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OEM專欄

Emerson EC20系列PLC在掛面定長切割設(shè)備上的應(yīng)用

2025China.cn   2008年11月10日
概述:
  精確的定長控制設(shè)備往往要求具備高速輸入和高速輸出功能,同時又要協(xié)調(diào)多個設(shè)備間配合動作。PLC由于其集高速、通訊和控制功能于一身,被越來越廣泛的應(yīng)用到定長切割設(shè)備中。
  本文將Emerson的EC20系列PLC應(yīng)用到掛面切割機(jī)上,通過接收文本顯示器信息和編碼器的高速輸入信號,利用高速輸出驅(qū)動伺服放大器并通訊控制變頻器,從而實(shí)現(xiàn)面條切割長度的精確控制。
一.系統(tǒng)工藝介紹
  掛面在剛剛生產(chǎn)出來時,并非像我們平時見到的那樣短小,而是長度約1.3米的長長的一串,因此為了適合人們的食用以及方便運(yùn)輸,需要將其切割為長度適當(dāng)?shù)娜舾啥巍?/FONT>
  長面切割前需要人工將其掛在面桿上,之后通過主傳送帶上的掛鉤將面桿及長面帶入設(shè)備。切刀后端接近開關(guān)感應(yīng)到面桿到達(dá)后,控制切刀動作將面桿與掛面切離,而此時的掛面已經(jīng)被一對導(dǎo)面滾輪壓住繼續(xù)向前行進(jìn)。此后切刀不斷動作切割面條,固定時間或長度后停止動作,等待下一桿面。

  面條切割機(jī)的主傳動為3.7KW電機(jī),由艾默生變頻器調(diào)速控制;切刀動作為伺服電機(jī)驅(qū)動,由伺服放大器控制;同時配備文本顯示器,用于設(shè)置切面長度和監(jiān)控設(shè)備狀態(tài);傳動軸承裝有歐姆龍1000線增量式旋轉(zhuǎn)編碼器;核心控制機(jī)構(gòu)為艾默生EC20-PLC。
2.工藝要求
  長度:要求切割出的面條長度為從100mm到400mm,可以調(diào)整的最小范圍為1mm,允許誤差±2mm。
  主電機(jī)轉(zhuǎn)速:為了節(jié)能,當(dāng)每連續(xù)中斷幾桿面時,需要將電機(jī)降頻,直至最低設(shè)定轉(zhuǎn)速;當(dāng)每連續(xù)來幾桿面時,需要將電機(jī)緩慢增頻,直至最高設(shè)定轉(zhuǎn)速。
  切刀動作:由于切刀為雙刃型,因此每次切割動作為轉(zhuǎn)動半圈,且切刀的轉(zhuǎn)速不可過慢,防止面條在切刀處短暫堆積。
  切割刀數(shù):對于固定面條總長、固定掛面單長的情況下,每桿面切割的刀數(shù)是固定的。但是刀數(shù)在小于實(shí)際值以內(nèi)應(yīng)該是可調(diào)的,因?yàn)橛袝r長面的后面部分可能有彎曲等問題,不能制為成品。同時,剩余的部分需要回收重新制成長面,因此需要打碎。
3.電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及說明
整體系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)如下圖

圖中的黑線代表數(shù)據(jù)流,箭頭表示數(shù)據(jù)的傳遞方向。
 
  文本顯示器與EC20的PORT0通訊端口采用MODBUS協(xié)議通訊,其中PLC作為從站。主站發(fā)送的信息主要有一桿長面的長度,切割掛面的單長,切割刀數(shù),手動/自動切換等;從站返回的信息包括當(dāng)前變頻器運(yùn)行頻率,已切割刀數(shù),總的面桿數(shù)計(jì)數(shù)等。
  變頻器與EC20的PORT1通訊端口采用自由口協(xié)議通訊。運(yùn)行中PLC向變頻器發(fā)送啟動、停止、頻率設(shè)定三種命令,具體發(fā)送時刻和發(fā)送周期由程序中的邏輯控制。
  編碼器將A、B兩相信號分別送入PLC的X0和X1。PLC應(yīng)用高速計(jì)數(shù)功能對編碼器信號計(jì)數(shù),經(jīng)過內(nèi)部計(jì)算和變換后確定何時驅(qū)動伺服放大器動作。
  伺服放大器與PLC的高速輸出端子Y0連接,通過PLC輸出的高速脈沖的頻率和數(shù)量確定切刀的轉(zhuǎn)速與位置。
4.工藝的實(shí)現(xiàn)
  長度控制:將編碼器信號接入PLC中以實(shí)現(xiàn)長度精確控制,實(shí)際上只需將編碼器與面條長度之間的對應(yīng)關(guān)系找到就可以。通過編程實(shí)驗(yàn)測得,十桿掛面編碼器所發(fā)脈沖數(shù)為70610個,又通過實(shí)際測量得知每個面桿間的長度為1527mm,由此可得每毫米對應(yīng)脈沖數(shù)為4.624個。因此只需在程序中將設(shè)定長度乘以4.624,當(dāng)高速計(jì)數(shù)達(dá)到該要求時產(chǎn)生切刀動作即可。
  主電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié):該工藝如果直接按照原要求實(shí)現(xiàn),程序修改較大,難點(diǎn)就是如何判斷“連續(xù)”。如果采用時間間隔的概念來判斷連續(xù),在固定轉(zhuǎn)速的情況下是可以的。但是在幾次“連續(xù)”之后,對方要求增加轉(zhuǎn)速,相應(yīng)的時間間隔也將改變,這就要求用于判斷“連續(xù)”的時間標(biāo)尺也要連續(xù)變化,而時間間隔的變化與變頻器頻率的變化并不是完全的線性關(guān)系,問題更復(fù)雜了。
  本次采用的是一種近似的實(shí)現(xiàn)方法:每次面桿到來即增加頻率,而一定的時間內(nèi)無面桿接近信號則降低頻率。該方法的實(shí)驗(yàn)效果大致與用戶要求的相同。
  切刀動作:切刀的動作是由伺服放大器控制的,通過程序?qū)崪y得知需要接收17173個脈沖轉(zhuǎn)半圈(刀是雙刃)。
  切刀轉(zhuǎn)速問題:實(shí)際上只需要找到傳送帶最高轉(zhuǎn)速時對應(yīng)的切刀轉(zhuǎn)速,它們之間保持等比例關(guān)系即可實(shí)現(xiàn)面條的無堆積。通過現(xiàn)場實(shí)測,在傳送帶轉(zhuǎn)速達(dá)到最高時,切刀伺服接收的脈沖頻率為90KHz效果最佳。
  切割刀數(shù)可調(diào):該問題可以看作是掛面總長的一種改變,因此只需正常切割規(guī)定的次數(shù),剩余部分高速轉(zhuǎn)動即可。需要注意的是高速轉(zhuǎn)動時每一圈要消耗一個固定時間,因而在下一桿面的接近信號到來前的轉(zhuǎn)動將可能使系統(tǒng)錯過該接近信號。
  為了避免這種現(xiàn)象,需要根據(jù)面條已經(jīng)過長度決定最后一次高速轉(zhuǎn)動。本次利用編碼器中的B相來反饋面條的長度,當(dāng)脈沖數(shù)大于6000時(已經(jīng)過面條1.3m),不再高速動作。
5.結(jié)束語
  小型可編程控制器其典型應(yīng)用之一便是通過一臺上位機(jī)對PLC進(jìn)行讀寫,控制和監(jiān)視與PLC相連的其他設(shè)備。本文介紹的掛面切割機(jī)正是如此,通過上機(jī)實(shí)際操作,面條的切割效果比較理想,完全滿足客戶的各方面要求。

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