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基于PLC的定长裁断控制系统设计

发布时间: 2017.06.19
标签: 系统设计
关键字: 定长裁断控制系统
内容来源:
中国传动网

前言

随着包装、印刷、建材等行业的发展,对定尺寸长度原料的需求日益增加。生产此类产品的设备有加工瓦楞纸板的横切机、印刷机中的裁单张和打垄线单元、切割不同尺寸型材的飞锯机等.此类产品除了在尺寸规格上要求多样,一般都需要有严格的尺寸公差要求。

1946年,法国米其林轮胎公司试制生产了全世界第一条子午线轮胎。子午线轮胎的发明是轮胎工业中的一场革命,已成为汽车轮胎发展的新方向。

由于子午线轮胎具有耐磨,节油,乘坐舒适,牵引性,稳定性及高速性能好的特点,使其获得了极快的发展。目前国际上子午线轮胎占市场的80%,轿车和载重子午线轮胎分别为90%和63%。我国子午线轮胎起步晚。中国庞大的汽车需求量促进了轮胎行业的快速增长,2007年1-8月中国轮胎产量为3.3836亿条,同比增长23%,子午线轮胎产量为1.53亿条,同比增长36.7%。子午线轮胎达到轮胎总量的45%。表明我国轮胎构架正在向追求高品质和高附加值方向转变。子午线轮胎胎体的帘线排列不同于斜交轮胎,子午线轮胎的帘线不是相互交叉排列的,而是与外胎断面接近平行,像地球子午线排列,帘线角度小,一般为0°,胎体帘线之间没有维系交点,当轮胎在行驶过程中,冠部周围应力增大,会造成周向伸张,胎体成辐射状裂口。

胎面裁断定长裁断是轮胎生产的关键工序之一。胶料投入挤出机后压出并经牵引拉伸、冷却及定长裁断后得到胎面。胎面定长裁断检测的控制过程是一个先裁断定长、后单条称重的控制过程。重量指标是轮胎设计中最终检测标准之一,而定长指标是作为下一道工序的实际操作工艺指标,因此定长裁断的精度至关重要。

1、裁断设备组成及功能概述

裁断系统由胎面贮存装置、定长裁断传送带、裁到装置、辅助装置等几部分组成。系统的设备组成如图1所示。

图1定长裁断系统的设备组成

1.1胎面贮存装置

在下坡皮带和裁断装置之间贮存挤出联动线传递过来的胎面,保证足够长度的胎面提供给裁断装置,主要起缓冲作用。

1.2定长裁断传送带

用于传送胎面贮存装置中贮存的胎面,胎面传送带采用位置型交流伺服控制器控制伺服电机拖动,其内安装位置控制器实现对胎面的精确位置控制。

1.3裁刀装置

裁刀装置包括两部分,一部分又上下运动的气缸带动裁刀刀架实现起落、下降。裁刀电机采用2极电机,电机带动刀片旋转。另一部分由位置型交流伺服控制器控制的伺服电机拖动高精度的直线运动模块,将电机的旋转运动变换为直线运动推动裁刀在滑道上来回移动以切割胎面。

1.4辅助装置

辅助装置主要包括上下运动的气缸带动的能够提升和下落的压刷。蒸汽阀控制蒸汽的通断来润滑刀片。直线运动模块两侧装有限位开关作为刀架控制器的定位原点和限位保护开关。

2、控制部分开发

该控制系统采用Profibus-DP现场总线传输效率最高的单主站线型网络拓朴结构。根据整条生产线的要求,选用了西门子S7-315-2PN/DP为主控PLC,其中PLC作为DP主站。2台驱动电机的伺服控制器和2个绝对位移编码器接入位置控制器,位置控制器本身带有DP接口,可以直接连接在PROFIBUS总线上,作为现场总线控制系统的从站,并且可通过主站完成远程参数配置。控制台上各种操作和显示要求较多,裁断长度的设定与实际值,刀架左右移动的行程及速度,手动控制信号,以及某些系统参数的修改通过操作终端来完成,操作终端是西门子公司的基于Windows平台的功能强大的操作终端。上位机用于监测和显示各个控制器的工作状态和报警信息等。裁断系统控制原理图如图2所示。

图2裁断系统控制原理图

裁断系统的检测装置包括各类非接触式行程开关、超声波传感器和绝对位移编码器等,用于测量机械位移、运行速度,保证了裁度伺服控制系统有序、安全、可靠的运行。状态检测信号接入力士乐位置控制器CLM开关量输入口(端子X3中的E1-E16),包括切刀、压刷的抬起与落下到位信号,刀架左右限位信号,刀架定位原点等。切刀、压刷、喷蒸汽阀的动作由开关量输出口(端子X4中的A1-A16)输出控制。超声波传感器安装于定长传送带前端与前级胎面运输带后端的贮存槽内,其检测到的胎面在贮存槽位置高低信号(0-10V)通过模拟量输入口输入到PLC。分别检测传送皮带和刀架位置的两个位移编码器接入位置控制器CLM端子。

3、软件设计

本控制系统以西门子S7-315-2PN/DP作为Profibus现场总线主站提供与位置控制器直接的高速循环通信服务,通讯速率高、控制适时性好、抗干扰能力强且易编程。在PLC编程软件STEP7中导入位置控制器CLM设备GSD文件,完成硬件网络组态,为位置控制器分配网络地址,该地址必须与控制器参数中设置的相同,在组织块OB35中选用SFC14和SFC15“DPWR_DAT”系统功能块向位置控制器接收/发送过程数据。

PLC根据联动线的运行速度、操作指令及裁断装置的状态对皮带、刀架进行协调控制。胎面在两条运输带之间的贮存量使传感器产生相应模拟量输出信号,并与前段运输带的速度综合起来按照一定的算法决定裁断皮带的运行速度,从而通过PLC相应地改变速度使运输带协调平稳运行。控制程序框图如图3所示。

图3控制程序框图

在完成基本人机交互功能的基础上,设计了一套让操作者能够自学习操作规程的软件系统。通过人机界面操作者可设定某些基本的参数,如定长值、误差调整、裁断次数等,可监测系统的报警状态,学习系统的操作规范以及密码设置等。自动运行按照设备设计的动作流程进行自动运行控制时,一些需要调整的参数,如速度、位置等可以方便的在触摸屏上进行调整、修定。异常停止当定位模块、伺服驱动器、行程开关以及机器异常时伺服马达都应该立即停止运转,并产生异常码显示在触摸屏上,以便维修人员及时了解发生的问题。

系统以PLC为第一主站和以工业PC为第二主站,其中工业PC作为上位机,提供良好的人机交互环境,实现对整条生产线的生产管理和监控,并实现连接到车间级以太网络。主控PLC是整个胎面生产线控制系统的核心,实现生产过程数据的采集和处理,以及控制信号的发送与工业PC的通讯,以便于操作人员监控现场的设备。整个系统的操作、工作状态及测量分析结果在工业PC上进行图形显示监控,通过现场总线由PLC上传相关数据信息,处理系统报警,存储历史数据,生成各类报表,并进行图形显示及人机对话,向PLC下传相关控制命令,从而实现监控计算机与现场设备之间的信息管理。

4、定位精度控制仿真

在设计中,采用交流位置型伺服控制器,其内置位置控制器精度可达到万分之一,配合伺服电机的控制性能,在零速度下也能输出额度转矩可允许控制器过载,因此电气控制的固有误差基本可以忽略。对于环境、人为、制品的因素影响,可采用特适的参数因子和裁断定长的标称长度附加收缩增量的控制策略来克服。

控制器采用增量运行方式,为有效去除裁断周期中皮带启动停止造成的机械误差,采用位置控制器的S型曲线功能对速度的加减速轮廓环节进行平滑处理。如下图4。VTVEL为定位运行速度,VTACC为加速度,tr为加速度过度时间。

图4位置控制器加减速S型轮廓曲线

5、结论

定长裁断系统设计在子午轮胎生产线中投入使用,实践证明该基于现场总线的控制系统安全可靠,故障率低,产品完全满足下道工序的高标准要求,具有较高的生产和管理自动化水平,提高了生产效率,创造了较好的经济效益,除此之外还有硬件结构紧凑,简单,运行平稳可靠,便于维修的特点。另外,系统采用分布式开放结构,响应速度快,组态灵活,控制功能完善,操作简单规范等特点。


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