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产品描述
F73系列针梳机电气控制系统采用了变频调速技术和PLC控制，具有人机界面功能。该系统稳定、具有操作方便，结构简单，人机对话功能强大，廉，自动化程度高等优点，特别适合麻纺或毛纺企业选用
1 引言
在毛纺和麻纺的工艺流程中针梳机的主要作用是将生毛（麻）条通过并合、梳理、牵伸、除杂变成供下一道工序使用的熟毛（麻）条。F73系列针梳机是天津纺织机械厂根据我国国情自行开发设计的新一代针梳机，适用于羊毛、亚麻及化纤的纯纺和混纺原料。早期的FB系列针梳机主要采用继电器控制，具有简单的计数功能已不能满足现代纺织行业的需求。为此我们开发了以PLC为的控制系统。
可编程控制器以微处理器为基础，综合微电脑技术、自动控制技术以及通信技术，专为工业控制设计，抗干扰能力强，可在恶略的工业环境中与强电设备一起工作，运行稳定。近年来纺织行业和很多设备都将PLC应用于电气控制。
本文介绍了以OE MAX 的NX70型PLC为，结合变频器调速系统、人机界面显示系统、传感器检测系统以及门罩系统构成针梳机电气控制系统，使得出条速度、条杆质量都有很大提高。
2 F73系列针梳机系统组成和特点
F73系列针梳机电气控制系统充分采用当今的计算机技术和工业控制技术，采用OE MAX可编程控制器，解决现有继电器控制无法解决的故障、电气参数和工艺参数不可调的缺点，使整个电气控制系统的控制水平大大提高，充分反映了我国纺织行业的电控技术的发展方向
PLC为本系统的控制，与变频器通讯方式为RS485通讯，与触摸屏通讯也为RS485通讯，运行稳定。本系统需要控制的电机共四台，其中主电机为变频器控制，对于提高条杆质量有很大的帮助。本系统中需信号包括速度、断头、缠罗拉等工艺信号和门罩、气路等故障信号以及操作按钮等控制信号。本系统进线电源为交流380V，既可采用五线制也可采用四线制。
3 PLC控制
3.1 PLC选用
该系统中，选用OE MAX公司的NX70模块化小型可编程控制器 ，其中电源模块选用NX70-POWER2、处理器模块选用NX70-CPU70P2、输入模块选用2块NX70-X16D、输出模块选用1块NX70-Y16R、插槽地板选用NX70-BASE03。该组合选用专为本系统设计，具有一定经济实用性。
3.2 PLC的I/O分配
PLC的I/O分配参见附表：
3.3断头检测
断头包括左右喂入断头和出条嘴前断头，左右喂入断头采用工艺接点检测方式，当喂入的毛（麻）条出现断头时，PLC判断是左断头还是右断头信号后，自动在界面上显示对应的故障信号并通过位于两侧的断头指示灯显示相应一侧的故障信号。前断头检测可采用两种检测方式，一种为工艺接点检测方式，一种为光电检测方式，无论哪种检测方式PLC都将作故障信号处理。无论前断头还是左右断头，只要PLC检测到断头信号，都将作停机处理，并通过界面和故障指示灯将故障信号显示出来，待故障处理完毕，方可重新开车。同时考虑到用户在实际使用中，需要切除左右喂入断头，在界面中设置了切除按钮，用户可根据实际情况选择断头是否切除。
4变频器和触摸屏的选用
本系统中主电机采用变频器进行调速控制，实现了电机的软启动和平滑无级调速，减少了电网的冲击电流，了机械冲击和电网冲击对电机造成的损害，延长了电机的使用寿命，提高了生产效率和条杆质量。本系统选用了安川的VS-606V7系列变频器。
为了实现与PLC、变频器的通讯，本系统触摸屏选用了HAKKO的V606iM10。
界面设计具有故障自动显示功能，电气参数和工艺参数可进行加密设置，即可设置使用者的权。同时运行状态中可显示频率、速度、牵伸倍数、定长等实时参数。本界面中还加入了操作帮助，给操作人员带来了很大的帮助。
5结束语
F73系列针梳机电气控制系统采用了变频调速技术和PLC控制，具有人机界面功能。该系统稳定、具有操作方便，结构简单，人机对话功能强大，廉，自动化程度高等优点，特别适合麻纺或毛纺企业选用。
一、 引言
数控技术是综合应用了电子技术、计算技术、自动控制与自动检测等现代科学技术成就而发展起来的，目前在许多领域尤其是在机械加工行业中的应用日益广泛。
数控系统按其控制方式划分有点位控制系统、直线控制系统、连续控制系统。在机械加工时，数控系统的点位控制一般用在孔加工机床上(例如钻孔、铰孔、镗孔的数控机床)，其特点是，机床移动部件能实现由一个位置到另一个位置的移动，即准确控制移动部件的终点位置，但并不考虑其运动轨迹，在移动过程中不切削工件。
实现数控系统点位控制的通常方法可以有两种：一是采用全功能的数控装置，这种装置功能十分完善，但其价格却很昂贵，而且许多功能对点位控制来说是多余的；二是采用单板机或单片机控制，这种方法除了要进行软件开发外，还要设计硬件电路、接口电路、驱动电路，特别是要考虑工业现场中的抗干扰问题。
由于可编程控制器(PLC)是专为在工业环境下应用而设计的一种工业控制计算机，具有抗干扰能力强、性高、体积小、是实现机电一体化的理想控制装置等显著优点，因此通过实践与深入研究，本文提出了利用PLC控制步进电机实现数控系统点位控制功能的有关见解与方法，介绍了控制系统研制中需要认识与解决的若干问题，给出了控制系统方案及软硬件结构的设计思路，对于工矿企业实现相关机床改造具有较高的应用与参考。
二、控制系统研制中需要认识与解决的若干问题
防止步进电机运行时出现失步和误差
步进电机是一种性能良好的数字化执行元件，在数控系统的点位控制中，可利用步进电机作为驱动电机。在开环控制中，步进电机由一定频率的脉冲控制。由PLC直接产生脉冲来控制步进电机可以有效地简化系统的硬件电路，进一步提高性。由于PLC是以循环扫描方式工作，其扫描周期一般在几毫秒至几十毫秒之间，因此受到PLC工作方式的限制以及扫描周期的影响，步进电机不能在高频下工作。例如，若控制步进电机的脉冲频率为4000HZ，则脉冲周期为0.25毫秒，这样脉冲周期的数量级就比扫描周期小很多，如采用此频率来控制步进电机。则PLC在还未完成输出刷新任务时就已经发出许多个控制脉冲，但步进电机仍一动不动，出现了严重的失步现象。若控制步进电机的脉冲频率为100HZ，则脉冲周期为10毫秒，与PLC的扫描周期约处于同一数量级，步进电机运行时亦可能会产生较大的误差。因此用PLC驱动步进电机时，为防止步进电机运行时出现失步与误差，步进电机应在低频下运行，脉冲信号频率选为十至几十赫兹左右，这可以利用程序设计加以实现。
保证定位精度与提高定位速度之间的矛盾
步进电机的转速与其控制脉冲的频率成正比，当步进电机在低频下运行时，其转速必然很低。而为了保证系统的定位精度，脉冲当量即步进电机转一个步距角时或工作台移动的距离又不能太大，这两个因素合在一起带来了一个问题：定位时间太长。例如若步进电机的工作频率为20HZ，即50ms走一步，取脉冲当量为δ＝0.01mm/步，则1秒钟或工作台移动的距离为20x0.01＝0.2mm，1分钟移动的距离为60x0.2＝12mm，如果定位距离为120mm，则定位时间需要10分钟，如此慢的定位速度在实际运行中是难以忍受的。
为了保证定位精度，脉冲当量不能太大，但却影响了定位速度。因此如何既能提高定位速度，同时又能保定位精度是一项需要认真考虑并切实加以解决的问题。
可变控制参数的在线修改
PLC应用于点位控制时，用户显然希望当现场条件发生变化时，系统的某些控制参数能作相应的修改，例如步进电机步数的改变，速度的调整等。为满足生产的连续性，要求对控制系统可变参数的修改应在线进行。尽管使用编程器可以方便快速地改变原设定参数，但编程器一般不能交现场操作人员使用；虽然利用PLC的输入按键并配合软件设计也能实现控制参数的在线修改，但由于PLC没有提供数码显示单元，因此需要为此单设计数码输入显示电路，这又将大地占用PLC的输入点，导致硬件成本增加，而且操作不便，数据输入速度慢。所以，应考虑开发其他简便有效的方法实现PLC的可变控制参数的在线修改。
其他问题
为了实现点位控制过程中数字变化的显示及故障输出代码的显示等要求，另外还得单设计PLC的数码输出显示电路。由于目前PLC I/O点的价格仍较高，因此应着重考虑选用能压缩显示输出点的合适方法。此外，为保证控制系统的与稳定运行，还应解决控制系统的保护问题，如系统的行程保护、故障元件的自动检测等。
三、控制系统方案
将定位过程划分为脉冲当量不同的两个阶段
要获得高的定位速度，同时又要保定位精度，可以把整个定位过程划分为两个阶段：粗定位阶段和精定位阶段。这两个阶段均采用相同频率的脉冲控制步进电机，但采用不同的脉冲当量。粗定位阶段：由于在点位过程中，不切削工件，因此在这一阶段，可采用较大的脉冲当量，如0.1mm/步或1mm/步，甚。例如步进电机控制脉冲频率为20HZ，脉冲当量为0.1mm/步，定位距离为120mm，则走程所需时间为1分钟，这样为速度显然已能满足要求。精定位阶段：当使用较大的脉冲当量使或工作台快速移动至接近定位点时，(即完成粗定位阶段)，为了保证定位精度，再换用较小的脉冲当量进入精定位阶段，让或工作台慢慢趋近于定位点，例如取脉冲当量为0.01mm/步。尽管脉冲当量变小，但由于精定位行程很短(可定为全行程的五十分之一左右)，因此并不会影响到定位速度。
为了实现上述目的，在机械方面，应采用两套变速机构。在粗定位阶段，由步进电机直接驱动或工作台传动，在精定位阶段，则采用降速传动。这两套变速机构使用哪一套，由电磁离合器控制。
应用功能指令实现BCD码拨盘数据输入
目前较为的PLC不仅具有满足顺序控制要求的基本逻辑指令，而且还提供了丰富的功能指令。如果说基本逻辑指令是对继电器控制原理的一种抽象提高的话，那么功能指令就象是对汇编语言的一种抽象提高。BCD码数据拨盘是计算机控制系统中常用到的十进制拨盘数据输入装置。拨盘共有0~9+个位置，每一位置都有相应的数字指示。一个拨盘可代表一位十进制数据，若需输入多位数据，可以用多片BCD码拨盘并联使用。
笔者选用BCD码拨盘装置应用于PLC控制的系统，这样再设计数码输入显示电路，有效地节省了PLC的输入点，简化了硬件电路，并利用的功能指令实现数据的存储和传输，因此能方便地实现数据的在线输入或修改(如计数器设定值的修改等)，若配合简单的硬件译码电路，就可显示有关参数的动态变化(如电机步数的递减变化等)。为避免在系统运行中拨动拨盘可能给系统造成的波动，设置一输入键，当确认各片拨盘都拨到位后再按该键，这时数据才被PLC读入并处理。
“软件编码、硬件解码”
为满足压缩输出点这一前提条件，采用“软件编码、硬件解码”的方法设计PLC的数码输出显示电路。例如，对于9种及其以下的故障状态显示，可采用8-4软件编码，4-8硬件解码，使显示故障的输出点压缩为4个，硬件电路包含74LS04、74LS48、共阴数码管等器件。
PLC外部元件故障的自动检测
由于PLC具有高的性，因此PLC控制系统中绝大部分的故障不是来自PLC本身，而是由于外部元件故障引起的，例如常见的按钮或行程开关触点的熔焊及氧化就分别对应着短路故障及开路故障。系统一旦自动检测到元件故障，应不仅具有声光报警功能，而且能立即显示故障代码，以便用户据此判断出故障原因。为节省篇幅，此项内容的程序设计思路见参考文献。
四、控制系统的软硬件结构
软件结构
软件结构根据控制要求而设计，主要划分为五大模块：即步进电机控制模块、定位控制模块、数据拨盘输入及模块、数码输出显示模块、元件故障的自动检测与报警模块。
由于整个软件结构较为庞大，脉冲控制器产生0.1秒的控制脉冲，使移位寄存器移位，提供六拍时序脉冲，通过三相六拍环形分配器使三个输出继电器Y430、Y431、Y432按照单双六拍的通电方式控制步进电机。为实现定位控制，采用不同的计数器分别控制粗定位行程和精定位行程，计数器的设定值依据行程而定。例如，设或工作台欲从A点移至C点，已知AC＝200mm，把AC划分为AB与BC两段，AB＝196mm，BC＝4mm，AB段为粗定位行程，采用0.1mm/步的脉冲当量快速移动，利用了6位计数器(C660/C661)，而BC段为精定位行程，采用0.01mm/步的脉冲当量定位，利用了3位计数器C460，在粗定位结束进入精定位的同时，PLC自动接通电磁离合器输出点Y433以实现变速机构的换。
五、结束语
系统试验表明，本文提出的应用PLC控制步进电机实现数控系统点位控制功能的方法能满足控制要求，在实际运行中是切实可行的。所研制的控制系统具有程序设计思路清晰、硬件电路简单实用、性高、抗干扰能力强，具有良好的性能价格比等显著优点，其软硬件的设计思路可应用于工矿企业的相关机床改造。
1 引 言
牙膏封盖机是一个机电一体化的产品，其是控制系统。该控制系统方案基于DELTA（台达）AE系列人机界面、 SS系列PLC、ASD－A伺服系统等产品的组合，借助其产品的数据通讯功能能够很灵活地构造控制方案，它相对于传统的D/A模拟量控制具有性高，控制的优点。以下讨论各系统如何利用通讯功能以实现其间的数据交换和如何使伺服系统的响应速度和机械的扭矩限制相匹配，以实现在牙膏封盖机上的牙膏封装工艺要求。
2 牙膏封盖机的工艺要求和机械结构
牙膏封盖机是牙膏包装生产线上的关键性设备，主要用于牙膏灌装后的封盖动作，其工艺要求如下：（1）封装速度能够配合灌装生产线的送料速度，实现封装速度可以调节；（2）能够对牙膏的封盖扭力进行设定，并只有在封装扭力达到设定值后才能继续封装，以保证牙膏盖的封装质量；（3）能够对来料的相关参数进行检测，并实现自动送料。
3控制系统的硬件配置和功能设计
通过对整个机械工艺特点和功能要求的分析，确定程序控制单元采用PLC实现，HMI人机界面作为监控单元，选择SERVO驱动单元作为速度和扭力控制单元，以满足整个机械的电气控制硬件要求，其电气系统控制硬件
1）PLC程序控制单元
程序控制单元采用DELTA SS系列小型PLC，其主要特点有：
（1）体积小巧，；
（2）14点主机设计，8点数字输入和6点晶体管输出；
（3）内建RS232和RS485双通讯端口，可以采用通讯方式读取HMI设定数据。
HMI 支持双通讯联机功能，可同时连接2种不同协议的控制器。本案使用HMI的COM2与PLC进行RS485通讯，用以设定PLC 程序中的按钮等元件，并可将PLC的运行状态反馈在HMI上，此外还使用了HMI的COM1与SERVO进行RS232通讯，用以与伺服内部寄存器交换数据，架构见可图2。
该方案的优点在于增加任何通讯模块，其控制功能是在各控制单元硬体和软体自身通讯功能的基础上构建实现的，因此可以使、应用方便、性能稳定。
（2）关于大扭矩限制功能的说明
伺服扭矩限制功能通过伺服外部DI2 TRQLM开启后，电机的大输出扭矩设定值＝电机的额定输出扭矩×P1－12的设定％，单位NM。100W的伺服系统额定扭矩为0.318N.M，当P1－12设定为10时，电机大输出扭矩＝0.318×10％＝0.0318N.M。当伺服扭矩限制功能开启后，可由通讯方式改变命令寄存器1-12（地址010CH）的内容值, 并可通过伺服外部的DI 输入切换扭矩命令的来源。当电机输出扭矩达到设定的电机大输出扭矩后，电机会停止运转，并且以反作用力的形式保持，同时伺服单元的DO输出TQL便会由OFF变为ON，扭矩限制功能时序图如图5所示。
由上述讨论可知，只要在开启扭矩限制功能的前提下，改变伺服内部寄存器1－12的内容值，即可限制伺服电机输出扭力的大小。
（3）其他辅助单元
其他辅助单元还包含给控制回路提供电源的DC24V开关电源，DC24V微型电磁阀，以及外部紧急停止按钮等辅助电器元件。
4 工艺过程程序设计
牙膏封盖机控制系统并不复杂，但是对工艺过程却有严格要求。根据生产线生产设备对工艺过程各个环节对工艺的具体要求，经过分析可以绘制出整个生产过程的程序动作流程图，如图6所示。按照该动作流程图编制出各子模块的相关程序并非难事，具体程序在此从略。
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