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控制工程网版权所有,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www.cechina.cn,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www.cechina.cn,并利用hmi(人机界面human machine interface)进行裁切参数设定
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www.cechina.cn,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表1所示。
表1 plc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CONTROL ENGINEERING China版权所有,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