6ES7214-1BG40-0XB0现货供应
1引言
项目原型基于小型制袋封切机开发外销出口型新机。原制袋宽度为600-1000mm。由于该机型送料胶辊惯量较小，送料电机采用130步进电机经过减速可实现传动，使用单片机进行位置控制。新机型制袋宽度提高到1500mm，送料胶辊惯量大幅增加，考虑到既能满足精度和速度的要求又有较大的瞬间转矩，送料系统改用伺服电机。由于用PLC开发周期较短而且抗干扰性、灵活性好，所以采用PLC+HMI作为控制系统。同时可实现中英文操作画面，满足设备出口的要求。
2 封切机机工艺
2.1 工艺结构
封切机机由机身、上下切刀、变频传动机构、上下送料胶辊、伺服传动机构、放料架、放料直流电机、可调色标检测架、可移动操作箱、电控箱等单元构成，参见图1图片。
图1封切机机侧视外观图
2.2 封切机工艺过程
(1)空白定位运行方式：忽略色标信号，送料长度为设置袋长，送料完成后剪切并计袋数，循环动作直至袋数达到设定值，停机并延时至设置时间，以等待收料设备或操作人员收集袋料后，再次启动并循环工作。
(2)色标定位运行方式：送料长度为设置袋长，在此期间的色标信号忽略，继续送出偏差长度的袋料，检测色标信号，定位于色标信号，定位完成后剪切并计袋数，循环动作直至袋数达到设定值，停机并延时至设置时间，等待收料设备或操作人员收集袋料后，再次启动并循环工作。若误检次数达到默认值，则停机并报警。
工作流程如图2所示。
图2 控制流程简图
3 FD1500型封切机机电系统设计
3.1 传动系统设计
(1)切刀传动系统。切刀传动系统为交流变频器拖动三相异步电机，由面板电位器调速，PLC控制切刀启动与停止。传动轴上安装2只霍尔开关，分别检测切刀低位和送料/切刀高位。开关1：切刀低位信号，该信号为送料停止信号。若送料时检测到切刀低位信号则表示系统超速，需报警并停机。开关2：收到切刀低位信号后的ON信号为送料信号，是送料电机的启动信号;第二次ON信号为切刀高位信号，是高位停机时的停机信号。
(2)送料传动系统。送料传动部分为交流伺服系统，采用同步带1：2减速传动。动力选用台达中惯量2KW伺服电机。具体型号：驱动器ASD-A2023M，电机ASMT20M250。
(3)控制精度计算。通过以下计算得出单个脉冲对应的送料长度，即为控制精度。
系统要求0.2mm定位精度，现计算得出控制精度为0.0314mm，因机械定位误差不大于0.1mm，所以：定位精度+机械误差=0.1314mm<0.2mm，定位精度满足制袋机系统要求。
(4)高脉冲输出频率计算。用户要求高送料速度为180m/min，由此可计算得出系统所要求的脉冲输出频率，以此为PLC选型的重要依据。
3.2 PLC与HMI选型
(1)输入信号统计。在色标传感器检标时，由于袋料上所印刷的色标不同，故亮通(Light On)、暗通(Dark On)均有可能。无论亮通或是暗通，在检测到色标信号时都需要PLC作出中断响应，所以需要把色标传感器的Light On与Dark On都接入PLC。色标信号：2点;低位信号：1点;高位/送料信号：1点，共4点DI信号。
(2)输出信号统计。脉冲输出(Pulse+Sign)：2点(Y0，Y1);切刀动作：1点;冲孔动作：1点;蜂鸣器：1点;共5点DO信号。
(3)其它功能。可输出大于系统所要求频率(95541pps)的脉冲;2点外部中断回应。
基于以上考虑，PLC选择DVP-20EH00T。具体功能参数为：200Kpps脉冲输出，8点外部中断回应。同时与HMI通信可使用RS485连接，抗干扰能力优于一般的RS232通信方式。HMI选用台达DOP-A57GSTD高性价比触摸屏，通过图3可见触摸屏操作更为直观方便。大部分操作在HMI上进行，从而可减少外部按钮开关、指示灯的使用，只保留急停按钮等必要设备。
机电一体化封切机电系统原理如图4所示。
图3 新旧机型HMI操作面板对比
图4 系统原理简图
3.3 PLC程序设计要点
主体程序使用逻辑顺序控制，除此之外的编程重点如下：
(1)使用浮点运算。为减小计算误差，如袋长脉冲数、偏差脉冲数等重要数据的计算，均使用浮点运算。经过验证，计算误差小于0.001mm。
(2)袋长脉冲送料使用DPLSR可调加减速脉冲输出指令，反复修改并验证启动频率与加减速时间设置的合理性。完成袋长脉冲之后，使能色标检测，以忽略袋料中间部分的色标误检。检测到色标时，响应外部中断，执行中断程序置位M1334以停止CH0脉冲输出。可设置亮通(Light On)中断或是暗通(Dark On)中断。精简中断程序的内容，尽量减少中断对扫描周期的影响。
4 结束语
FD1500型制袋封切机的性能虽已达到初的设计目标(在袋长为1000mm时，制袋速度：60个/分)，但PLC脉冲输出频率尚有较大余量可用。使用标准100mm直径胶辊时，可改变伺服电机电子齿轮比，在保证控制精度的前提下，更进一步加大PLC脉冲输出频率的余量。以上有利因素均为FD1500型制袋机提高加工速度奠定了良好的基础。二次开发时，加大减速比至1：3，将突破伺服负载/电机转子惯量比过大这一限速瓶颈，终提高生产效率。
C可编程控制器可靠性高、抗干扰能力强、使用方便等优点，被广泛应用于对转杯纺纱机现场控制。传统控制方式是采用开环控制，电机运行频率变频器面板手工设置，这种方式存控制精度差，人机交互性差等一系列问题，这就需要有一套更合理控制系统来提高机器运行精度和改善人机交互性。我们以台达DVP系列PLC为核心改进设计了一套控制系统，实现纺纱控制性能提高。
1.系统构成
控制系统构成主DVP32ES00R主机，VFD022B43A变频器，VFD037B43A变频器，PWS1711-CTN触摸屏。控制系统中主要任务是：1、调整变频器频率来提高运行精度，改变纺纱工艺;2、人机界面来显示和设置参数。
2.程序设计
程序设计方针是以控制程序作为主程序，PLC与变频器之间通讯，换班，工艺计算，产量报表，号数报表，作为子程序。我们把通讯，换班，产量报表，号数报表等子程序做成标准程序模块，这样缩短了程序开发周期，增强了程序可读性。主程序由速度信号采集，给棉电机和引纱电机初始频率计算，全机动作控制，给棉电机和引纱电机频率调整等程序组成。其中信号采集使用PLC中高速计数器，初始频率计算是细纱号数和捻度，转杯电机理论值进行计算，动作控制主控制转杯电机、分梳辊电机、引纱电机和喂棉电机起停顺序。给棉电机和引纱电机转速采用闭环控制，积分调整方式，用来满足纺纱工艺要求。还值一提是新装设备调试初始，需要进行电机转向调整和机械调整，这就需要电机点动控制方式，为实现这一功能，我采用旋钮选择点动方式，控制人机界面显示点动画面，进行点动控制。
系统采用RS-485进行网络通讯，RS-485是一般工业控制所经常采用网络通讯方式。它具有能够实现多机通讯(RS-485驱动器多可接32个从站)，通讯距离长，抗干扰能力强等特点。台达DVP32ES00R主机具有RS-485通讯口，而台达VFD变频器也都有RS-485通讯口，提供了专用驱动指令。我们以PLC为主机，两个变频器为从机组成RS-485控制网络。每个从站被赋与唯一本机址。
通讯采用主机轮询，从机应答通讯方式，主机发出信息可以被各从机接收，从机只能发出应答信息，从机间不能通信。从机接收到数据后，判断址是否和本机址相同，若相同则对数据进行处理后应答，若不同则不予理睬。通讯主控制给棉电机和引纱电机起停和工作频率修改，工作频率初值是PLC设定细纱号数和棉条号数计算出。机器运转中，速度传感器检测，PLC进行计算比较，微调工作频率，使机器运转精度提高。其中需要注意是使用通讯进行控制变频器起停一定注意程序逻辑顺序，不然将会引起动作混乱而不能达到预期效果。
大屏幕触摸屏优点是信息量大，操作简便直观。本系统中采用PWS1711工业级人机界面，需要设计了各种画面，用来输入工艺参数，显示实测参数。另外提供了产量报表和号数报表，画面如下：
甲、乙、丙、丁班产量分别计入各班产量，作为当前记录，每天产量24点时候，利用循环语句自动填入历史记录(包括日期)。同时把同一工艺纱线产量计入号数表，号数作为填入条件，也就是说号数改变时候，再重新记录。这项工作省去了产量记录员每天记录麻烦，它可以记录35天产量，其中15天是停电保持，管理员才可以清零