高速計數器

2014-06-26 12:01 更新 林慧玲 瀏覽:8087人次 微信二維碼

1、引言

切紙機械是印刷和包裝行業最常用的設備之一。切紙機完成的最基本動作是把待裁切的材料送到指定位置,然后進行裁切。其控制的核心是一個單軸定位控制。我公司引進歐洲一家公司的兩臺切紙設備,其推進定位系統的實現是利用單片機控制的。控制過程是這樣的,當接收編碼器的脈沖信號達到設定值后,單片機系統輸出信號,斷開進給電機的接觸器,同時電磁離合制動器的離合分離,剎車起作用以消除推進系統的慣性,從而實現精確定位。由于設備的單片機控制系統老化,造成定位不準,切紙動作紊亂,不能正常生產。但此控制系統是早期產品,沒有合適配件可替換,只能采取改造這一途徑。目前國內進行切紙設備進給定位系統改造主要有兩種方式,一是利用單片機結合變頻器實現,一是利用單片機結合伺服系統實現,不過此兩種改造方案成本都在兩萬元以上。并且單片機系統是由專業開發公司設計,技術保守,一旦出現故障只能交還原公司維修或更換,維修周期長且成本高,不利于改造后設備的維護和使用。我們結合自己設備的特點提出了新的改造方案,就是用PLC的高速計數器功能結合變頻器的多段速功能實現定位控制,并利用HMI(人機界面HumanMachineInterface)進行裁切參數設定和完成一些手動動作。

2、改造的可行性分析

現在的大多PLC都具有高速計數器功能,不需增加特殊功能單元就可以處理頻率高達幾十或上百KHz的脈沖信號,而切紙機對進給系統的精度和響應速度要求不是很高。可以通過對切紙機進給系統相關參數的計算,合理的選用編碼器,讓脈沖頻率即能在PLC處理的范圍內又可以滿足進給的精度要求。在進給過程中,讓PLC對所接收的脈沖數與設定數值進行比較,根據比較結果驅動相應的輸出點對變頻器進行輸出頻率的控制,實現接近設定值時進給速度變慢,從而減小系統慣性,達到精確定位的目的。另外當今變頻器技術取得了長足的發展,使電機在低速時的轉矩大幅度提升,從而也保證了進給定位時低速推進的可行性。

3、主要控制部件的選取

3.1PLC的選取

設備需要的輸入輸出信號如下:

x0脈沖輸入

x1脈沖輸入

x2前限位

x3后限位y3前進!

x4前減速位y4后退

x5電機運轉信號y5高速

x6刀上位y6中速

x7滑刀保護y7低速

x10壓紙器上位y10

x11光電保護y11

x12小車后位y12進給離合

x13雙手下刀按鈕y13壓板下

x14停止按鈕y14刀離合

x15連桿保護y15電機禁啟動

x16刀回復到位

針對這些必需的輸入點數,選用了FX1s-30MR的PLC,因為選用了人機界面,其它一些手動動作,如前進、后退、換刀等都通過人機界面實現,不需占用PLC輸入點,從而為選用低價位的FX1s系列PLC成為可能,因為FX1s系列PLC輸入點最多只有16點。另外此系列PLC的高速計數器具有處理頻率高達60千赫的脈沖的能力,足可以滿足切紙機對精度的要求。

3.2編碼器的選取

編碼器的選取要符合兩個方面,一是PLC接收的最高脈沖頻率,二是進給的精度。我們選用的是編碼器分辨率是500P/R(每轉每相輸出500個脈沖)的。通過驗正可以知道此分辨率可以滿足上面兩個條件。驗證所需的參數:電機最高轉速是1500轉/分(25轉/秒)、進給絲桿的導程是10mm/轉。驗證如下:

本系統脈沖最高頻率=25轉/秒×500個/轉×2(A/B兩相)=25KHz

理論進給分辨率=10mm/500=0.02mm

同時由上面的數據知道進給系統每走1mm編碼器發出50(此數據很重要,在PLC程序的數據處理中要用到)個脈沖信號。由于此工程中對編碼器的A/B相脈沖進行了分別計數,使用了兩個高速計數器,且在程序中應用了高速定位指令,則此PLC可處理的最高脈沖頻率為30千赫,因此滿足了第一個條件;我們的切紙機的載切精度要求是0.2mm,可知理論精度完全滿足此要求。

3.3變頻器和HMI的選

這兩個部件我們都選用了三菱公司的產品,分別是FR-E540-0.75K-CH和F920GOT-BBD-K-C。

4F920GOT-BBD-K-C的特點:

F920GOT是帶按鍵型的HMI,它的使用和編程非常簡單方便。它具有以下特點:1)可以方便的實現和PLC的數據交換;2)通過本身自帶的6個功能按鍵開關,可以控制PLC內部的軟繼電器,從而可以減少PLC輸入點的使用;3)具有兩個通訊口,一個RS232C(用于和個人電腦通訊)和一個RS422(用于和PLC通訊),利用電腦和F920GOT相連后不僅可以對HMI進行程序的讀取和上傳,還可以直接對PLC的程序進行上傳下載、調整和監控。

5PLC和HMI程序的編寫

此工程中程序的難點主要在于數據的處理上。在切紙機工作過程中除手動讓進給定位機構前進后退外,還要實現等分裁切功能和指定具體位置定位功能,并且HMI上還要即時顯示定位機構的當前位置。我們為了簡化程序中的計算,采用了兩個高速計數器C235和C236。C236通過計算前進后退的脈沖數,再進行換算后用于顯示進給機構的當前位置;C235用于進行精確定位。定位過程是這樣的,每次進給機構需要定位工作時,通過計算把需要的脈沖數送到C235,不論進給機構前進還是后退C235進行減計數,同時對C235中的數值進行比較,根據比較結果驅動相應的輸出點對變頻器進行輸出頻率的控制,實現接近設定值時進給速度變慢,從而達到精確定位。因為任何系統都有慣性和時間上的遲滯,所以變頻器停止輸出的時間并不是C235中的計數值減小到0時,而是讓C235和一個數據寄存器D130比較,當C235中的值減小到D130中的設定值時PLC控制變頻器停止輸出。D130的值可通過人機界面進行修改和設定,在調試時通過修改這個值,以達到定位準確的目的。顯示定位機構當前位置的程序見下圖1,

圖1顯示定位機構當前位置程序段

實現定位控制的程序段見下圖2。

圖2定位程序段
還有一個問題是參數設定時的小數點位問題,實際工作中在設定位置時要精確到0.1mm。這個問題在一些單片機系統中常會遇到,常見的處理辦法是加大一個數量級,就是設定數據時,在人機界面上用1代替0.1mm,10代替1mm。不過我們在處理此問題時通過HMI中對數據的設置和PLC的程序編寫達到了所見即所得的效果。HMI中主要是對數值的格式要設定好。HMI中的設置畫面見下圖。

圖3HMI中數據設置畫面

比如我要等分裁切10.5mm的紙,就可以在HMI上設定為10.5,而不是像我公司其它設備上要設為105,但PLC的寄存器D128的內容是105而不是10.5,這樣在計算需要的脈沖數時就要用下面一條命令:

MULD128K5D10(此命令中盡管編程時D11不出現但實際上寄存器D11被占用,不能再應用于其它地方,否則會出現問題。)

而不是用:

MULD128K50D10

編程中其它應注意的問題。一是雙線圈問題。本工程中利用條件跳轉和步進指令避免了雙線圈問題。二是誤信號問題。編碼器是一種比較精密的光電產品,受振動時不可避免的會出現誤信號,而切紙機在執行裁切動作時會造成很大振動,如果忽視這個現象,定位精度和執行機構當前位置的顯示都會不準確。本工程中處理方法參見上面例子程序圖1,只有Y3、Y4接通,即只有進給機構前進和后退時才讓C236進行計數,這樣就屏蔽了裁切時震動造成的誤信號。

6變頻器的參數設置

此工程中需設定的變頻器的主要參數見下。

參數號名稱設定值

0轉矩提升8%(低速時電機轉矩不足時可提高此數字)

43速設定(高速)30Hz

53速設定(中速)10Hz

63速設定(低速)2Hz

7加速時間0.5s

8減速時間0.5s

24多段速設定(4速)50Hz

79操作模式2(只執行外部操作)

在調試過程中為了達到定位速度和精度的完美結合,應對三段速設定值,加減速時間和HMI中D130、D200和D202的數值進行相應調整。

7結論

通過上述的改造過程,完全恢復了我們切紙機的功能,試用三個月以來運行非常穩定。由這個應用實例可以看出結合PLC的高速計數器功能,合理的進行應用,在一定場合可以取代高成本的定位控制系統,實現控制系統最優的性價比。也迎合了我國當前提出的建設節約型社會的宗旨。


標簽

叨叨直播課
19年12月14日

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