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    隨著現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，飛鋸機(jī)被大量用到工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中：材料、造紙、化工、交通等等。而所用的飛鋸機(jī)的性能質(zhì)量的好壞直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題，從而能夠進(jìn)一步影響到一個(gè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收入和發(fā)展壯大。
就目前情況來(lái)看，實(shí)現(xiàn)飛鋸機(jī)的途徑各種各樣，但是，采用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)飛鋸機(jī)，目前在控制領(lǐng)域來(lái)講還屬較新的課題，也是一種新的試探。盡管三相交流電源和交流調(diào)速在現(xiàn)代工業(yè)場(chǎng)合下被大量應(yīng)用，但交流電機(jī)本身存在一些不足和缺陷，最重要的一個(gè)原因就是調(diào)速性能不如直流電機(jī)，而直流電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，所以，本系統(tǒng)采用直流電機(jī)和直流調(diào)速器。

    本系統(tǒng)的可編程控制器采用歐姆龍的CQM1H—CPU51型號(hào)的PLC。可編程控制器除了CPU單元以外，作為速度檢測(cè)模塊，采用PLB-21模塊。該模塊有兩路信號(hào)輸入。另外需要電源IPS02模塊和模擬信號(hào)輸出DA021模塊[1]。編碼器采用OMRON E6B2-CWZ6C旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)兩個(gè)電機(jī)的速度和位置[2]。

    調(diào)速器作為本系統(tǒng)最重要的核心部分，在整個(gè)飛鋸機(jī)的設(shè)計(jì)中占有重要位置，本系統(tǒng)采用歐陸的590P/0015/500/0011/UK/                             ARM /0/0/0型號(hào)的直流調(diào)速器。

1 飛鋸機(jī)的設(shè)計(jì)原理

    1.1 送膜軸控制原理
    
    送膜：袋長(zhǎng)L，生產(chǎn)速度V，減速比N，送膜滾筒周長(zhǎng)A

    送膜電機(jī)轉(zhuǎn)速n為：

    n＝N*L*V/A            （1）

    1.2 端封軸控制原理

    端封軸控制原理如圖1所示。端封軸轉(zhuǎn)動(dòng)360°完成一個(gè)包裝袋的橫向封印及切斷的動(dòng)作，當(dāng)端封刀座位于最高點(diǎn)時(shí)原點(diǎn)信號(hào)S4有效，認(rèn)為此時(shí)端封角度為0°，則端封刀座位于180°時(shí)切刀動(dòng)作，切斷包裝袋。

圖1  端封軸工作原理

    說(shuō)明如下：

    第一階段：0°～150°，勻加速，端封電機(jī)與送膜電機(jī)之間進(jìn)行位置同步。

    第二階段：150°～210°，勻速運(yùn)行，該階段實(shí)現(xiàn)包裝膜的橫向封印及切斷功能，由于刀座在該過(guò)程中始終對(duì)包裝膜保持壓緊狀態(tài)，為了達(dá)到良好的包裝效果并防止由于包裝膜被拉斷，必需保證送膜軸的線速度與端封軸的線速度一致，由于端封電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度始終保持不變，所以在該階段送膜電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度也不變。

    第三階段：210°～360°，勻減速，端封電機(jī)已經(jīng)完成橫向封印及切斷功能，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)回到原點(diǎn)位置，完成一個(gè)周期。

    以上傳感器信號(hào)采用E6B2-CWZ6C旋轉(zhuǎn)編碼器獲得端封軸位置狀態(tài)。

2  模擬設(shè)計(jì)飛鋸機(jī)

    2.1 端封電機(jī)的速度與位置控制
 
    旋轉(zhuǎn)編碼器將送膜傳送帶的位置以脈沖的形式輸送給PLC的PLB-21模塊。考慮到啟動(dòng)端封電機(jī)和軟件上所帶來(lái)的慣性，提前幾個(gè)脈沖將端封電機(jī)啟動(dòng)(根據(jù)生產(chǎn)速度等因素來(lái)決定提前量)。在這一階段，端封電機(jī)將在最短的時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)與送膜電機(jī)的位置和速度同步。

    假設(shè)：

    啟動(dòng)端封電機(jī)和軟件上的時(shí)間誤差 ：0.05s

    生產(chǎn)速度 ：0.1m/s

    送膜滾筒周長(zhǎng) ：0.4m
      
    端封電機(jī)加速時(shí)間 ：0.5s
      
    端封電機(jī)平均速度 ：0.1m/s

    設(shè)：脈沖提前量為 ,則滿足：
 
    （2）將以上數(shù)據(jù)代入上式，可得：
  
    即：提前25個(gè)脈沖將端封電機(jī)啟動(dòng)。

    在實(shí)際的工程中，需要控制的封膜長(zhǎng)度、送膜電機(jī)的運(yùn)行速度以及時(shí)間誤差等數(shù)據(jù)可能會(huì)有所不同，因此需要的脈沖提前量也會(huì)各有所異。但只要能在產(chǎn)品的精度允許控制之內(nèi)，根據(jù)上式，就能夠調(diào)整出足夠精度的脈沖數(shù)量。

    PLC根據(jù)編碼器的脈沖數(shù)目即可發(fā)出啟動(dòng)命令，直流調(diào)速器接受啟動(dòng)命令后啟動(dòng)封端電機(jī)。在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電機(jī)的位置與速度同步。在此之后，膜軸的線速度與端封軸的線速度一致，封端電機(jī)進(jìn)行封端操作。接著通過(guò)PLC的控制信號(hào)，使封端電機(jī)正向減速、反向加速、反向減速至停止。

    PLC的脈沖輸入板采用相位差模式環(huán)形計(jì)數(shù)，復(fù)位方式采用Z相信號(hào)＋軟件。

    PLC設(shè)置：DM6611:0000
             DM6643/DM6644:0000
             DM6634/DM6635:0000

    通過(guò)這些設(shè)置，PLC即可接受編碼器的脈沖輸入。其中，100通道接受送膜電機(jī)的脈沖輸入，即對(duì)送膜電機(jī)的速度和位置進(jìn)行檢測(cè)，200通道接受封端電機(jī)的速度檢測(cè)信號(hào)。在啟動(dòng)封端電機(jī)后，高速計(jì)數(shù)器將兩個(gè)脈沖量進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過(guò)作差得到信號(hào)誤差，在根據(jù)信號(hào)誤差輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)。

    PLC的命令輸出：

    PLC采用模擬輸出模塊DA021進(jìn)行電壓的輸出[ 3]，將電壓信號(hào)-10V－+10V傳輸給直流調(diào)速器。電壓輸出采用SCL指令實(shí)現(xiàn)，但采用此指令前，必須將符號(hào)清零（CLC指令）。在本系統(tǒng)中，需采用負(fù)電壓輸出，電壓輸出如圖2所示。 

 
    說(shuō)明如下：

    0－t1：封端電機(jī)勻加速至速度最大，在此階段，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電機(jī)的位置和速度同步

    t1－t2：封端電機(jī)進(jìn)行封端操作，封端電機(jī)勻速運(yùn)動(dòng)

    t2－t3：封端電機(jī)實(shí)現(xiàn)正向減速

    t3－t4：封端電機(jī)實(shí)現(xiàn)反向加速

    t4－t5：封端電機(jī)實(shí)現(xiàn)反向勻速

    t5－t6：封端電機(jī)實(shí)現(xiàn)反向減速至停止,等待下一周期

    為了能夠滿足進(jìn)行下一個(gè)的操作，需滿足一下要求:

    t6≤3.95s

    2.2 直流調(diào)速器的硬件接線和參數(shù)設(shè)置
    
    直流調(diào)速器的使用在整個(gè)設(shè)計(jì)中占據(jù)重要位置。它一方面接受PLC的電壓控制信號(hào)，一方面根據(jù)電壓控制信號(hào)，進(jìn)行直流調(diào)速，即對(duì)直流電機(jī)輸出電樞電流和勵(lì)磁電流。

    在正常狀態(tài)下，速度給定信號(hào)將被連接到“設(shè)定值斜坡輸入”端子，即PLC的電壓控制信號(hào)連接感到端子A4（模擬輸入3）上。換算本輸入值，從而使：+10V輸入＝最大正向速度給定（＋100%），-10V輸入＝最大逆向速度給定（-100%）。

    另外，還需要對(duì)勵(lì)磁模式、速度反饋方式、加減速時(shí)間、電壓反饋調(diào)顯示精度以及爬行處理等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。具體設(shè)定方法如下:

    勵(lì)磁：

    STEUP PARAMETERS:: FIELD CONTROL:: FLD CTRL MODE IS:: VOLTGE STEUP PARAMETERS:: FIELD CONTROL:: FLDVOLTAGE VARS:: RATIO OUT/IN::48%

    反饋方式的選擇：

    SETUP PARAMETERS:: SPEED LOOP:: SPEED FBK SELECT:: ARMVOLTSFBK/ANALOG TACH

    加減速時(shí)間設(shè)定：

    SETUP PARAMETERS:: RAMPS:: RAMP ACCEL TIME:: 0.04SECS SETUP PARAMETERS:: RAMPS:: RAMP DECEL TIME:: 0.1SECS

    電壓反饋調(diào)顯示參數(shù)精度：

    SYSTEM:: CONFIGURE I/O:: ANALOG INPUT:: ANIN3(A4):: CALIBRTION:: 1.0000

    電機(jī)爬行處理

    SETUP PARAMETERS:: STANDSTILL:: STANDSTILL LOGIC:: ENABLED

    SETUP PARAMETERS:: STANDSTILL:: ZERO THRESHOLD:: 2.00%

    在本系統(tǒng)中，沒(méi)有其他的一些特殊要求的程序，不存在對(duì)直流調(diào)速器進(jìn)行編程。

3 試驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論

    在試驗(yàn)過(guò)程中，系統(tǒng)采用兩個(gè)直流電機(jī)作為模擬飛鋸的控制對(duì)象，并對(duì)兩個(gè)電機(jī)的實(shí)時(shí)速度和位置進(jìn)行了精確測(cè)量，試驗(yàn)結(jié)果基本能夠滿足要求，因?yàn)椴捎玫乃惴ū容^簡(jiǎn)單，所以，離精度很高的控制要求還有一段距離。

4 結(jié)束語(yǔ)

    在系統(tǒng)中，采用歐陸的直流調(diào)速器和歐姆龍的PLC進(jìn)行了一次飛鋸機(jī)的模擬。用旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行電機(jī)的速度和位置檢測(cè)，然后采用PLC的脈沖輸入模塊進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)和相應(yīng)的換算，采用模擬輸出模塊進(jìn)行控制信號(hào)的輸出，并且，采用直流調(diào)速器對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)飛鋸機(jī)的模擬和試驗(yàn)。參考參考文獻(xiàn):

    【1】 宋伯生  PLC編程理論算法及技巧  北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005

    【2】 汪小澄  袁立宏 張世榮  可編程控制器運(yùn)動(dòng)控制技術(shù) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006

    【3】 曹輝  霍罡 可編程控制器過(guò)程控制技術(shù)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005

    Based PLC and DC Digital Drive to Simulate the Flying Saw
                           

    Zhu Yue     Ren Bo

    Abstract: In this system, we use PLC and DC Digital Drive to Simulate the Flying Saw. PLC give the control signal to this system, and first it is given two back signals, then subtract them each other, then based voltage output module and the error to engender voltage signal to achieve long-distance control.. Otherwise, as the controller of this system, DC Digital Drive is the most important part, it is given the voltage signal from the PLC. it uses speed control way to adjust the speed of the machine, and make two machines synchronization ,by that to simulate the Flying Saw.

    Keywords: PLC; DC Drive; coder; Flying Saw; speed control