(jù)將被保留。這樣，當出現(xiàn)故障而不能訪問到程序文檔的符號或注釋時，就可以在 PG／ PC 中編輯它。通過 Step7，用戶可以進行系統(tǒng)配置和程序的編寫、調試，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。通過編程器在 WindowsNT 的環(huán)境下對系統(tǒng)進行配置、程序編制、調試和監(jiān)視，用戶界面方便友好。它的指令語法與一個繼電器梯形邏輯圖相似：當電信號通過各個觸點、復合元件以及輸 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。與機器碼相似，如果一個程序是用語句表編寫的， CPU 執(zhí)行程序時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方式，使用與布爾代數(shù)相類似的邏輯框來表達邏輯。 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)中的預定義的功能和功能塊，不占用用戶存儲空間，并且在整個系統(tǒng)中都具有相同的接口、相同的名稱和 相同的編號。 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量和模擬量； DB2定義存儲環(huán)境 設備的監(jiān)控量； DB3定義存儲包裝過程的所有開關量監(jiān)控量； DB5定義了所有電源的監(jiān)控量。根據(jù) PLC設備對定義變量地址的規(guī)定，數(shù)字量模塊都按 4個字 節(jié) (32位 )分配地址，模 塊的起始地址是實際插槽 (SLOT)號減 l乘 4，每個數(shù)字量只占 1位地址；模擬量模塊自動按 16個字節(jié)的地址寄存器分配地址，模擬量模塊的起始地址是實際插槽 (SLOT)號減 1乘 64，再加上 512， 每個模擬量占用 2個字節(jié)的地址。 OBI為執(zhí)行用戶程序的接口。單個 FB 塊可以帶不同的即時數(shù)據(jù)塊，多次調用。 40 3．功能 (FC)：無相關聯(lián)的存儲器區(qū)的邏輯塊， Fc 塊定義為“可再調用”塊。 每個 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 )加以結構化。 組織塊中有兩種模塊對程序的編制和運行十分重要，它們是啟動模塊OBl00 和主循環(huán)模塊 OBl。啟動模塊 OBl00 通過調用功能 FCl22 實現(xiàn)對PLC 設備的熱啟動。 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中調用，需要時才執(zhí)行。 OBl中還可調用其它的系統(tǒng)功能模塊完成指定的系統(tǒng)工作。每個 CPU中都要在組織模塊中調用此功能。 SFC30 系 統(tǒng)功能模塊用于激活模塊參數(shù)設置中設置的每天時間同步控制。 FC 功能塊功能和作用如下所述： FCl：手動自動工作方式功能 FC2：放卷，分切功能 FC3：裝料功能 FC4：夾鉗功能