1 引言

　　切紙機(jī)械是印刷和包裝行業(yè)最常用的設(shè)備之一。切紙機(jī)完成的最基本動(dòng)作是把待裁切的材料送到指定位置逢艘，然后進(jìn)行裁切蒸绩。其控制的核心是一個(gè)單軸定位控制。我公司引進(jìn)歐洲一家公司的兩臺(tái)切紙?jiān)O(shè)備霸饲，其推進(jìn)定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是利用單片機(jī)控制的凡矿。控制過(guò)程是這樣的置芋，當(dāng)接收編碼器的脈沖信號(hào)達(dá)到設(shè)定值后紊竹，單片機(jī)系統(tǒng)輸出信號(hào)，斷開(kāi)進(jìn)給電機(jī)的接觸器栋湃，同時(shí)電磁離合制動(dòng)器的離合分離壹会，剎車(chē)起作用以消除推進(jìn)系統(tǒng)的慣性，從而實(shí)現(xiàn)精確定位铲桑。由于設(shè)備的單片機(jī)控制系統(tǒng)老化及键，造成定位不準(zhǔn)盖赛，切紙動(dòng)作紊亂，不能正常生產(chǎn)胸胚。但此控制系統(tǒng)是早期產(chǎn)品甜届，沒(méi)有合適配件可替換，只能采取改造這一途徑垫嚣。目前國(guó)內(nèi)進(jìn)行切紙?jiān)O(shè)備進(jìn)給定位系統(tǒng)改造主要有兩種方式岩模，一是利用單片機(jī)結(jié)合變頻器實(shí)現(xiàn)，一是利用單片機(jī)結(jié)合伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)肖粮，不過(guò)此兩種改造方案成本都在兩萬(wàn)元以上孤页。并且單片機(jī)系統(tǒng)是由專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)公司設(shè)計(jì)，技術(shù)保守尿赚，一旦出現(xiàn)故障只能交還原公司維修或更換散庶，維修周期長(zhǎng)且成本高，不利于改造后設(shè)備的維護(hù)和使用凌净。我們結(jié)合自己設(shè)備的特點(diǎn)提出了新的改造方案悲龟，就是用PLC的高速計(jì)數(shù)器功能結(jié)合變頻器的多段速功能實(shí)現(xiàn)定位控制，并利用HMI（人機(jī)界面HumanMachineInterface）進(jìn)行裁切參數(shù)設(shè)定和完成一些手動(dòng)動(dòng)作冰寻。

2 改造的可行性分析

　　現(xiàn)在的大多PLC都具有高速計(jì)數(shù)器功能须教，不需增加特殊功能單元就可以處理頻率高達(dá)幾十或上百KHz的脈沖信號(hào)，而切紙機(jī)對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的精度和響應(yīng)速度要求不是很高斩芭∏嵯伲可以通過(guò)對(duì)切紙機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，合理的選用編碼器划乖，讓脈沖頻率即能在PLC處理的范圍內(nèi)又可以滿足進(jìn)給的精度要求贬养。在進(jìn)給過(guò)程中，讓PLC對(duì)所接收的脈沖數(shù)與設(shè)定數(shù)值進(jìn)行比較阶庆，根據(jù)比較結(jié)果驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的輸出點(diǎn)對(duì)變頻器進(jìn)行輸出頻率的控制郎博，實(shí)現(xiàn)接近設(shè)定值時(shí)進(jìn)給速度變慢，從而減小系統(tǒng)慣性铺享，達(dá)到精確定位的目的抱壶。另外當(dāng)今變頻器技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，使電機(jī)在低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩大幅度提升潘乖，從而也保證了進(jìn)給定位時(shí)低速推進(jìn)的可行性院颜。

3 主要控制部件的選取

3.1 PLC的選取

設(shè)備需要的輸入輸出信號(hào)如下：

x0脈沖輸入

x1脈沖輸入

x2前限位

x3后限位 y3 前進(jìn)!

x4前減速位 y4 后退

x5電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào) y5 高速

x6刀上位 y6 中速

x7滑刀保護(hù) y7 低速

x10壓紙器上位 y10

x11光電保護(hù) y11

x12小車(chē)后位 y12 進(jìn)給離合　　

x13雙手下刀按鈕 y13 壓板下

x14停止按鈕 y14 刀離合

x15連桿保護(hù) y15 電機(jī)禁啟動(dòng)

x16刀回復(fù)到位

　　針對(duì)這些必需的輸入點(diǎn)數(shù)，選用了FX1s－30MR的PLC毛龟，因?yàn)檫x用了人機(jī)界面驳墓，其它一些手動(dòng)動(dòng)作，如前進(jìn)攀驶、后退逮赋、換刀等都通過(guò)人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)京嗽，不需占用PLC輸入點(diǎn)镰对，從而為選用低價(jià)位的FX1s系列PLC成為可能卓奄，因?yàn)镕X1s系列PLC輸入點(diǎn)最多只有16點(diǎn)。另外此系列PLC的高速計(jì)數(shù)器具有處理頻率高達(dá)60千赫的脈沖的能力止毕，足可以滿足切紙機(jī)對(duì)精度的要求模蜡。

3.2 編碼器的選取

　　編碼器的選取要符合兩個(gè)方面，一是PLC接收的最高脈沖頻率扁凛，二是進(jìn)給的精度忍疾。我們選用的是編碼器分辨率是500P/R（每轉(zhuǎn)每相輸出500個(gè)脈沖）的。通過(guò)驗(yàn)正可以知道此分辨率可以滿足上面兩個(gè)條件谨朝。驗(yàn)證所需的參數(shù)：電機(jī)最高轉(zhuǎn)速是1500轉(zhuǎn)/分（25轉(zhuǎn)/秒）卤妒、進(jìn)給絲桿的導(dǎo)程是10mm/轉(zhuǎn)。驗(yàn)證如下：

　　本系統(tǒng)脈沖最高頻率＝25轉(zhuǎn)/秒×500個(gè)/轉(zhuǎn)×2（A/B兩相）＝25KHz

　　理論進(jìn)給分辨率＝10mm/500=0.02mm

　　同時(shí)由上面的數(shù)據(jù)知道進(jìn)給系統(tǒng)每走1mm編碼器發(fā)出50（此數(shù)據(jù)很重要字币，在PLC程序的數(shù)據(jù)處理中要用到）個(gè)脈沖信號(hào)则披。由于此工程中對(duì)編碼器的A/B相脈沖進(jìn)行了分別計(jì)數(shù)，使用了兩個(gè)高速計(jì)數(shù)器洗出，且在程序中應(yīng)用了高速定位指令士复，則此PLC可處理的最高脈沖頻率為30千赫，因此滿足了第一個(gè)條件;我們的切紙機(jī)的載切精度要求是0.2mm翩活，可知理論精度完全滿足此要求阱洪。

3.3 變頻器和HMI的選取

　　這兩個(gè)部件我們都選用了三菱公司的產(chǎn)品，分別是FR-E540-0.75K-CH和F920GOT-BBD-K-C倒恭。

4 F920GOT-BBD-K-C的特點(diǎn):

　　F920GOT是帶按鍵型的HMI弱豹，它的使用和編程非常簡(jiǎn)單方便。它具有以下特點(diǎn)：1)可以方便的實(shí)現(xiàn)和PLC的數(shù)據(jù)交換棠岭；2)通過(guò)本身自帶的6個(gè)功能按鍵開(kāi)關(guān)履婆，可以控制PLC內(nèi)部的軟繼電器，從而可以減少PLC輸入點(diǎn)的使用;3)具有兩個(gè)通訊口僧逞，一個(gè)RS232C（用于和個(gè)人電腦通訊）和一個(gè)RS422（用于和PLC通訊）酝遇，利用電腦和F920GOT相連后不僅可以對(duì)HMI進(jìn)行程序的讀取和上傳，還可以直接對(duì)PLC的程序進(jìn)行上傳下載杏蟋、調(diào)整和監(jiān)控驳芙。

5 PLC和HMI程序的編寫(xiě)

　　此工程中程序的難點(diǎn)主要在于數(shù)據(jù)的處理上。在切紙機(jī)工作過(guò)程中除手動(dòng)讓進(jìn)給定位機(jī)構(gòu)前進(jìn)后退外震崎，還要實(shí)現(xiàn)等分裁切功能和指定具體位置定位功能掰闯，并且HMI上還要即時(shí)顯示定位機(jī)構(gòu)的當(dāng)前位置。我們?yōu)榱撕?jiǎn)化程序中的計(jì)算汉锡，采用了兩個(gè)高速計(jì)數(shù)器C235和C236的钞。C236通過(guò)計(jì)算前進(jìn)后退的脈沖數(shù)兜蠕，再進(jìn)行換算后用于顯示進(jìn)給機(jī)構(gòu)的當(dāng)前位置；C235用于進(jìn)行精確定位抛寝。定位過(guò)程是這樣的熊杨，每次進(jìn)給機(jī)構(gòu)需要定位工作時(shí)，通過(guò)計(jì)算把需要的脈沖數(shù)送到C235盗舰，不論進(jìn)給機(jī)構(gòu)前進(jìn)還是后退C235進(jìn)行減計(jì)數(shù)晶府，同時(shí)對(duì)C235中的數(shù)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的輸出點(diǎn)對(duì)變頻器進(jìn)行輸出頻率的控制钻趋，實(shí)現(xiàn)接近設(shè)定值時(shí)進(jìn)給速度變慢川陆，從而達(dá)到精確定位。因?yàn)槿魏蜗到y(tǒng)都有慣性和時(shí)間上的遲滯蛮位，所以變頻器停止輸出的時(shí)間并不是C235中的計(jì)數(shù)值減小到0時(shí)较沪，而是讓C235和一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器D130比較，當(dāng)C235中的值減小到D130中的設(shè)定值時(shí)PLC控制變頻器停止輸出失仁。D130的值可通過(guò)人機(jī)界面進(jìn)行修改和設(shè)定尸曼，在調(diào)試時(shí)通過(guò)修改這個(gè)值，以達(dá)到定位準(zhǔn)確的目的陶因。顯示定位機(jī)構(gòu)當(dāng)前位置的程序見(jiàn)下圖1协包，

　圖1顯示定位機(jī)構(gòu)當(dāng)前位置程序段

實(shí)現(xiàn)定位控制的程序段見(jiàn)下圖2。

圖2定位程序段

　　還有一個(gè)問(wèn)題是參數(shù)設(shè)定時(shí)的小數(shù)點(diǎn)位問(wèn)題忠牛，實(shí)際工作中在設(shè)定位置時(shí)要精確到0.1mm幔憋。這個(gè)問(wèn)題在一些單片機(jī)系統(tǒng)中常會(huì)遇到，常見(jiàn)的處理辦法是加大一個(gè)數(shù)量級(jí)克鼠，就是設(shè)定數(shù)據(jù)時(shí)全乙，在人機(jī)界面上用1代替0.1mm，10代替1mm滚尼。不過(guò)我們?cè)谔幚泶藛?wèn)題時(shí)通過(guò)HMI中對(duì)數(shù)據(jù)的設(shè)置和PLC的程序編寫(xiě)達(dá)到了所見(jiàn)即所得的效果侄伟。HMI中主要是對(duì)數(shù)值的格式要設(shè)定好。HMI中的設(shè)置畫(huà)面見(jiàn)下圖鉴吕。

　圖3HMI中數(shù)據(jù)設(shè)置畫(huà)面　　

　　比如我要等分裁切10.5mm的紙撇委，就可以在HMI上設(shè)定為10.5，而不是像我公司其它設(shè)備上要設(shè)為105捌唾，但PLC的寄存器D128的內(nèi)容是105而不是10.5汪仰，這樣在計(jì)算需要的脈沖數(shù)時(shí)就要用下面一條命令：

　　MULD128K5D10（此命令中盡管編程時(shí)D11不出現(xiàn)但實(shí)際上寄存器D11被占用，不能再應(yīng)用于其它地方吆视，否則會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題典挑。）

　　而不是用：

　　MULD128K50D10　　

　　編程中其它應(yīng)注意的問(wèn)題。一是雙線圈問(wèn)題啦吧。本工程中利用條件跳轉(zhuǎn)和步進(jìn)指令避免了雙線圈問(wèn)題您觉。二是誤信號(hào)問(wèn)題拙寡。編碼器是一種比較精密的光電產(chǎn)品，受振動(dòng)時(shí)不可避免的會(huì)出現(xiàn)誤信號(hào)琳水，而切紙機(jī)在執(zhí)行裁切動(dòng)作時(shí)會(huì)造成很大振動(dòng)肆糕，如果忽視這個(gè)現(xiàn)象，定位精度和執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)前位置的顯示都會(huì)不準(zhǔn)確炫刷。本工程中處理方法參見(jiàn)上面例子程序圖1擎宝，只有Y3郁妈、Y4接通浑玛，即只有進(jìn)給機(jī)構(gòu)前進(jìn)和后退時(shí)才讓C236進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣就屏蔽了裁切時(shí)震動(dòng)造成的誤信號(hào)噩咪。

6 變頻器的參數(shù)設(shè)置

　　此工程中需設(shè)定的變頻器的主要參數(shù)見(jiàn)下顾彰。

　參數(shù) 號(hào)名 稱(chēng)設(shè)定值
　　0 轉(zhuǎn)矩提升 8%（低速時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩不足時(shí)可提高此數(shù)字）
　43 速設(shè)定（高速） 30Hz
　 53 速設(shè)定（中速） 10Hz
　 63 速設(shè)定（低速） 2Hz
　　7 加速時(shí)間 0.5s
　　8 減速時(shí)間 0.5s
　 24 多段速設(shè)定（4速）50Hz
　 79 操作模式 2（只執(zhí)行外部操作）

　　在調(diào)試過(guò)程中為了達(dá)到定位速度和精度的完美結(jié)合，應(yīng)對(duì)三段速設(shè)定值胃碾，加減速時(shí)間和HMI中D130蜻罕、D200和D202的數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

7 結(jié)論

　　通過(guò)上述的改造過(guò)程样京，完全恢復(fù)了我們切紙機(jī)的功能涯贝，試用三個(gè)月以來(lái)運(yùn)行非常穩(wěn)定。由這個(gè)應(yīng)用實(shí)例可以看出結(jié)合PLC的高速計(jì)數(shù)器功能品痕，合理的進(jìn)行應(yīng)用跃呛，在一定場(chǎng)合可以取代高成本的定位控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)最優(yōu)的性價(jià)比府贰。也迎合了我國(guó)當(dāng)前提出的建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的宗旨秦砌。

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