切纸技术的流程及PLC程序

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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

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y10

x11光电保护y11

x12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。

4 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显示定位机构当前位置程序段

实现定位控制的程序段见下图2。

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