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

精確的定長(zhǎng)控制設(shè)備往往要求具備高速輸入和高速輸出功能，同時(shí)又要協(xié)調(diào)多個(gè)設(shè)備間配合動(dòng)作。PLC由于其集高速、通訊和控制功能于一身，被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到定長(zhǎng)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(guò)接收文本顯示器信息和編碼器的高速輸入信號(hào)，利用高速輸出驅(qū)動(dòng)伺服放大器并通訊控制變頻器，從而實(shí)現(xiàn)面條切割長(zhǎng)度的精確控制。

一．系統(tǒng)工藝介紹

掛面在剛剛生產(chǎn)出來(lái)時(shí)，并非像我們平時(shí)見(jiàn)到的那樣短小，而是長(zhǎng)度約1.3米的長(zhǎng)長(zhǎng)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(zhǎng)度適當(dāng)?shù)娜舾啥巍?

長(zhǎng)面切割前需要人工將其掛在面桿上，之后通過(guò)主傳送帶上的掛鉤將面桿及長(zhǎng)面帶入設(shè)備。切刀后端接近開(kāi)關(guān)感應(yīng)到面桿到達(dá)后，控制切刀動(dòng)作將面桿與掛面切離，而此時(shí)的掛面已經(jīng)被一對(duì)導(dǎo)面滾輪壓住繼續(xù)向前行進(jìn)。此后切刀不斷動(dòng)作切割面條，固定時(shí)間或長(zhǎng)度后停止動(dòng)作，等待下一桿面。

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面條切割機(jī)的主傳動(dòng)為3.7KW電機(jī)，由艾默生變頻器調(diào)速控制；切刀動(dòng)作為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由伺服放大器控制；同時(shí)配備文本顯示器，用于設(shè)置切面長(zhǎng)度和監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)；傳動(dòng)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(zhǎng)度：要求切割出的面條長(zhǎng)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(shí)，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(lái)幾桿面時(shí)，需要將電機(jī)緩慢增頻，直至最高設(shè)定轉(zhuǎn)速。

切刀動(dòng)作：由于切刀為雙刃型，因此每次切割動(dòng)作為轉(zhuǎn)動(dòng)半圈，且切刀的轉(zhuǎn)速不可過(guò)慢，防止面條在切刀處短暫堆積。
切割刀數(shù)：對(duì)于固定面條總長(zhǎng)、固定掛面單長(zhǎng)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(shí)長(zhǎng)面的后面部分可能有彎曲等問(wèn)題，不能制為成品。同時(shí)，剩余的部分需要回收重新制成長(zhǎng)面，因此需要打碎。

3．電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及說(shuō)明

整體系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)如下圖

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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(zhǎng)面的長(zhǎng)度，切割掛面的單長(zhǎng)，切割刀數(shù)，手動(dòng)/自動(dòng)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(dòng)、停止、頻率設(shè)定三種命令，具體發(fā)送時(shí)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(hào)分別送入PLC的X0和X1。PLC應(yīng)用高速計(jì)數(shù)功能對(duì)編碼器信號(hào)計(jì)數(shù)，經(jīng)過(guò)內(nèi)部計(jì)算和變換后確定何時(shí)驅(qū)動(dòng)伺服放大器動(dòng)作。

伺服放大器與PLC的高速輸出端子Y0連接，通過(guò)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(zhǎng)度控制：將編碼器信號(hào)接入PLC中以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度精確控制，實(shí)際上只需將編碼器與面條長(zhǎng)度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系找到就可以。通過(guò)編程實(shí)驗(yàn)測(cè)得，十桿掛面編碼器所發(fā)脈沖數(shù)為70610個(gè)，又通過(guò)實(shí)際測(cè)量得知每個(gè)面桿間的長(zhǎng)度為1527mm，由此可得每毫米對(duì)應(yīng)脈沖數(shù)為4.624個(gè)。因此只需在程序中將設(shè)定長(zhǎng)度乘以4.624，當(dāng)高速計(jì)數(shù)達(dá)到該要求時(shí)產(chǎn)生切刀動(dòng)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(shí)間間隔的概念來(lái)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(duì)方要求增加轉(zhuǎn)速，相應(yīng)的時(shí)間間隔也將改變，這就要求用于判斷“連續(xù)”的時(shí)間標(biāo)尺也要連續(xù)變化，而時(shí)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(wèn)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(lái)即增加頻率，而一定的時(shí)間內(nèi)無(wú)面桿接近信號(hào)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(dòng)作：切刀的動(dòng)作是由伺服放大器控制的，通過(guò)程序?qū)崪y(cè)得知需要接收17173個(gè)脈沖轉(zhuǎn)半圈（刀是雙刃）。

切刀轉(zhuǎn)速問(wèn)題：實(shí)際上只需要找到傳送帶最高轉(zhuǎn)速時(shí)對(duì)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(wú)堆積。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，在傳送帶轉(zhuǎn)速達(dá)到最高時(shí)，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(wèn)題可以看作是掛面總長(zhǎng)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(dòng)即可。需要注意的是高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)每一圈要消耗一個(gè)固定時(shí)間，因而在下一桿面的接近信號(hào)到來(lái)前的轉(zhuǎn)動(dòng)將可能使系統(tǒng)錯(cuò)過(guò)該接近信號(hào)。

為了避免這種現(xiàn)象，需要根據(jù)面條已經(jīng)過(guò)長(zhǎng)度決定最后一次高速轉(zhuǎn)動(dòng)。本次利用編碼器中的B相來(lái)反饋面條的長(zhǎng)度，當(dāng)脈沖數(shù)大于6000時(shí)（已經(jīng)過(guò)面條1.3m），不再高速動(dòng)作。

5．結(jié)束語(yǔ)

小型可編程控制器其典型應(yīng)用之一便是通過(guò)一臺(tái)上位機(jī)對(duì)PLC進(jìn)行讀寫(xiě)，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(guò)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。