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PLC高速计数器对进口切纸机改造设计

时间:2011-10-21 来源:www.dqjsw.com.cn 编辑:电气自动化技术网 点击:次 字体设置:

   1 引言

    切纸机械是印刷和包装行业最常用的设备之一。切纸机完成的最基本动作是把待裁切的材料送到指定位置,然后进行裁切。其控制的核心是一个单轴定位控制。我公司引进欧洲一家公司的两台切纸设备,其推进定位系统的实现是利用单片机控制,当接收编码器的脉冲信号达到设定值后,单片机系统输出信号,断开进给电机的接触器,同时电磁离合制动器的离合分离,刹车制动推进系统的惯性,从而实现精确定位。由于设备的单片机控制系统老化,造成定位不准,切纸动作紊乱,不能正常生产。但此控制系统是早期产品,没有合适配件可替换,只能采取改造这一途径。目前国内进行切纸设备进给定位系统改造主要有两种方式,一是利用单片机结合变频器实现,一是利用单片机结合伺服系统实现,不过此两种改造方案成本都在两万元以上。并且单片机系统是由专业开发公司设计,技术保守,一旦出现故障只能交还原公司维修或更换,维修周期长且成本高,不利于改造后设备的维护和使用。我们结合自己设备的特点提出了新的改造方案,就是用plc的高速计数器功能结合变频器的多段速功能实现定位控制,并利用hmi(人机界面humanmachineinterface)进行裁切参数设定和完成手动操控。

    2 改造的可行性分析

    现在的大多plc都具有高速计数器功能,不需增加特殊功能单元就可以处理频率高达几十或上百khz的脉冲信号。切纸机对进给系统的精度和响应速度要求不是很高,可以通过对切纸机进给系统相关参数的计算,合理的选用编码器,让脉冲频率即能在plc处理的范围内又可以满足进给的精度要求。在进给过程中,plc对所接收的脉冲数与设定数值进行比较,根据比较结果驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制,实现接近设定值时进给速度变慢,从而减小系统惯性,达到精确定位的目的。另外当今变频器技术取得了长足的发展,使电机在低速时的转矩大幅度提升,从而也保证了进给定位时低速推进的可行性。

    3 主要控制部件的选取

    3.1plc的选取

    设备需要的输入输出信号如表1所示。  

表1plc输入输出分配表

表1plc输入输出分配表

  针对这些必需的输入点数,选用了fx1s-30mr的plc,因为选用了人机界面,其它一些手动动作,如前进、后退、换刀等都通过人机界面实现,不需占用plc输入点,从而为选用低价位的fx1s系列plc成为可能,因为fx1s系列plc输入点最多只有16点。另外此系列plc的高速计数器具有处理频率高达60千赫的脉冲的能力,足可以满足切纸机对精度的要求。

    3.2编码器的选取

    编码器的选取要符合两个方面,一是plc接收的最高脉冲频率,二是进给的精度。我们选用的是编码器分辨率是500p/r(每转每相输出500个脉冲)的。通过验正可以知道此分辨率可以满足上面两个条件。验证所需的参数:电机最高转速是1500转/分(25转/秒)、进给丝杆的导程是10mm/转。验证如下:

    本系统脉冲最高频率=25转/秒×500个/转×2(a/b两相)=25khz

    理论进给分辨率=10mm/500=0.02mm

    同时由上面的数据知道进给系统每走1mm编码器发出50(此数据很重要,在plc程序的数据处理中要用到)个脉冲信号。由于此工程中对编码器的a/b相脉冲进行了分别计数,使用了两个高速计数器,且在程序中应用了高速定位指令,则此plc可处理的最高脉冲频率为30千赫,因此满足了第一个条件;我们的切纸机的载切精度要求是0.2mm,可知理论精度完全满足此要求。

    3.3变频器和hmi的选取

    这两个部件我们都选用了三菱公司的产品,分别是fr-e540-0.75k-ch和f920got-bbd-k-c。f920got是带按键型的hmi,它的使用和编程非常简单方便。它具有以下特点:(1)可以方便的实现和plc的数据交换;(2)通过本身自带的6个功能按键开关,可以控制plc内部的软继电器,从而可以减少plc输入点的使用;(3)具有两个通讯口,一个rs232c(用于和个人电脑通讯)和一个rs422(用于和plc通讯),利用电脑和f920got相连后不仅可以对hmi进行程序的读取和上传,还可以直接对plc的程序进行上传下载、调整和监控。

    4 plc和hmi程序的设计

    此工程中程序的难点主要在于数据的处理上。在切纸机工作过程中除手动让进给定位机构前进后退外,还要实现等分裁切功能和指定具体位置定位功能,并且hmi上还要即时显示定位机构的当前位置。我们为了简化程序中的计算,采用了两个高速计数器c235和c236。c236通过计算前进后退的脉冲数,再进行换算后用于显示进给机构的当前位置;c235用于进行精确定位。定位过程是这样的,每次进给机构需要定位工作时,通过计算把需要的脉冲数送到c235,不论进给机构前进还是后退c235进行减计数,同时对c235中的数值进行比较,根据比较结果驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制,实现接近设定值时进给速度变慢,从而达到精确定位。因为任何系统都有惯性和时间上的迟滞,所以变频器停止输出的时间并不是c235中的计数值减小到0时,而是让c235和一个数据寄存器d130比较,当c235中的值减小到d130中的设定值时plc控制变频器停止输出。d130的值可通过人机界面进行修改和设定,在调试时通过修改这个值,以达到定位准确的目的。

    1)显示定位机构当前位置的程序   

    2)实现定位控制的程序段    

    3)参数设定时的小数点位问题。实际工作中在设定位置时要精确到0.1mm。这个问题在一些单片机系统中常会遇到,常见的处理办法是加大一个数量级,就是设定数据时,在人机界面上用1代替0.1mm,10代替1mm。不过我们在处理此问题时通过hmi中对数据的设置和plc的程序编写达到了所见即所得的效果。hmi中主要是对数值的格式要设定好。hmi中的设置画面如图1所示。例如等分裁切10.5mm的纸,就可以在hmi上设定为10.5,而不是像公司的类似其它设备上要设为105,但plc的寄存器d128的内容是105而不是10.5,这样在计算需要的脉冲数时就要用下面一条命令:muld128k5d10(此命令中尽管编程时d11不出现但实际上寄存器d11被占用,不能再应用于其它地方,否则会出现问题。)

而不是用:muld128k50d10。    

    4)编程中其它应注意的问题

    ●双线圈问题。本工程中利用条件跳转和步进指令避免了双线圈问题。

    ●误差信号问题。编码器是一种比较精密的光电产品,受振动时不可避免的会出现误差信号,而切纸机在执行裁切动作时会造成很大振动,如果忽视这个现象,定位精度和执行机构当前位置的显示都会不准确。本工程中处理方法参见上面例子程序图1,只有y3、y4接通,即只有进给机构前进和后退时才让c236进行计数,这样就屏蔽了裁切时震动造成的误信号。

    5 变频器的参数设置

    设定的变频器的主要参数见表2。在调试过程中为了达到定位速度和精度的完美结合,应对三段速设定值,加减速时间和hmi中d130、d200和d202的数值进行相应调整。     

 

 表2变频器主要参数设置一览表

    6 结束语

    通过改造过程,完全恢复了我们切纸机的功能,试用三个月以来运行非常稳定。由这个应用实例可以看出结合plc的高速计数器功能,合理的进行应用,在一定场合可以取代高成本的定位控制系统,实现控制系统最优的性价比,并且由于选用通用开放的plc—变频器集成方案,为企业后期自主设备管理带来长远的效益。

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