摘 要:本文介紹了西門子可編程控制器常用編程語(yǔ)言在陶瓷壓磚機(jī)位移控制過程中的應(yīng)用，測(cè)試曲線表明，采用高級(jí)編程語(yǔ)言SCL的控制系統(tǒng)精度高、調(diào)速性能好、可操作性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞:PLC 位置檢測(cè);速度控制;陶瓷壓磚機(jī);SCL;計(jì)算模型

1 引言

YP系列陶瓷液壓自動(dòng)壓磚機(jī)是集機(jī)、電、液、氣于一體的高科技專用設(shè)備，也是陶瓷墻地磚生產(chǎn)線上最關(guān)鍵的裝備之一。YP系列壓機(jī)所采用的電氣控制系統(tǒng)為西門子S7-300系列可編程控制器(以下簡(jiǎn)稱PLC)。西門子PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計(jì)的控制裝置，能適應(yīng)各種不同的工業(yè)控制領(lǐng)域，尤其適合陶瓷墻地磚這類工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境較惡劣的領(lǐng)域。

西門子PLC的編程方式有梯形邏輯編程語(yǔ)言(LAD)、功能塊編程語(yǔ)言(FBD)、語(yǔ)句表編程語(yǔ)言(STL)、S7-SCL編程語(yǔ)言、S7-GRAPH編程語(yǔ)言(順序控制)、S7-CFC編程語(yǔ)言等。其中筆者比較常用的是LAD語(yǔ)言和SCL高級(jí)語(yǔ)言。

SCL是按照國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)定義的高級(jí)文本語(yǔ)言。PASCAL類型語(yǔ)言在編寫諸如回路和條件分枝時(shí)，用高級(jí)語(yǔ)言指令要比LAD容易，所以SCL更適合于公式計(jì)算、復(fù)雜的最優(yōu)化算法或管理大量的數(shù)據(jù)。S7-SCL程序是在源代碼編輯器中編寫的，其技術(shù)保密性更強(qiáng)，它可以在CPU314及其以上的S7(包括400)中運(yùn)行。

YP系列壓機(jī)在動(dòng)梁升降和壓制、頂出升降、料車運(yùn)動(dòng)控制過程中，采用了定位精確的位移速度或壓力閉環(huán)控制方法，結(jié)合高頻響伺服比例閥和電磁比例閥控制技術(shù)，把壓機(jī)壓制力的精確性、壓制過程的快速性和靈活性結(jié)合起來，使其在各種工況中發(fā)揮極高的效率。壓機(jī)的其中一個(gè)重要參數(shù)是壓制速度，壓制速度的控制方式和精度是衡量壓機(jī)的重要性能指標(biāo)，是直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)效率和所需泵功率的重要因素。

下面介紹在壓機(jī)控制系統(tǒng)中以S7-SCL高級(jí)編程語(yǔ)言為基礎(chǔ)的動(dòng)梁下降位移速度控制，簡(jiǎn)要說明其計(jì)算模型和編程實(shí)現(xiàn)方法。

2 YP4000型壓機(jī)動(dòng)梁下降位移速度控制模型

YP4000型壓機(jī)動(dòng)梁采用大通徑高頻響伺服比例插裝閥控制，其型號(hào)為L(zhǎng)IQ20-LE402。建立動(dòng)梁位移速度控制模型，結(jié)合該閥通油能力大、控制精度高、響應(yīng)時(shí)間快、動(dòng)態(tài)性能好等特點(diǎn)，保證動(dòng)梁運(yùn)行的快速性，以及運(yùn)動(dòng)位置的準(zhǔn)確性。位移速度控制主要包括兩點(diǎn):

(1) 位置檢測(cè)，采用PLC的高速模擬量輸入通道，高精度的增量式位移傳感器，掃描動(dòng)梁運(yùn)動(dòng)過程中的實(shí)時(shí)位移。

(2) 速度控制，在動(dòng)梁運(yùn)行過程中隨著實(shí)時(shí)位移的變化，計(jì)算相應(yīng)的輸出指令，分別向電磁比例閥發(fā)出零速指令、加速指令，高速勻速運(yùn)行指令、慢速爬行運(yùn)行指令等，實(shí)現(xiàn)動(dòng)梁的起動(dòng)控制，加速控制、勻速控制、減速控制、低速爬行控制。

設(shè)計(jì)YP4000型壓機(jī)動(dòng)梁下降計(jì)算模型如下:

(1)已知:

1)動(dòng)梁下降行程:L;

2)慢速爬行行程 L3，減速行程L2，快速行程L1(L1=L-L2-L3);

3) 快速段比例閥開度K1，慢速爬行段比例閥開度K2。

(2) 設(shè)定:

1) 動(dòng)梁位置 LM;

2) 比例閥在各位置的開度 KD。

(3) 減速過程:

第一次減速

IF LM>L1 AND KD=K1

THEN

KD=0.5*(K1+K2)//先減50%

運(yùn)用特殊算法減速

IF LM>L1 AND KD=0.5*(K1+K2)

THEN

KA=((0.5*(K1+K2))-K2)/L2^2 即

KA=((0.5*(K1-K2))/L2^2 //求系數(shù)常量KD= KA*(LM-(L1+L2))^2+K2 //求減速段每一瞬時(shí)位置的比例閥開度(當(dāng)LM=L1 時(shí): KD=0.5*(K1+K2); 當(dāng)LM=L1+L2 時(shí): KD=K2)。

(4) 慢速爬行階段:

IF LM>L1+L2

THEN

KD= K2

3 S7-SCL高級(jí)編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)模型

//變量聲明

VAR_INPUT

PL_DIS_AUTO: INT;//L

PL_DIS_SLOW:INT;// L3

PL_DIS_BRAKE:INT;// L2

P_VAL_Opening_FAST:INT; // K1

P_VAL_Opening_SLOW:INT;// K2

P_VAL_Opening_START:INT; //初速度

P_VAL_Opening_BRAKE1:INT;//減速速度

PL_POS_REAL:INT;// LM

PL_POS_BRAKE1:INT; //減速位置

PL_POS_SLOW:INT; //爬行位置

PL_POS_POWDER:INT; //結(jié)束位置

END_VAR

VAR_OUTPUT

P_VAL_Opening:INT;// KD

END_VAR

VAR_TEMP

PL_DIS_FAST:INT;//L1

P_VAL_Opening_tmp:INT;//KD變量

P_VAL_Opening_dec:INT;//KD增量

P_VAL_Opening_half:INT;//KD減半

END_VAR

//動(dòng)梁起步和快速段

IF PL_POS_REAL

IF P_VAL_Opening_tmp

THEN

P_VAL_Opening_tmp:=P_VAL_Opening_tmp+1100;

ELSE

P_VAL_Opening_tmp:=P_VAL_Opening_FAST;

END_IF;

END_IF;

//減速增量計(jì)算

P_VAL_Opening_dec:=REAL_TO_INT(((0.5*((P_VAL_Opening_FAST-P_VAL_Opening_SLOW))/ PL_DIS_BRAKE**2))*(PL_POS_SLOW-PL_POS_REAL)**2)+P_VAL_Opening_SLOW;

P_VAL_Opening_BRAKE1:=(P_VAL_Opening_FAST

+P_VAL_Opening_SLOW)/2;

//動(dòng)梁減速段

IF PL_POS_REAL>PL_POS_BRAKE1 AND PL_POS_REAL

//IF P_VAL_Opening_tmp>P_VAL_Opening_half THEN

//P_VAL_Opening_tmp:=P_VAL_Opening_half;

//ELSE

P_VAL_Opening_tmp:=P_VAL_Opening_dec;

//END_IF;

END_IF;

//動(dòng)梁慢速爬行段

IF PL_POS_REAL>PL_POS_SLOWAND PL_POS_REAL

P_VAL_Opening_tmp:=P_VAL_Opening_SLOW;

END_IF;

END_IF;

END_FUNCTION_BLOCK

4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

運(yùn)用專用的恒力泰數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，采集頻率設(shè)定為500Hz，對(duì)該模型在S7-314 2PTP型CPU上的實(shí)際輸出模擬量信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)波形圖采集。采集波形如圖1、圖2所示。

其中，圖1為動(dòng)梁實(shí)際運(yùn)行位移軌跡，圖中可清晰看出，動(dòng)梁在運(yùn)動(dòng)過程中明顯分為啟動(dòng)階段、加速階段、高速勻速運(yùn)行階段、減速階段和慢速爬行階段。圖2為算法模型的執(zhí)行結(jié)果，YV204為CPU實(shí)際輸出到伺服比例插裝閥的模擬量信號(hào)，La為動(dòng)梁起步加速段比例閥指令，Lb為動(dòng)梁快速運(yùn)行段比例閥指令，Lc為動(dòng)梁減速段比例閥指令，Ld為動(dòng)梁慢速爬行段比例閥指令。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，動(dòng)梁下降位移速度控制，采用S7-SCL高級(jí)編程語(yǔ)言進(jìn)行編程，可很好地實(shí)現(xiàn)公式模型計(jì)算。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)外陶瓷液壓自動(dòng)壓磚機(jī)電氣控制系統(tǒng)除極少數(shù)外，大部分已經(jīng)采用PLC控制系統(tǒng)，或者采用基于PLC的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。對(duì)于YP系列陶瓷液壓自動(dòng)壓磚機(jī)而言，靈活運(yùn)用SCL編程語(yǔ)言，將對(duì)壓機(jī)在位移控制、速度控制和壓力控制等方面的性能帶來極大的提升，并對(duì)提高壓機(jī)壓制速度和有效提高陶瓷墻地磚生產(chǎn)的效率有重大意義。

參考資料

[1]西門子.STEP7編程手冊(cè).

[2]西門子.S7-300可編程控制器硬件和安裝手冊(cè).2003.

[3]韋峰山，馮瑞陽(yáng)，彭滬新.力泰YP系列陶瓷液壓自動(dòng)壓磚機(jī)性能及創(chuàng)新特點(diǎn)[J].陶瓷，2006，7.

[4]馮長(zhǎng)印，張柏清.力泰壓機(jī)新星可獲取高質(zhì)量和高產(chǎn)量制品的大噸位壓機(jī)[R].2007.

[5]ATOS電液控制[M].樣本F003-5/C，F(xiàn)003-1.

[6]黃長(zhǎng)征，譚建平.液壓機(jī)壓制速度控制技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].輕合金加工技術(shù)，2007:43.