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        315T和S120在物料卷繞控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

        2019-05-31 05:55:10沈可心萬鯤鵬黃潤桃汪龍胡祁敏張成林
        山東工業(yè)技術(shù) 2019年15期
        關(guān)鍵詞:閉環(huán)控制

        沈可心 萬鯤鵬 黃潤桃 汪龍 胡祁敏 張成林

        摘 要:壓力和張力控制作為物料卷繞運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中最重要的兩個(gè)環(huán)節(jié),一直以來都是物料卷繞行業(yè)最關(guān)注的問題。采用S7-315T PLC和S120伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)快速定位,也能達(dá)到較高的精度要求。通過該伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),能夠較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)物料卷繞系統(tǒng)的一個(gè)閉環(huán)控制。

        關(guān)鍵詞:T-CPU;S120;閉環(huán)控制;伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);物料卷繞

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.151

        0 引言

        制造業(yè)要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí),生產(chǎn)線的自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化是必須要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。而在物料卷繞行業(yè),由于早期的張力控制系統(tǒng)受到技術(shù)和設(shè)備的限制,絕大多數(shù)采用模擬量控制,而控制方法多采用最大力矩調(diào)節(jié)系統(tǒng)或電流電勢(shì)符合張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。前者構(gòu)成環(huán)節(jié)較多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,難以維護(hù);后者設(shè)備成本過高,選型困難,難以投入[1-3]。

        本文選用S7-315T PLC,T-CPU是具有運(yùn)動(dòng)控制工藝功能的中斷離散自動(dòng)化系統(tǒng)的控制器模塊,通過使用現(xiàn)有的運(yùn)控控制功能塊就能實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制要求 [4]。

        SINAMICS S120是西門子公司推出的一款集矢量控制、伺服控制、V/f控制一體的新一代模塊化伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),無論是扭矩電機(jī)、同步電機(jī)還是異步電機(jī),或者是旋轉(zhuǎn)電機(jī)或直線電機(jī),S120驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都能夠進(jìn)行精確的定位控制[5]。

        1 系統(tǒng)硬件組成

        驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成包括:控制單元CU320-2PN、功率模塊、電機(jī)模塊、帶絕對(duì)值編碼器和DRIVE-CLIQ接口等。

        整個(gè)控制系統(tǒng)包括CPU315T-3PN/DP控制器,通過以太網(wǎng)PROFINIT與觸摸屏KTP700、S120、PC通信,CPU與IM174通過PROFIBUS通信。張力傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器輸入信號(hào)連接至電控箱內(nèi)模擬信號(hào)模塊[6]。

        CPU315T-3PN/DP中使用的T-CPU集成技術(shù)可將技術(shù)功能和運(yùn)動(dòng)控制功能集成到一個(gè)SIMATIC CPU中,可實(shí)現(xiàn)非常高的處理速度。

        控制器計(jì)算轉(zhuǎn)速設(shè)定值并將其傳送到IM174,IM174將設(shè)定值轉(zhuǎn)換為模擬或步進(jìn)電機(jī)的參考信號(hào)。同時(shí),IM174將實(shí)際值傳送給控制器。

        西門子人機(jī)交互界面KTP700觸摸屏具有PROFINET、PROFIBUSDP接口、USB接口等,可以為整個(gè)工藝流程添加工藝畫面,控制物料收放電機(jī)的速度和位置。

        本文通過T-CPU和S120伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)物料卷繞裝置進(jìn)行閉環(huán)控制,從而保證物料卷繞裝置傳送帶線速度和張力的穩(wěn)定。通過HMI人機(jī)交互界面能設(shè)置傳送速度、張力和開關(guān)機(jī),并能實(shí)時(shí)顯示收卷電機(jī)和放卷電機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)。壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào),送給CPU的AD端口采集,從而CPU能讀取表征傳送帶繃直程度的電壓,經(jīng)過線性換算后得到實(shí)際的壓力??傮w設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

        2 系統(tǒng)軟件組態(tài)

        2.1 硬件組態(tài)

        S7-315T PLC STEP7 Technology中進(jìn)行組態(tài)和編程。通過SIMATIC Manager將T-CPU和S120連接起來,建立PROFINET通信;將T-CPU與IM174連接起來,建立PROFIBUSDP通信。

        2.2 PLC程序設(shè)計(jì)

        雙擊OB1(主程序塊),添加DB432模塊。外部編碼器的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)塊DB432傳到控制軟件STEP7當(dāng)中,之后通過DCC編程中可從控制軟件中讀取外部編碼器的數(shù)據(jù)。

        啟動(dòng)程序,給Execute端子一個(gè)上升沿,數(shù)據(jù)塊DB1可顯示實(shí)際位置DB44和實(shí)際速度DB48;在AI/AO模塊中進(jìn)行監(jiān)視可直接讀取壓力傳感器的值。

        2.3 DCC程序設(shè)計(jì)

        S7-Technology還包含標(biāo)準(zhǔn)功能塊DCC。DCC編輯器能夠提供控制回路結(jié)構(gòu)的簡易圖形化配置,可用于對(duì)運(yùn)動(dòng)控制工藝進(jìn)行編程。

        2.4 報(bào)文的傳送

        為了在DCC中調(diào)用壓力值和編碼器位置和速度,將壓力、編碼器位置、速度分別傳送給SERVO2輸出地址,ROUND模塊是一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,MOVE指令是把轉(zhuǎn)換出來的數(shù)值傳到報(bào)文的272地址當(dāng)中去,之后就可正常在DCC中讀取數(shù)據(jù)。

        2.5 觸摸屏的設(shè)計(jì)

        系統(tǒng)上電后,進(jìn)入主畫面,如圖2所示:PRESS CURVE表示激活設(shè)定傳送帶壓力與實(shí)際壓力隨時(shí)間變化的曲線;SPEED CURVE表示激活設(shè)定線速度與傳送帶實(shí)際線速度隨時(shí)間變化的曲線;SHOU表示收卷電機(jī)正向傳送使能;FANG表示放卷電機(jī)反向傳送使能;Start 表示控制任務(wù)啟動(dòng)與關(guān)閉。

        INPUT上方方框表示設(shè)定線速度輸入,下方方框表示設(shè)定壓力輸入;V表示旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量的實(shí)際線速度;rpm表示收卷電機(jī)和放卷電機(jī)的當(dāng)前角速度;R表示主軸收卷電機(jī)和從軸放卷電機(jī)的實(shí)際繞卷半徑;F表示實(shí)際張力。

        通過人機(jī)交互屏幕的功能按鈕來啟動(dòng)任務(wù)、控制任務(wù)和監(jiān)測(cè)狀態(tài),完成物料卷繞運(yùn)動(dòng)控制試驗(yàn)。

        2.6 監(jiān)控畫面

        (下轉(zhuǎn)第156頁)

        (上接第170頁)

        通過上述硬件組態(tài)和程序設(shè)計(jì),物料卷繞運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的壓力監(jiān)測(cè)圖如圖3所示,紅色表示設(shè)定張力值,綠線表示實(shí)際張力,橫軸表示時(shí)間。

        速度監(jiān)測(cè)圖如圖4所示,紅色表示設(shè)定線速度,綠線表示實(shí)際線速度,橫軸表示時(shí)間。

        3 結(jié)論

        本文采用了S7-315T PLC、SINAMICS S120驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和KTP700觸摸屏相結(jié)合,完成了物料卷繞控制系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)速度、定位精度、同步精度等方面的控制要求。由于在實(shí)際的機(jī)器中各個(gè)電機(jī)在初始性能上會(huì)有所差異,在匹配速度環(huán)和壓力還需要對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),所以在不同機(jī)器上首次進(jìn)行任務(wù)前需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化,來使得任務(wù)精度更高。

        參考文獻(xiàn):

        [1]謝麗蓉,高磊,路朋,王忠強(qiáng).基于T-CPU和S120的三維運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[J].電氣傳動(dòng),2017.

        [2]王傳軍等.SINAMICS S120在伺服系統(tǒng)測(cè)試中的應(yīng)用[J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2018.

        [3]申小玲.基于PLC的傳送帶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2018.

        [4]鄭軍興.傳送帶張力變化對(duì)皮帶秤精度影響的分析[J].煤炭技術(shù),2018.

        [5]呂超.PLC傳送帶電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].通信電源技術(shù),2018.

        [6]陳俊胤.西門子S120系列多軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在滌綸短纖維后處理聯(lián)合機(jī)中的應(yīng)用[J].紡織科技,2014.

        作者簡介:沈可心(2000-),女,湖北孝感人,本科在讀,主要研究方向:工業(yè)控制。

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