拉萨西门子中国授权代理商DP电缆供应商

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PLC，编码器，变频器实现同步控制的一种方法简介：变频器与可编程序控制器通过RS485通信连接控制电机速度；可编程序控制器根据编码器测出的现场速度改变变频器频率；触摸屏设定工作参数。

1，设备工作原理简介。

设备的用途为印刷后续加工，全自动覆膜机。

工作方式为把单张纸表面覆一层塑料膜，使印刷品表面看起来亮，并保护印刷表面的图文。比如色拉油的包装标贴，或者某些书籍的封面。

，一张张印刷后的纸张通过直线传送到腹膜滚筒，然后通过滚筒施加的压力，使纸张与薄膜贴合在一起，后把纸张与薄膜接缝处切开，具体的工序不赘述。

2，主要技术难点。由于纸张是一张张的传送到滚筒，薄膜是缠绕在滚筒表面的，要使它们贴合在一起，并且每张纸之间不能有间隙。通俗的讲就是：把一张张的纸，尾相接的贴在一卷薄膜上。纸张通过直线传送到滚筒上，薄膜通过开卷机构附在滚筒上，然后压在纸张表面。

这里，直线输纸机构与滚筒分别有两个变频电机驱动，所以要求两个运动机构的表面线速度一致。只有这样才能使纸张之间腹膜以后不留有空隙，控制精度要求误差不能大于1毫米。纸张的长度是可设定的，比如，某次是要求一万张同等长度的纸张，下一次有可能是另一种长度规格的纸张。滚筒的直径确定不变。

设备安装2个旋转编码器，分别输纸机构与滚筒的线速度，plc根据计算的速度调节变频器的输出频率使它们的线速度保持一致。在计算过程中由于存在圆周率，必需把计算的数据取整。这样经过乘除计算后才能得到比较准确的数据。计算的过程中数据取整只有把数据同时扩大1000倍或者10000倍才能得到比较准确的商。

plc的被除数是有限制的不能太大，否则溢出。在这里选择1000p/r的旋转编码器。就可以直接把纸张的长度分成1000份。并且把数据扩大1000倍。关于这些是具体设计变程过程中选取的。在这里只是说明一下。不再把数据计算一一演算。

根据数据计算结果不停的比较两个数据。依据比较结果加减从变频器的频率，使两个机构的表面线速度保持一致。比较周期为20毫秒，加减的频率单位为0.01赫兹。

3，系统组成。编码器2个，分别输入plc的两路高速计数通道。两个变频器通过plc的rs485通信口改变频率，组成简单的闭环控制系统。具体的关于plc与变频器通过485通信连接不在这里具体说明。大家可以参照modbus通信协议和支持它的变频器手册。具体的方法将在以后的文章里跟大家交流。

硬件配置

PLC选用永宏的FBS-40MCT，该型机具有较高的性价比，体积小，功能强，24点输入，其中有16点高速计数器，频率可达120K，16点输出，其中有4轴步进或伺服输出整合在里面，输出频率可达120K，使应用起来非常方便，接线简捷。编程软件WinProladder有梯形图之称，易学易用且功能强大，编辑、监视、除错等操作非常顺手，按键、鼠标并用及在线即时指令功能查询与操作指引，使编辑、输入效率倍增。

接点分配：取各轴伺服电机的Z相信号作原点开关，要分接在几个高速输入点上，用中断进行机床原点复归，其余限位开关、操作开关、液位检知等常规接点可按顺序依次接入。X、Y、Z三轴伺服电机连在前3轴伺服输出点，主轴高低速、冷却、报警等接在其余输出点上。

X、Y、Z3轴伺服系统均选用相同的，和利时的ES系列全数字交流伺服驱动器0040E-CBCEE-02，和60系列小惯量的伺服电机60CB040C-2DE6E。该伺服系统功能比较完善，如能耗制动、电子齿轮、自动加减速等，具备多种脉冲串输入，保护功能也比较完备，有欠压、过压、过流、过载、堵转、失速、位置差、编码器异常等。在此设备中按集电开路驱动方式连接至PLC，脉冲输入频率为200K,伺服ON、Z相信号等也做相应连接。

变频器选用富凌的DZB70B0015L2A，规格为单相1500W，400Hz，有多步速供编辑使用。由于正常使用时不频繁变速，故速度调节设定不引出，只在变频器操作面板上调节，设定两个速度，高速用于加工，低速用于对。调节相关参数与主轴匹配，如基频、基压、运行频率上限、载频等，并改动相应跳线。

主轴没有采用传统方式，而是根据加工需要，采用了雕刻机用的电主轴，安阳莱必泰的ADX80-24Z/1型，其体积小、噪音低，直径只有80mm,这样使整个主轴箱便于整体密封，可有效地防止加工中的碎屑飞溅到Z轴的丝杠和导轨上造成损害，也使主轴箱外表显得美观。它的转速为24000转/分，使正常工作转速6000-14000转有一个合适的余量范围。

人机界面选用人机电子的通用可编程文本显示器MD204L，它可以以文字或指示灯等形式监视、修改PLC内部寄存器或继电器的数值及状态。

三、软件设计

机床工作的流程图如图2所示，开机后先检测手动开关是否有效，若手动开关有效，即利用各手动控制开关执行手动操作的项目。若手动开关无效，则启动原点复归程序，各轴进行机床原点复归，先回Z轴再回其它两

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轴，当所有轴都原点复归成功后才能进行到下一步。若和工装夹具、工件程序均没有变动，可复位到加工预备状态而不进行对，若需对，则打开对开关启动对程序，3轴分别对，即找工件原点，利用手动各轴移动开关快慢移动各轴，使工件的三个面分别碰触低速旋转的，刚好碰上为止。对好后，按对OK确认，再输入补，经过程序处理，即形成工件原点也就是编程0点，编程时根据此0点按照图纸计算路径，可使操作者思路清晰，编辑运算简单。操作者编辑的是用户程序，可以编辑轨迹，就是各轴移动坐标，还有移动速度、循环加工时的循环次数等。编好程序后或使用当前程序时，即复位到预备状态：各轴移动到初始位—一个合适的位置，装卸工件方便、不易碰触时，装上工件，按启动即可开始加工，主轴运转，冷却液开，各轴按程序设定坐标移动。当加工结束时，机床复位，即各轴又移动到初始位，主轴停，冷却关，这时可卸下工件，完成加工过程。

   3、改造后T68镗床的PLC调试过程

    3.1  M1的正转连续控制

    主轴变速杆SQ1压下：X5置1，进给变速杆SQ3压下：X7置1。

    3.1.1 正转低速起动

    主轴变速手柄—低速—SQ不受压—X11置O。

    按下正转起动按钮SB2—X1置1—M0置1自  锁—Y2、M3、Y0、M2、Y3置l—KM1、KM3、KM4得电—  M1接成△低速全压起动—n↑—KS1（X15创作）—为  反接制动作准备。

    3.1.2正转低速停车：反接制动

    按停车按钮SB1—X0闭合—M3、Y0、Y3置0—  KM1、KM4失电—同时Y1、M2、Y3得电置1—KM2、KM4得电—M1串电阴R进行反接制动—n↓—KS1复位—X15断开—Y1、M2、M3复位置0—KM4失电—M1停车结束。

    3.1.3   M1正转高速起动

    主轴变速手柄—高速—SQ受压—X11置1。

    控制过程同低速类似，按下SB2—X1置1—M0、M2、M3、YO、Y3置1，由于X11置1，使得T0开始延时—KM1、KM3、KM4得电—M1接成△低速全压起动—延时3 s—T0动作—Y3复讨，T1延时0.5 s，Y4置l—KM4失电—KM5得电—M1接成YY高速运行—n↑—KS1(X15)动作—为反接制动作准备。

    3.1.4 正转高速停车

    同正转低速停车类似，采用的是低速反接制动。

    3.2  M1 的反转控制

    同正转低速控制类似，利用SB3、M1、Y2、M5、Y1、M2、Y3、Y4、KS2 来控制实现。

    3.3 M1的点动控制

    止转点动：按SB4—X3置l—M3、YO、M2、Y3置1—KM1、KM4 得电—M1接成△串电阻低速点动。

    反转点动按SB5实现。

    3.4 主运动的变速控制

    主轴变速SQ1：变速完毕，啮合好受压—X5置l；SQ2：变程中，发生齿受压—X6置1。

    主轴变速操作手柄拉出—SQ1复位—X5置0—若正转状态—反接制动停车—调变速盘至所需速度—将操作手柄推回原位、若发生齿现象，则进行变速冲动：SQ2受压—X6置l—M2、M4、Y0、Y3置l—Y1、N2、Y3置1—kM2、KM4得电—M1进行反接制动—n↓—速度下降至1OO r/min—KS1复位—X15置0—K—KM2失电，KM1得电—M1起动n↑—制动n↓—起动—制动……故M1被间歇地起动、制动—直至齿轮啮合好—手柄推上后—压SQ1，SQ2复位，切断冲动回路。变速冲动过程结束。

    3.5 进给变速

    由SQ3、SQ4控制，控制过程同主轴变速。

    3.6 镗头架、工作台的快移

    由快移操作手柄控制，通过SQ7、SQ8即X13、X14控制M2的正反转实现。

    4、结束语

    将以上设计好的PLC程序输入到FX2N－48MR主机以后，连接好输入输出分配和主电路，按照以上的步骤进行调试，调试过程全部通过，满足T68镗床的控制要求。

    T68镗床原继电器电路经三菱FX2N系列PLC改造后，虽然PLC一次性投资较大，但改造后的设备大大降低了运行的故障率，提高了设备运行的稳定性和效率，减轻了工人的劳动强度，降低了日常维护成本，并可避免出现因误操作而引起的事故。改造后设备经使用运行，结果表明效果非常好。

1  引言
在塑料、印染以及造纸纺织等业生产中，往往具有很多个同步传动单机，每个机组都有各自立的拖动系统。与此同时，又要求各单元间被加工物(布匹、纸张等)的运行线速度能够步调一致，即实现同步运动。造纸设备虽然种类繁多，传动结构也各异，但从系统组成来看都是由压榨、烘干、压光、卷取等几个部分组成，各部分都有电机驱动。造纸工艺要求:设备传动时应保证纸在各部分传送时具有恒定的速度及恒定的张紧度。目前造纸设备实现这个要求的控制方案是变频调速，而对变频器的控制主要有两类:一类是PLC控制，另一类是IPC机或工控机控制[1][2]。本文采用PLC控制来实现造纸机的同步传动。

2  造纸机同步传动系统
2.1  造纸生产线控制要求分析
图1为造纸生产线操作台的面板图。由于该系统由多个单元组成，各单元要求保持同步，从而构成同步传动控制系统。对同步控制的要求:

图1     操作台布置图
(1) 统调:各单元要能够同时升速和降速。统调是根据主指令单元(通常是一单元)对转速的要求来进行调节的。
(2) 局部微调:当操作人员发现某单元的速度不同步时，可以进行微调(人工干预)。微调时，该单元以后的各单元的转速同时升速或降速，而不必逐个的进行。
(3) 单微调:在检修和调试阶段，或者遇到特殊情况，又能够对每个单元进行单的微调。
设该生产线由四个单元组成，各个单元的运行情况可以由各自的线速表直观的显示出来。
2.2  同步运行
(1) 当进行统调操作时，将单/统调开关切换到统的位置，通过统调按钮的增/减对四个单元进行同步控制;
(2) 当发现某单元的速度不同步时，可以进行同步微调，例如:当2单元需要调节时，则2~4单元则同时升速或降速;
(3) 当由于某种原因，某个个别单元速度跟不上时，这时需要进行绷紧。对于造纸系统来说，需要按下绷紧按钮，使其速度短暂提升一小段时间，达到绷紧效果。
为了便于操作人员直观的了解系统运行情况，各个操作均有相应的指示灯显示。
2.3  造纸机同步传动控制原理
(1) 变频器的启停
如图2所示，以＃1单元的变频器控制图为例，SA13为变频器的启动开关，当SA13接通时，运行指示灯LA11亮，停止指示灯LA12灭，此时变频器处于运行状态;当按下变频器停止按钮SA12时，线圈KA13失电，变频器停止运行。

图2     #1 变频器控制图
(2) 统/单调控制
统/单调开关SA11置于统调位置，此时，线圈KA12接通，生产系统处于统调状态，通过同步器，可以使＃1~＃4同时进行升速和降速调整。当拨到单调位置时，线圈KA12失电，同时线圈KA11通电，进入同步微调状态。这时可以调整该变频器及其以下的单元。
(3) 绷紧
当常开开关SA14闭合，此时线圈KA14通电，此时变频器会从外部得到一个瞬间稍高电压，控制该单元转速提升到正常水平;断开SA14，恢复的统调状态。
图3为由4个控制单元组成的生产系统接线图。

图3     由4个控制单元组成的控制系统
2.4  造纸机同步传动系统的PLC控制

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采用欧姆龙公司的可编程序控制器CPM1A-40CDR-D对该造纸机同步系统进行改造[3][4]，选择两个数字信号输入端X1和X2，通过功能预置，作为升速和降速之用，同时，把绷紧功能整合到各单元的单微调;改造后的控制系统图如图4所示。

图4     采用PLC进行控制的同步系统
(1) 控制原理
变频器VFD-1至变频器VFD-4的FWD端在得到输入信号时，启动;失去信号时，停止;
变频器VFD-1的X1端子在统调升速和单调升速时得到信号，X2端子在统调降速和单调降速时得到信号;
变频器VFD-2的X1端子在统调升速、2~4单元的同步微调升速和单调升速时得到信号，X2端子在统调降速、2~4单元的同步微调降速和单调降速时得到信号;
变频器VFD-3的X1端子在统调升速、2~4单元的同步微调升速、3~4单元同步微调降速和单调升速时得到信号，X2端子在统调降速、2~4单元的同步微调降速、3~4单元同步微调降速和单调降速时得到信号;
变频器VFD-4的X1端子在统调升速、2~4单元的同步微调升速、3~4单元同步微调降速和单调升速时得到信号，X2端子在统调降速、2~4单元的同步微调降速、3~4单元同步微调降速和单调降速时得到信号。
(2) I/O分配
该型号PLC的输入端的I/O地址为:00000-00915;输出端的I/O为:01000-01915。