楊紅兵

(山西長(zhǎng)城微光器材股份有限公司，山西 太原 030012)

光纖倒像器毛坯是由單根約6 μm 的光導(dǎo)纖維規(guī)則排列熔壓在一起制成，將毛坯的中央?yún)^(qū)加熱到軟化溫度以上，毛坯兩端用機(jī)械方法繞器件中心軸扭轉(zhuǎn)180°，使傳輸?shù)膱D像成為倒立的圖像，這就是光纖倒像器初步成品。光纖扭轉(zhuǎn)機(jī)用來(lái)完成此項(xiàng)工作，其電氣控制部分的主要對(duì)象包括三部分:電加熱爐一臺(tái)、交流伺服電動(dòng)機(jī)一臺(tái)、磁粉制動(dòng)器一臺(tái)。

1 控制系統(tǒng)的硬件組成

為使各部件協(xié)調(diào)工作，控制系統(tǒng)以西門(mén)子可編程控制器S7-200 系列產(chǎn)品中CPU224XP 為中心組成。系統(tǒng)組成框圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)框圖

S7-200 系列PLC 具有功能強(qiáng)大的指令集，豐富的通信功能，全中文編程軟件。輸出接口的輸出方式分為晶體管輸出型、雙向晶閘管輸出型及繼電器輸出型［1］。本例CPU224XP 采用24 V 直流電壓輸入，繼電器輸出。CPU224XP的輸入輸出分配如表1。其中輸入點(diǎn)7 個(gè)，輸出點(diǎn)8 個(gè)。預(yù)留輸入點(diǎn)7 個(gè)，輸出點(diǎn)2 個(gè)。用按鈕開(kāi)關(guān)、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)作為輸入元件，用文本顯示器TD400C 顯示和修改參數(shù)。三組輸出分別控制三路調(diào)節(jié)對(duì)象。第一組輸出接交流伺服驅(qū)動(dòng)器，控制交流伺服電機(jī)的啟動(dòng)和轉(zhuǎn)速。第二組輸出控制兩個(gè)繼電器，用來(lái)調(diào)節(jié)制動(dòng)線圈中的電流大小。第三組輸出控制FP93 溫度調(diào)節(jié)器。為了調(diào)試維護(hù)方便，各部分可以分別手動(dòng)控制，也可以自動(dòng)運(yùn)行。

生產(chǎn)過(guò)程中要求顯示和修改加熱時(shí)間等工藝參數(shù)，采用TD400C 文本顯示器作為人機(jī)界面，TD400C 最多支持4 行文本顯示，使用STEP7-Micro/WIN V4.0 的中文界面TD 向?qū)ЫM態(tài)。最多可以配置64 個(gè)文本顯示屏。本項(xiàng)目中制作2 個(gè)文本顯示畫(huà)面分別用來(lái)顯示實(shí)時(shí)工藝參數(shù)和修改設(shè)定值。

表1 CPU 輸入輸出分配

溫度控制采用日本島電FP93 可編程PID 調(diào)節(jié)器。FP93具有自由輸入，四位超大高亮的字符顯示，眾多的狀態(tài)指示。可帶四組40 段可編程，六組專(zhuān)家PID 參數(shù)。有四路外部開(kāi)關(guān)輸入、三路繼電器輸出。電爐溫度用熱電偶測(cè)量?？刂戚敵?4 mA～20 mA)送入單相調(diào)壓電路板。調(diào)壓板輸出脈沖控制一組反并聯(lián)可控硅模塊交流調(diào)壓，從而調(diào)節(jié)爐溫。FP93開(kāi)關(guān)量輸入受可編程控制，分別完成啟動(dòng)和跳步功能。FP93超溫報(bào)警輸出接到PLC 輸入端。

機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分由一臺(tái)交流伺服電機(jī)經(jīng)過(guò)減速器驅(qū)動(dòng)。轉(zhuǎn)速約每分鐘1 轉(zhuǎn)。交流伺服系統(tǒng)采用臺(tái)達(dá)ASDA-AB 系列。伺服控制器的工作由CPU224XP 控制。按照伺服驅(qū)動(dòng)器技術(shù)手冊(cè)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)工藝要求，設(shè)定所需部分參數(shù)如表2，為了減小啟動(dòng)和停止過(guò)程中夾具對(duì)玻璃毛坯的沖擊，將加速時(shí)間和減速時(shí)間調(diào)整為最大值。電機(jī)速度手動(dòng)時(shí)可由面板上電位器控制，自動(dòng)狀態(tài)下由內(nèi)部設(shè)定的參數(shù)P1-11控制。接線時(shí)，輸出電壓的相序必須正確［2］。

伺服驅(qū)動(dòng)器的數(shù)字量輸入受PLC 輸入端控制，用一個(gè)數(shù)字量輸出接紅色報(bào)警指示燈，用于伺服系統(tǒng)報(bào)警指示。模擬量輸出接一電流表與10 k 電位器串聯(lián)用于指示電機(jī)力矩大小。脈沖輸出接頻率計(jì)用于指示實(shí)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速。

磁粉制動(dòng)器是一種性能優(yōu)越的自動(dòng)控制元件，它以磁粉為工作介質(zhì)，以激磁電流為控制手段，達(dá)到控制制動(dòng)的目的。磁粉制動(dòng)器所用控制器相當(dāng)于電流源，用電位器調(diào)節(jié)電流。通過(guò)在其輸出端并接電阻分流使加到制動(dòng)線圈的電流分成兩檔。

表2 伺服驅(qū)動(dòng)器部分設(shè)置

在整個(gè)設(shè)計(jì)連接過(guò)程中，主要理清輸入輸出對(duì)應(yīng)關(guān)系，各部分動(dòng)作的時(shí)序關(guān)系。對(duì)伺服系統(tǒng)的輸入輸出進(jìn)行重新定義與連接。

整機(jī)工作過(guò)程，按下啟停按鈕，控溫儀按設(shè)定程序升溫，伺服電機(jī)加速到恒定速度，磁粉制動(dòng)器電流在低檔位。當(dāng)溫度到達(dá)設(shè)定值后，控溫儀輸出信號(hào)給PLC，由PLC 輸出控制信號(hào)，使磁粉制動(dòng)器電流在高檔位，倒像器毛坯發(fā)生扭轉(zhuǎn)。當(dāng)扭轉(zhuǎn)180°時(shí)，光電開(kāi)關(guān)動(dòng)作，控溫儀降溫，磁粉制動(dòng)器在低檔位。溫度降到工藝設(shè)定值后，按下啟停按鈕，記錄工藝參數(shù)，完成一次扭轉(zhuǎn)過(guò)程。

2 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

CPU224XP 的編程軟件是STEP7-Micro/WIN V4.0。該軟件提供程序在線編輯、調(diào)試、監(jiān)控，以及CPU 內(nèi)部數(shù)據(jù)的監(jiān)視、修改功能［3］。本設(shè)計(jì)中采用梯形圖編寫(xiě)控制程序，程序流程圖如下:

圖2 程序流程圖

用文本顯示向?qū)渲肨D400C，定義F1、F5 為瞬動(dòng)觸點(diǎn)，作為手動(dòng)時(shí)電機(jī)啟動(dòng)、停止按鍵。用戶菜單下設(shè)計(jì)兩個(gè)畫(huà)面，主畫(huà)面實(shí)時(shí)顯示扭轉(zhuǎn)用時(shí)等工藝參數(shù)，另一畫(huà)面用于修改制動(dòng)器通電延時(shí)和斷電延遲時(shí)間。

寫(xiě)好程序，編譯通過(guò)后可以下載到PLC 中，經(jīng)過(guò)反復(fù)在線調(diào)試修改能夠正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的功能。

3 結(jié)論

扭轉(zhuǎn)是倒像器生產(chǎn)過(guò)程中一道重要工序，本控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)生產(chǎn)使用，滿足了生產(chǎn)要求，提高了生產(chǎn)效率。還可以通過(guò)修改控制程序進(jìn)行工藝改進(jìn)。

［1］李輝.S7-200PLC 編程原理與工程實(shí)訓(xùn)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

［2］顏嘉男.伺服電機(jī)應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2010.

［3］西門(mén)子(中國(guó)) 有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán).深入淺出西門(mén)子S7-200PLC［M］.第3 版.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.