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1、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的。控制过 程是这样的，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，刹车起作用以消除推进系统的惯性， 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
2、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Human Machine Interface）进行裁切参数设定 和完成一些手动动作。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，而切纸机对进
3、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，让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3.1 PLC的选取设备需要的输入输出信号如下：x0脉冲输入X1脉冲输入x2前限位x3后限位y3前进！ x4前减速位y4后退
4、 x5电机运转信号y5高速x6刀上位y6中速x7滑刀保护y7低速x10压纸器上位y10x11光电保护y11x12小车后位y12进给离合x13双手下刀按钮y13压板下x14停止按钮y14刀离合x15连杆保护y15电机禁启动x16刀回复到位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?1。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
5、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/秒乂500个/转x2 （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
6、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-G4 F920GOT-BBD-K- C 的特点：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
7、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。5 PLC和HMI程序的编写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
8、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。显示定位机构当前位置的程序见下图1，图1显示定位机
9、构当前位置程序段 实现定位控制的程序段见下图2。图2定位程序段还有一个问题是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中的设置画面见下图。十、旋转编码器注意事项一.增量旋转编码器选型应注意三方面的参数：1. 械安装尺寸，包括定位止口，轴径，安装孔位；电缆出线方式；安装空间体积；工作环 境防护等级是否满足
10、要求。2. 分辨率，即编码器工作时每圈输出的脉冲数，是否满足设计使用精度要求。3. 电气接口，编码器输出方式常见有推拉输出（F型HTL格式），电压输出（E），集电 极开路（C，常见C为NPN型管输出，C2为PNP型管输出），长线驱动器输出。其输出 方式应和其控制系统的接口电路相匹配。二.有网友问：请教如何使用增量编码器？1, 增量型旋转编码器有分辨率的差异，使用每圈产生的脉冲数来计量，数目从6至05400 或更高，脉冲数越多，分辨率越高；这是选型的重要依据之一。2, 增量型编码器通常有三路信号输出（差分有六路信号）：A,B和乙一般采用TTL 电平，A脉冲在前，B脉冲在后，A,B脉冲相差90度，
11、每圈发出一个Z脉冲，可作为参 考机械零位。一般利用A超前B或B超前A进行判向，我公司增量型编码器定义为轴端看编 码器顺时针旋转为正转，A超前B为90。，反之逆时针旋转为反转B超前A为90。也有不 相同的，要看产品说明。3, 使用PLC采集数据，可选用高速计数模块；使用工控机采集数据，可选用高速计数 板卡；使用单片机采集数据，建议选用带光电耦合器的输入端口。4, 建议B脉冲做顺向（前向）脉冲，A脉冲做逆向（后向）脉冲，Z原点零位脉冲。5, 在电子装置中设立计数栈。图3HMI中数据设置画面比如我要等分裁切10.5mm的纸，就可以在HMI上设定为10.5,而不是像我公司其 它设备上要设为105，但P
12、LC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编程中其它应注意的问题。一是双线圈问题。本工程中利用条件跳转和步进指令避 免了双线圈问题。二是误信号问题。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
13、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。6变频器的参数设置此工程中需设定的变频器的主要参数见下。参数号名称设定值0转矩提升8% （低速时电机转矩不足时可提高此数字）43速设定（高速）30Hz53速设定（中速）10Hz63速设定（低速）2Hz7加速时间0.5s8减速时间0.5s24多段速设定（4速）50Hz79操作模式2（只执行外部操作）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。7结论通过上述的改造过程，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
14、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。也迎合了我国当前 提出的建设节约型社会的宗旨。第一部分系统简介11控制范围生产线在流程实现上采取PLC控制，具体工位采取专用智能化仪表及单板机技术，已具有 控制的连续性及各种报警自锁功能，且各现场监控仪表基本具有PID控制功能，挤出机（H1#，H2#为NC线，H3#为BK线）的生产也具有现场控制，但是没有数据统计，分析及记录功能，在设备管理、故障记录、工艺控制、生产效率分析、原材料统计等各 方面存在缺陷和不足。在此基础上，本监控系统的功能着重于监控H1#、H2#、
15、H3#挤出机的生产工艺参数、设 备运行参数、设备故障处理及数据统计分析。监控范围在设备上确定为：FLUFF HOPPER 与PORTABLE CONTAINER上料至挤出机切割、表面涂料添加完毕。12系统设计的目的HI, H2, H3同时由一台工控机监控中文WIN95下的人机界面，模拟生产显示，分时操作全中文引导，鼠标操作，便于OPERATOR使用工艺参数设定，上、下限报警设备故障报警自动记录各种生产数据，提供历史趋势图供工艺人员分析提供完善的生产记录表，原材料消耗表，设备运行状况表及其他各种报表第二部分系统方案2-1系统组成本系统采用台湾研华586-P133工控机作为上位机，原系统H1#、H
16、2#的FP15控制器为 下位机，采用研华A/D、DI/O及串口通讯卡，从现场采样点采样，经过电压、电流、温度 变送器隔离放大后，通过A/D输入转换板卡，进行数据处理，另外，可从FD15, SIEMENS AccuRate. Shinko等现场仪表上取得各种监控数据，在显示器上实时显示温度、压力、转速、 流量、扭矩、电压、电流、报警信息等数据，并实时存盘记录下来供统计分析，各种参数可 以设定上下限报警值，当实际值超限时产生蜂鸣器报警，报警信息自动记录存盘。并可在上 料仓取得料位数字量信号，提供料位显示及报警。通过流量测试及现场故障分析，统计生产用原料及排废料的分布使用情况，分析设备的使用 效率。
17、对应于不同品种产品在SOC状态下的生产工艺要求，可统计该产品的生产状况及物料消耗22、输入输出量：根据现场设备情况，HI#，H2#挤出机与H3#挤出机不同，H1#，日2#的数据采集大部分可从 FD15通过RS485工业串口与工控机通讯获得，而H3#则必需从现场通过变送器获得信号。 下面分别列出各挤出机的输入输出量：H1# & H2#挤出机：数字量输入：1.压缩空气压力开关信号。数字量输出：1.报警蜂鸣2.K-TRON树脂粉进料器流量小于设定量的 30%，控制排废阀打开排废。模拟量输入:第三部分硬件配置监控系统共有模拟输入量20路、RS485串行通讯口 6个、数字输入量7个、数字输出量7 个。第四部分软件功能监控系统软件采用研华工控组态软件GENIE2.0、Visual Basic5.0、Visual Foxpro5.0、EXCELFOR WIN95进行编程，图文丰富，人机界面友好，全中文鼠标化操作。软件的运行环境为中文WIN95，外挂RICHWIN97中文操作平台。Bb
