基于變頻器和可編程序控制器的切紙機(jī)速度控制系統(tǒng)

1、自控檢測(cè)收稿日期:2006211208作者簡(jiǎn)介:崔劍平(1968-,男,山東菏澤人,菏澤交通集團(tuán)技術(shù)科工程師,研究方向?yàn)闄C(jī)械電子工程、自動(dòng)化控制?；谧冾l器和可編程序控制器的切紙機(jī)速度控制系統(tǒng)崔劍平1,趙振2,王秋敏2(1.菏澤交通集團(tuán),山東荷澤274000;2.濟(jì)南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東濟(jì)南250013摘要:在切紙機(jī)工作過程中,紙輥的拉紙速度和刀輥的旋轉(zhuǎn)速度共同決定了切下紙張的長(zhǎng)度。因此,能否對(duì)這2個(gè)速度加以控制,使之保持協(xié)調(diào),就決定了切紙機(jī)的切紙精度。設(shè)計(jì)中以PLC 為主控制器、以變頻器為驅(qū)動(dòng),采用P I 算法實(shí)現(xiàn)了2個(gè)速度按設(shè)定的比例運(yùn)行。該系統(tǒng)通過軟、硬件調(diào)試,運(yùn)行可靠,能夠確保切紙機(jī)

2、切出定長(zhǎng)的紙張,從而極大地減輕了操作者的操作負(fù)擔(dān)。關(guān)鍵詞:切紙機(jī);速度控制;可編程序控制器;變頻器中圖分類號(hào):T S 734;T P 273文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):100522895(200704200712020引言速度的同步控制和比例控制歷來是控制系統(tǒng)中需要解決的重要問題。能否對(duì)機(jī)電設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度進(jìn)行合理控制,對(duì)于提高設(shè)備的工作性能至關(guān)重要。切紙機(jī)在工作過程中,紙輥的拉紙速度和刀輥的旋轉(zhuǎn)速度共同決定了切下紙張的長(zhǎng)度。對(duì)這2個(gè)速度的比例加以控制,便可得到所期望的切紙長(zhǎng)度。老的控制系統(tǒng)完全由操作者操作2個(gè)電位器來控制速度,難度很大,很難實(shí)現(xiàn)2個(gè)速度的比例運(yùn)行。 采用可編程序控制器(PL

3、 C 和變頻器對(duì)拉紙電機(jī)和刀輥電機(jī)的速度進(jìn)行控制,可以達(dá)到較高的精度1-3。圖1控制系統(tǒng)示意圖1系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成如圖1所示?？刂坪诵氖荘L C ,拉紙電機(jī)和刀輥電機(jī)分別各由1個(gè)變頻器來驅(qū)動(dòng)。2個(gè)電機(jī)的速度信號(hào)由旋轉(zhuǎn)編碼器來反饋,其脈沖信號(hào)送PL C 的高速計(jì)數(shù)器,轉(zhuǎn)換為速度數(shù)據(jù)后,作為P I D 算法的輸入?yún)?shù),運(yùn)算結(jié)果作為輸出參數(shù),輸出控制各電機(jī)的變頻器,驅(qū)動(dòng)電機(jī),經(jīng)減速機(jī)構(gòu),帶動(dòng)紙輥和刀輥旋轉(zhuǎn)。PL C 選用臺(tái)達(dá)公司SS 系列,為模塊化結(jié)構(gòu),可在CPU 主機(jī)上掛接其他各種模塊,例如I O ,A D ,D A ,高速計(jì)數(shù)模塊等。其主要的硬件配置如下:CPU 模塊(DV P 214SS 1個(gè)、

4、高速計(jì)數(shù)模塊(DV P 201HC 2個(gè)、模擬量輸出D A 模塊(DV P 204DA 1個(gè)?，F(xiàn)場(chǎng)的各種開關(guān)、按鈕、及傳感器的信號(hào)作為輸入。用輸出控制所有的指示燈、中間繼電器、電磁閥、變頻器的運(yùn)行狀態(tài)。變頻器選用臺(tái)達(dá)公司的V FD -B 型變頻器。編碼器選用OM RON 公司E 6A 2旋轉(zhuǎn)編碼器。2控制原理切紙機(jī)在工作過程中,拉紙輥連續(xù)送紙;刀輥連續(xù)旋轉(zhuǎn),每轉(zhuǎn)1周切1次紙。這樣每次切紙的長(zhǎng)度與拉紙速度和刀輥轉(zhuǎn)速有關(guān),而且2個(gè)速度存在如下關(guān)系v =L n60其中:v 為拉紙速度(m s -1;n 為刀輥轉(zhuǎn)速 (r m in -1;L 為切紙長(zhǎng)度 m 。由此可見,在切紙長(zhǎng)度預(yù)先設(shè)定的情況下,拉紙

5、速度v 和刀輥轉(zhuǎn)速n 成比例關(guān)系,即v =kn 其中k =L60。設(shè)定的切紙長(zhǎng)度不同,則得到不同的比例系數(shù)k 。采用PL C 和2臺(tái)變頻器分別對(duì)拉紙輥電機(jī)和刀輥電機(jī)進(jìn)行控制。工作前預(yù)先設(shè)定的切紙長(zhǎng)度可輸入到第25卷第4期2007年8月輕工機(jī)械L ight I ndustry M ach i neryV o l .25N o.4A ug .2007PL C 內(nèi)部寄存器存放,這樣拉紙速度和刀輥轉(zhuǎn)速便形成確定的比例關(guān)系。當(dāng)某一速度發(fā)生變化時(shí),另一個(gè)也要根據(jù)速比同時(shí)發(fā)生相應(yīng)的變化。以刀輥電機(jī)速度為目標(biāo),由拉紙電機(jī)變頻器調(diào)節(jié)拉紙速度來跟蹤刀輥速度。旋轉(zhuǎn)編碼器采集的脈沖信號(hào)送入PL C 的高速計(jì)數(shù)口,轉(zhuǎn)換

6、成速度數(shù)據(jù)后,作為比例積分(P I 控制算法的輸入?yún)?shù)。運(yùn)算結(jié)果作為輸出參數(shù),經(jīng)PL C 的模擬量輸出模塊標(biāo)定后,以電流或電壓形式控制各電機(jī)的調(diào)速變頻器。控制算法中,以轉(zhuǎn)速n 為目標(biāo)值,以速度v =kn 為跟隨的變化值4。3控制算法采用P I 控制算法進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。其程序設(shè)計(jì)框圖見圖2。圖中取自編碼器采集的脈沖信號(hào),轉(zhuǎn)換成電機(jī)的速度數(shù)據(jù),經(jīng)上下限處理后,存儲(chǔ)于某個(gè)DM 區(qū)中,以作為運(yùn)算中的y 值。計(jì)算后的p 值送到模擬量輸出通道,經(jīng)過上下限標(biāo)定后,換算成變頻器能接受的電流或電壓信號(hào),用以控制拉紙電機(jī)的變頻器5-7。工作開始,把設(shè)定的切紙長(zhǎng)度值送入PL C 的數(shù)值寄存器,由PL C 計(jì)算出k 值

7、。為了提高比例值k 的運(yùn)算效率,可設(shè)計(jì)1個(gè)由常用切紙長(zhǎng)度所確定的比例數(shù)值表,以便直接查詢。4結(jié)論隨著PL C 的功能的不斷增強(qiáng)以及變頻器技術(shù)的成熟和使用范圍的擴(kuò)大,可利用可編程控制器(PL C 對(duì)變頻器進(jìn)行控制,從而適應(yīng)傳動(dòng)系統(tǒng)中對(duì)速度控制的靈活性、準(zhǔn)確性和可靠性等的不同要求。上述應(yīng)用就是在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用PL C 和變頻器進(jìn)行速度比例控制的1個(gè)實(shí)例,能較好地達(dá)到預(yù)期的速度比例控制要求 。圖2比例積分計(jì)算方法框圖參考文獻(xiàn):1張燕賓.電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速圖解M .北京:中國(guó)電力出版社,2003.2付家才.工業(yè)控制工程實(shí)踐技術(shù)M .北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.3李凱嶺.高速精密切紙機(jī)的三維設(shè)計(jì)與市場(chǎng)開

8、發(fā)J .機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2004,17(1:25-26.4常斗南.可編程序控制器原理、應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)M .北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.5魯偉,麻紅昭,馮亮,等.基于PL C 和模糊控制的滌布機(jī)同步控制系統(tǒng)J .輕工機(jī)械,2004(3:87-89.6鄧肖粵,汪雄海.橋式起重機(jī)變頻調(diào)速及PL C 控制的設(shè)計(jì)J .機(jī)電工程,2006,23(9:25-27.7熊新民.自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)M .北京:電子工業(yè)出版社,2003.Speed Con trol System of Paper Cutter M ach i ne Ba sed onTran sducer and Programmable L

9、og ica l Con trollerCU I J ian 2p ing 1,ZHAO Zhen 2,W AN G Q iu 2m in2(1.H eze T ran spo rtati on Group ,H eze 27400,Ch ina ;2.J inan R ail w ay P rofessi onal 2T echno logy ,J inan 250013,Ch ina Abstract :D u ring the w o rk ing of p ap er cu tting m ach ine ,bo th the sp eed of draw ing p ap er an

10、d the revo lving sp eedof cu tter decide the length of p ap er .So w hether w e can con tro l the tw o sp eed is i m po rtan t to the p erfo rm ance of the m ach ine .T ak ing PL C as m a in con troller ,transd ucer as d river ,ad op ting P I theory can m ake t w o sp eed s in need p rop ortion and ensu re the leng th of the cu t p ap er .A s a resu lt ,it g rea tly eases the bu rd en of the m an ip u la tor .Key words :p ap er cu tting m ach ine ;sp eed con tro l ;P rogramm ab le L ogical Con tro ller ;tran sducer找檢測(cè)儀器請(qǐng)上www .QCT