您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
PLC在準確定位系統(tǒng)中的應用
PLC在準確定位系統(tǒng)中的應用
在絲網(wǎng)印刷過程中，由于紙張和油墨質(zhì)量等因素的影響,，需要臨時調(diào)整印刷速度以保證印刷質(zhì)量。同時,，印刷機在制動時有一個特殊要求：即自停機指令發(fā)出且印完前張紙后,，不能再有叼紙和印刷的動作，否則油墨就會印到滾筒上,，導致不能繼續(xù)印刷,。這就是說不論滾筒轉(zhuǎn)速快慢，其停止過程所經(jīng)過的角位移應是相等的,。而普通機械高速運動時制動所需的時間較長,，所需制動路程也較長。針對印刷機這種特殊制動要求,，我們研究了一種用PLC和變頻調(diào)速器控制印刷機制動的方法,，該控制系統(tǒng)的框圖如圖1所示。
圖1 控制系統(tǒng)框圖
二,、通過控制開始制動的時刻,，達到準確定位的目的
如果要使印刷機在制動時，不論印刷機的轉(zhuǎn)速高低,，都能停在同一位置,，則首先需要知道印刷當前的轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)轉(zhuǎn)速的高低去控制制動過程,。制動過程的原理是：在滾筒的某一位置上安裝一個位置上安裝一個位置傳感器SQ1,。當停止按鈕按下或緊急事故停機信號發(fā)出后且滾筒在SB1位置,，才使機器進入制動程序。制動程序的工作原理是,，制動動作應在經(jīng)過SQ1位置后的某個時刻開始,，我們把從SQ1到制動動作開始的這段時間稱作制動參數(shù)Tzd。印刷機在高速運轉(zhuǎn)時應使Tzd置小些,，盡量早地執(zhí)行制動的動作,。在低速運轉(zhuǎn)時應使Tzd置大些，適當晚地執(zhí)行制動的動作,。用這種方法就可以使印刷機在不同轉(zhuǎn)速情況下準確地停在同一位置,。
三、制動程序
綜上所述,，制動程序應包括測速,，計算制動參數(shù)Tzd和執(zhí)行制動，下面分別介紹,。
1,、測速
在印刷機動力輸入軸端部安裝一個角位移傳感器SQ2，使該軸每轉(zhuǎn)一周可以向可編程序控制器的高速計數(shù)端子發(fā)出12個脈沖,，并在高速計數(shù)器上獲得該脈沖的計數(shù)值,。當電動機轉(zhuǎn)動時，高速計數(shù)器的計數(shù)值就會不斷累加,。通過編程,，可以在規(guī)定的時刻將該計數(shù)值取出并放在數(shù)據(jù)存儲器N1中，然后經(jīng)過0.05 s再將該計數(shù)值取出并放在數(shù)據(jù)存儲器N2中,，那么N=N2-N1的值就表示在T=T2-T1=0.05 s時間內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速值,。當T保持不變時，N值越大表明轉(zhuǎn)速越高,。這樣就可以把轉(zhuǎn)角信號轉(zhuǎn)換成速度信號,，如圖2所示。
圖2 測速脈沖波形示意圖
圖2a中計數(shù)脈沖來自主傳動軸的信號,，該信號頻率與SQ2檢測的主機轉(zhuǎn)速成正比,。圖2b中的時鐘脈沖是PLC控制器中提供的，它有3種周期即0.1 s,，0.2 s和1 s,；可根據(jù)轉(zhuǎn)速的高低選用適當周期。當轉(zhuǎn)速一定時,，時鐘周期選得大,，則測速時間長，該轉(zhuǎn)速的脈沖數(shù)值也就大,，建立數(shù)學模型時就可以細分,，產(chǎn)生更精確的制動效果,。反之，如果時鐘周期選得小,，則制動效果就粗糙些,。用戶可根據(jù)機械設(shè)備的情況自行選定。圖2c中的脈沖是對圖2b的時鐘脈沖進行前沿和后沿微分,，以便取出間隔為0.05 s、0.1 s和0.5 s的信號,，該信號的寬度是應用程序的循環(huán)周期的一半,。用該信號從計數(shù)器中取出當前計數(shù)值N1和N2，由程序計算出其差值N,。
2,、計算制動參數(shù)Tzd
數(shù)值N還必須用數(shù)學模型Tzd=f(N)轉(zhuǎn)為Tzd值才能作為PLC的制動延時參數(shù)。數(shù)學模型要適合印刷機的機械慣量,，還要滿足印刷機的制動要求：即當N值增大時Tzd則相應減小,，下面是兩種可選用的數(shù)學模型，如圖3所示,。
圖3 數(shù)學模型
從圖3可以看到制動參數(shù)Tzd隨N值增大而減小,，通過調(diào)整數(shù)學模型及其參數(shù)就能找到最佳的Tzd值。
3,、執(zhí)行制動
有了Tzd值就可以實施制動,，在PLC中Tzd作為計時器的參數(shù)，當計時參數(shù)到預定值后就可以接通制動,。由于印刷機的慣性較大,，應盡早利用變頻調(diào)速器的降頻制動功能先把轉(zhuǎn)速降下來，所以不經(jīng)Tzd延時直接開始降頻制動,。而電磁制動則是經(jīng)Tzd延時才開始的,。之所以要用兩種制動是因為變頻調(diào)速器的降頻制動特點是采用降頻對電動機進行制動。一但選定了降頻斜率則在高速運轉(zhuǎn)時,，制動所需的時間就會較長,。這與上述的制動要求相反。所以,，只能利用變頻調(diào)速器完成制動過程的一部分,，即降速的過程。定位制動過程由PLC控制電磁制動器來完成,。通過采用不同的數(shù)學模型去控制電磁制動開始的時刻,，可以很方便地控制動量的變化，從而達到所要求的制動精度,。
上述制動過程必須由PLC軟件控制,，制動控制流程圖如圖4所示,。
圖4 制動控制流程圖
四、設(shè)計要求和主要配置
設(shè)計要求為：①印刷速度：600～3 200張/小時,；②電動機轉(zhuǎn)速：284～1515 r/min,；③變頻器輸出頻率：10～53 Hz；④定位精度：±3mm,。
主要硬件配置為：①三相鼠籠異步電動機2.2 kW一臺(帶電磁制動器),；②西門子MM220型變頻器2.2 kW一臺；③日本OMRON C60P型可編程序控制器一臺,。
三相異步電動機的制動,，除了傳統(tǒng)的機械摩擦式制動外，還有變頻器的降頻制動,。由于絲網(wǎng)印刷機的印刷速度隨印刷條件經(jīng)常改變,，所以采用變頻調(diào)速器可以滿足絲網(wǎng)印刷機調(diào)速和特殊制動的要求。我們選用西門子MM220型變頻調(diào)速器,。用其頻率下降(制動曲線)的梯度影響制動過程,。制動時間越短，其制動效果越明顯,。這只粗略地解決了在適當?shù)姆秶鷥?nèi)使電機降速,，但對不同轉(zhuǎn)速如何都停在同一位置的問題還要靠確定制動參數(shù)Tzd來解決。
由于制動的準確性取決于諸多因素如轉(zhuǎn)動慣量,，制動電機摩擦制動效果,，降頻制動曲線的斜率等，所以要根據(jù)現(xiàn)場情況確定近期數(shù)學模型和參數(shù),。這對PLC編程器來說是不難辦到的,。
五、結(jié)束語
目前,，絲網(wǎng)印刷機多采用模擬量(測速電機)控制,。本文介紹的控制系統(tǒng)可以很容易地完善原有的控制。我們用此方法對舊進口絲網(wǎng)印刷機進行了改造,，經(jīng)過3年多的運行證明,，該控制方式能達到設(shè)計要求，定位精度小于±2mm,。由于采用軟件控制的停機方式,，使該控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便,，維修容易及不用準確計算機械慣量等優(yōu)點,。該技術(shù)對停機位置有較高要求且經(jīng)常變動工作轉(zhuǎn)速的機械具有推廣價值。
該控制系統(tǒng)的研制得到天津新特印刷廠工程技術(shù)人員的大力支持,，在此深表謝意,。