浔之漫智控技术(上海)有限公司
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产品描述

品牌西门子

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控制系统方案

1、将定位过程划分为脉冲当量不同的两个阶段

要获得高的定位速度,同时又要保定位精度,可以把整个定位过程划分为两个阶段:粗定位阶段和精定位阶段。这两个阶段均采用相同频率的脉冲控制步进电机,但采用不同的脉冲当量。粗定位阶段:由于在点位过程中,不切削工件,因此在这一阶段,可采用较大的脉冲当量,如0.1mm/步或1mm/步,甚至更高。例如步进电机控制脉冲频率为20HZ,脉冲当量为0.1mm/步,定位距离为120mm,则走*程所需时间为1分钟,这样为速度显然已能满足要求。精定位阶段:当使用较大的脉冲当量使或工作台快速移动至接近定位点时,(即完成粗定位阶段),为了保证定位精度,再换用较小的脉冲当量进入精定位阶段,让或工作台慢慢趋近于定位点,例如取脉冲当量为0.01mm/步。尽管脉冲当量变小,但由于精定位行程很短(可定为全行程的五十分之一左右),因此并不会影响到定位速度。

为了实现上述目的,在机械方面,应采用两套变速机构。在粗定位阶段,由步进电机直接驱动或工作台传动,在精定位阶段,则采用降速传动。这两套变速机构使用哪一套,由电磁离合器控制。

2、应用功能指令实现BCD码拨盘数据输入

目前较为先进的PLC不仅具有满足顺序控制要求的基本逻辑指令,而且还提供了丰富的功能指令。如果说基本逻辑指令是对继电器控制原理的一种抽象提高的话,那么功能指令就象是对汇编语言的一种抽象提高。BCD码数据拨盘是计算机控制系统中常用到的十进制拨盘数据输入装置。拨盘共有0~9+个位置,每一位置都有相应的数字指示。一个拨盘可代表一位十进制数据,若需输入多位数据,可以用多片BCD码拨盘并联使用。
笔者选用BCD码拨盘装置应用于PLC控制的系统,这样无需再设计数码输入显示电路,有效地节省了PLC的输入点,简化了硬件电路,并利用先进的功能指令实现数据的存储和传输,因此能极方便地实现数据的在线输入或修改(如计数器设定值的修改等),若配合简单的硬件译码电路,就可显示有关参数的动态变化(如电机步数的递减变化等)。为避免在系统运行中拨动拨盘可能给系统造成的波动,较好设置一输入键,当确认各片拨盘都拨到位后再按该键,这时数据才被PLC读入并处理。

3、“软件编码、硬件解码"

为满足压缩输出点这一前提条件,采用“软件编码、硬件解码"的方法设计PLC的数码输出显示电路。例如,对于9种及其以下的故障状态显示,可采用8-4软件编码,4-8硬件解码,使显示故障的输出点压缩为4个,硬件电路包含74LS04、74LS48、共阴数码管等器件。

4、PLC外部元件故障的自动检测

由于PLC具有*的可靠性,因此PLC控制系统中绝大部分的故障不是来自PLC本身,而是由于外部元件故障引起的,例如常见的按钮或行程开关触点的熔焊及氧化就分别对应着短路故障及开路故障。系统一旦自动检测到元件故障,应不仅具有声光报警功能,而且能立即显示故障代码,以便用户据此迅速判断出故障原因。为节省篇幅,此项内容的程序设计思路见参考文献。

四、控制系统的软件结构

软件结构根据控制要求而设计,主要划分为五大模块:即步进电机控制模块、定位控制模块、数据拨盘输入及数据传输模块、数码输出显示模块、元件故障的自动检测与报警模块。

由于整个软件结构较为庞大,脉冲控制器产生0.1秒的控制脉冲,使移位寄存器移位,提供六拍时序脉冲,通过三相六拍环形分配器使三个输出继电器Y430、Y431、Y432按照单双六拍的通电方式控制步进电机。为实现定位控制,采用不同的计数器分别控制粗定位行程和精定位行程,计数器的设定值依据行程而定。例如,设或工作台欲从A点移至C点,已知AC=200mm,把AC划分为AB与BC两段,AB=196mm,BC=4mm,AB段为粗定位行程,采用0.1mm/步的脉冲当量快速移动,利用了6位计数器(C660/C661),而BC段为精定位行程,采用0.01mm/步的脉冲当量精确定位,利用了3位计数器C460,在粗定位结束进入精定位的同时,PLC自动接通电磁离合器输出点Y433以实现变速机构的更换。

五、结束语

系统试验表明,本文提出的应用PLC控制步进电机实现数控系统点位控制功能的方法能满足控制要求,在实际运行中是切实可行的。所研制的控制系统具有程序设计思路清晰、硬件电路简单实用、可靠性高、抗干扰能力强,具有良好的性能价格比等显著优点,其软硬件的设计思路可应用于工矿企业的相关机床改造

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PLC在准确定位系统中的应用

在丝网印刷过程中,由于纸张和油墨质量等因素的影响,需要临时调整印刷速度以保印刷质量。同时,印刷机在制动时有一个特殊要求:即自停机指令发出且印完前张纸后,不能再有叼纸和印刷的动作,否则油墨就会印到滚筒上,导致不能继续印刷。这就是说不论滚筒转速快慢,其停止过程所经过的角位移应是相等的。而普通机械高速运动时制动所需的时间较长,所需制动路程也较长。针对印刷机这种特殊制动要求,我们研究了一种用PLC和变频调速器控制印制动的方法,该控制系统的框图

二、通过控制开始制动的时刻,达到准确定位的目的

如果要使印刷机在制动时,不论印刷机的转速高低,都能停在同一位置,则首先需要知道印刷当前的转速,然后根据转速的高低去控制制动过程。制动过程的原理是:在滚筒的某一位置上安装一个位置上安装一个位置传感器SQ1。当停止按钮按下或紧急事故停机信号发出后且滚筒在SB1位置,才使机器进入制动程序。制动程序的工作原理是,制动动作应在经过SQ1位置后的某个时刻开始,我们把从SQ1到制动动作开始的这段时间称作制动参数Tzd。印刷机在高速运转时应使Tzd置小些,尽量早地执行制动的动作。在低速运转时应使Tzd置大些,适当晚地执行制动的动作。用这种方法就可以使印刷机在不同转速情况下准确地停在同一位置。

三、制动程序

综上所述,制动程序应包括测速,计算制动参数Tzd和执行制动,下面分别介绍。

1、测速

在印刷机动力输入轴端部安装一个角位移传感器SQ2,使该轴每转一周可以向可编程序控制器的高速计数端子发出12个脉冲,并在高速计数器上获得该脉冲的计数值。当电动机转动时,高速计数器的计数值就会不断累加。通过编程,可以在规定的时刻将该计数值取出并放在数据存储器N1中,然后经过0.05 s再将该计数值取出并放在数据存储器N2中,那么N=N2-N1的值就表示在T=T2-T1=0.05 s时间内的平均转速值。当T保持不变时,N值越大表明转速越高。这样就可以把转角信号转换成速度信号,如

图2a中计数脉冲来自主传动轴的信号,该信号频率与SQ2的主机转速成正比。图2b中的时钟脉冲是PLC控制器中提供的,它有3种周期即0.1 s,0.2 s和1 s;可根据转速的高低选用适当周期。当转速一定时,时钟周期选得大,则测速时间长,该转速的脉冲数值也就大,建立数学模型时就可以细分,产生更精确的制动效果。反之,如果时钟周期选得小,则制动效果就粗糙些。用户可根据机械设备的情况自行选定。图2c中的脉冲是对图2b的时钟脉冲进行前沿和后沿微分,以便取出间隔为0.05 s、0.1 s和0.5 s的信号,该信号的宽度是应用程序的循环周期的一半。用该信号从计数器中取出当前计数值N1和N2,由程序计算出其差值N。

2、计算制动参数Tzd

数值N还必须用数学模型Tzd=f(N)转为Tzd值才能作为PLC的制动延时参数。数学模型要适合印刷机的机械惯量,还要满足印刷机的制动要求:即当N值增大时Tzd则相应减小,下面是两种可选用的数学模型,

从图3可以看到制动参数Tzd随N值增大而减小,通过调整数学模型及其参数就能找到较佳的Tzd值。

3、执行制动

有了Tzd值就可以实施制动,在PLC中Tzd作为计时器的参数,当计时参数到预定值后就可以接通制动。由于印刷机的惯性较大,应尽早利用变频调速器的降频制动功能先把转速降下来,所以不经Tzd延时直接开始降频制动。而电磁制动则是经Tzd延时才开始的。之所以要用两种制动是因为变频调速器的降频制动特点是采用降频对电动机进行制动。一但选定了降频斜率则在高速运转时,制动所需的时间就会较长。这与上述的制动要求相反。所以,只能利用变频调速器完成制动过程的一部分,即降速的过程。定位制动过程由PLC控制电磁制动器来完成。通过采用不同的数学模型去控制电磁制动开始的时刻,可以很方便地控制动量的变化,从而达到所要求的制动精度。

上述制动过程必须由PLC软件控制,制动控制流程图

四、设计要求和主要配置

设计要求为:①印刷速度:600~3 200张/小时;②电动机转速:284~1515 r/min;③变频器输出频率:10~53 Hz;④定位精度:±3mm。

主要硬件配置为:①三相鼠笼异步电动机2.2 kW一台(带电磁制动器);②西门子MM220型变频器2.2 kW一台;③日本OMRON C60P型可编程序控制器一台。

三相异步电动机的制动,除了传统的机械摩擦式制动外,还有变频器的降频制动。由于丝网印刷机的印刷速度随印刷条件经常改变,所以采用变频调速器可以满足丝网印刷机调速和特殊制动的要求。我们选用西门子MM220型变频调速器。用其频率下降(制动曲线)的梯度影响制动过程。制动时间越短,其制动效果越明显。这只粗略地解决了在适当的范围内使电机降速,但对不同转速如何都停在同一位置的问题还要靠确定制动参数Tzd来解决。

由于制动的准确性取决于诸多因素如转动惯量,制动电机摩擦制动效果,降频制动曲线的斜率等,所以要根据现场情况确定近期数学模型和参数。这对PLC编程器来说是不难办到的。

五、结束语

目前,丝网印刷机多采用模拟量(测速电机)控制。本文介绍的控制系统可以很容易地完善原有的控制。我们用此方法对旧进口丝网印刷机进行了改造,经过3年多的运行证明,该控制方式能达到设计要求,定位精度小于±2mm。由于采用软件控制的停机方式,使该控制系统具有结构简单,操作方便,维修容易及不用准确计算机械惯量等优点。该技术对停机位置有较高要求且经常变动工作转速的机械具有推广价值。

该控制系统的研制得到天津新特印刷厂工程技术人员的大力支持,在此深表谢意




http://www.absygs.com

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