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永宏PLC在全自动切卷机上的应用

发布者:慧控  时间:2017-5-20 17:30:03

永宏PLC在全自动切卷机上的应用

1、行业介绍

      胶带作为一种产品,在我们的生活中已经处于不可或缺的地位,各种类型的胶带在人们日常生活中的应用越来越广泛,如何能保证市场上供应的胶带既能满足消费者的需求又能提高胶带生产企业的效益,切卷机就扮演了非常重要的角色。胶带生产厂家只需要生产出成卷的胶带,然后由销售部门根据市场的需求,利用切卷机即可加工出满足消费者需要的小卷的、各种不同规格的胶带,切卷机的设计也就应声而出,并且朝向造价低、生产率高的方向发展。直接降低了产品成本,提高了产品质量和市场竞争力。因此,全自动切卷机,是现代胶带产业高标准。高要求所必须的生产设备。

图1-1全自动切卷机


2、系统设计方案


2.1 方案背景


      永宏MC系列高功能型主机有10点至60点不等的机型,主机输入输出最多扩展512点,模拟量输入输出128路,温度输入32路,高速脉冲输出4路200KHz,并可拓展5个通讯口,使用永宏高速通讯协议速率达921.6Kbps。PLC的程序执行速率为0.33uS,程序容量高达20K Words,顺序指令36个,应用指令326个(126种)。特别是永宏特有的PACK,可以方便实现程序的批量下载、拷贝、扩充程序等功能。


      全自动切卷机集定位、切卷、出料于一体的自动化产品,用于胶粘带,保护膜,纸类产品的精密分切,把常规一大卷的材料,分切成指定宽度,等多种功能。客户之前采用的控制方案总是在切料定位中存在误差,且质量也时常不尽人意,综合性价比分析,全自动切卷机采用永宏PLC控制系统相对于其他PLC控制系统而言,永宏PLC控制系统的性价比更高。本文主要以永宏PLC在全自动切卷机上的应用为背景,对该方案的硬件设计、软件设计和实施结果(应用效果)进行了详细的阐述和说明。


2.2 方案背景


      根据客户要求,全自动切卷机的整体动作主要包括三部分:排位伺服走设定料长、锯刀通过液压缸下降快要接触到料位时进行减速切料和切割完成后锯刀上升回到原点;这三部分动作为多次循环动作,整体动作需要稳定运行。全自动切卷机具体工艺及功能要求如表2-2。

要求1

排位伺服回原点准确,无偏差。

要求2

停止后,需要复位后方能再启动。

要求3

每个动作都要有手动开启后方能自动启动。

要求4

切割完成后主机变频和切割变频必须停机。

要求5

切割中碰到伺服极限时停止此次切割,伺服回原点。

要求6

各个位置采用相对位置,可以手动调整。

表2-2全自动切卷机具体工艺及功能要求


2.3 解决方案

      根据控制及工艺要求,全自动切卷机控制方案主要包括系统硬件设计和系统软件设计;其中系统硬件设计包括硬件(产品)配置、机械结构、气动控制和电气控制等四部分;系统软件设计包括流程控制、I/O配置和程序设计等三部分;全自动切卷机的设计参数如表2-3;全自动切卷机实物图如图2-1。

设计参数

实物效果图

控制系统

永宏PLC


操作界面

永宏HMI

伺服驱动

其他品牌伺服

液压驱动

威格士液压阀

压力范围:

10Mpa

工作电源

220VAC 50Hz

表2-3全自动切卷机设计参数     图2-1全自动切卷机实物效果图


     基于上述各项技术指标,本方案控制系统采用一台永宏FBs系列MA定位控制型PLC控制器,主要控制全自动切卷机的整体动作。伺服系统分别控制排位伺服的起始位置、切料长度等动作,液压系统采用威格士液压阀;用来控制锯刀的下切、减速和上升等。上位机(操作系统)采用永宏经济型HF系列HMI操作界面,用于进行功能选择、手动调试、参数设置和自动调试等用户操作。


3、系统硬件设计



      切卷机的机械结构主要由四部分组成:伺服机构、切割机构、辊轮机构、液压机构组成。


          伺服机构主要是用于走设定的料长位置,是设备比较核心的一个机构,主要是靠它来控制切割精度;切割机构主要是用于切割物料,是用变频器带动普通电机然后带动锯刀进行切割;辊轮机构主要是用于旋转物料,在锯刀切割的时候辊轮同时旋转达到切割全面切割物料的作用;液压机构主要是用于带动锯刀下降上升使锯刀接触物料进行切割。全自动切卷机的系统硬件设计架构图如图3-1。



图3-1全自动切卷机系统硬件设计架构图


3.1 硬件配置


      全自动切卷机的系统硬件由永宏FBs-32MAT2-AC  PLC控制器、永宏HF070L-00 HMI触摸屏、威格士液压缸、伺服驱动器及其电机和外围输入输出线路(包括按钮、接近传感器和光电传感器等)组成。全自动切卷机系统硬件清单如表3-1;全自动切卷机系统硬件配置如图3-2。


硬件明细表

产品类型

产品型号

产品种类

永宏PLC

FBs-32MAT2-AC

1台

永宏HMI

HF070L-00

1台

永宏变频器

E10、N10

2台

伺服驱动器

伺服驱动器

1套

液压阀

单相液压阀

若干

传感器

磁性传感器

若干

电气部件

若干

机械部件

若干

3-1全自动切卷机硬件明细表


图3-2全自动切卷机硬件配置图

3.2 电气控制



      全自动切卷机的电气控制主要分为主电路和控制电路两部分。主电路采用AC220V供电,主电路主要交流电机供电、PLC控制单元、开关电源和散热风扇等部件供电,并通过电源指示灯来进行电源显示;控制电路采用DC24V供电,控制电路主要给HMI操作界面、电磁阀、传感器和指示灯等控制信号供电;控制电路还采用固态继电器、普通继电器等电气部件进行控制电路中间转换控制。


      全自动切卷机的电控柜配置主要包括对控制单元(PLC)、执行单元(步进驱动、普通继电器等)、供电单元(开关电源、空气开光、交流接触器、电源插座等)和连接单元(端子台)的电气配线。全自动切卷机电控柜配置如图3-10,全自动切卷机电控柜实际配线如图3-11。


图3-3全自动切卷机电控柜配置图


图3-4全自动切卷机电控柜实际配线图

4、系统软件设计


      全自动切卷机的系统软件设计主要包括三部分:流程控制、I/O点配置和程序设计;其中流程控制主要对工艺流程和控制流程进行了说明,I/O点配置主要对PLC输入输出点配置和伺服接线引脚配置进行了说明,程序设计主要对PLC程序和HMI程序进行了说明全自动切卷机的系统软件设计架构图如图4-1。

图4-1全自动切卷机系统软件设计架构图


4.1 流程控制

4.1.1 工艺流程

      全自动切卷机的工艺流程主要包括四部分:排位伺服把刀锯送到料位置,通过压力把刀锯往下压,使刀锯进行切料,刀锯准备下到料位时要减速进行切料,刀锯把料切断后,通过液压上升到原点。工艺流程是按照循序执行的;从而达到很好的工艺效果。全自动切卷机工艺流程如图4-2。

图4-2全自动切卷机工艺流程图

4.1.2 控制流程

      全自动切卷机的控制流程主要包括四部分:排位伺服把刀锯送到料位置,通过压力把刀锯往下压,使刀锯进行切料,刀锯准备下到料位时要减速进行切料,刀锯把料切断后,通过液压上升到原点。全自动切卷机的控制流程如图4-3。

图4-3全自动切卷机控制流程图


4.2 程序设计

4.2.1 PLC程序设计

配方控制程序

      在进行全自动切卷机的通讯控制程序设计时,采用的是永宏MODBUS通讯指令的控制,可以通过永宏【FUN 150 M-BUS(MODBUS通讯)】指令进行程序的设计,全自动切卷机的通讯控制程序如图4-3。


图4-3全自动切卷机的通讯控制程序图


永宏高速脉冲输出指令应用


     通过永宏PLC高速脉冲输出指令【FUN 140 HSPSO】来实现对上料步进、出料步进进行定位控制;在进行PLC高速脉冲输出设置时采用了PLS/DIR模式,并通过141指令设置最小设定单位来提高长度的显示精度。PLC脉冲输出设置方式如图4-4、PLC发送脉冲指令如图4-5。


图4-4  全自动切卷机脉冲输出设置方式图

图4-5全自动切卷机高速脉冲输图


参数设置程序


      在进行全自动切卷机的PLC整体程序设计和规划时,参数设置程序采用的是永宏PLC【FUN 141(伺服参数设置)】指令来对步进、伺服的相关参数进行设置;一条参数设置指令既可以完成参数设置程序的编辑,为程序编辑和调试者提供了极大的方便全自动切卷机的PLC参数设置程序如图4-6。


图4-6全自动切卷机PLC参数设置程序图

原点复归控制程序


      通过永宏PLC的机械原点复归指令,用表格的形式可以很方便的实现机械原点的复归程序,而且回原精度很高。永宏机械原点复归有三种模式:MOD0、MOD1、MOD2可供客户选择使用。本程序采用了MOD 0模式,MOD 0模式下回原动作如图4-7所示,全自动切卷机的原点复归控制程序如图4-8。


图4-7   全自动切卷机机械原点复归MOD 0模式图



图4-8  全自动切卷机PLC原点复归控制程序图


程序区块划分控制程序


      在进行全自动切卷机的PLC整体程序设计和规划时,可以将不同控制程序和运算程序分成若干个程序区块,并在主程序区进行选择调用;其中程序区块可以通过永宏【FUN 65(标记)】指令在子程序区进行划分,主程序区的选择调用功能可以通过【FUN67(呼叫)】指令来实现。全自动切卷机的程序区块划分控制程序如图4-9。

图4-10全自动切卷机HMI参数设置画面


参数设置页面

      全自动切卷机的参数设置画面主要用于起始位置参数设置、切割宽度设置、切割个数设置、切割批次设置和延时等参数设置。全自动切卷机设置画面如图4-10。

图4-10全自动切卷机HMI参数设置画面



5、实施结果 

      通过现场调试全自动切卷机做出的产品料宽精度大大提高,降低产品的功耗,提高产品质量,提高产能,并经过长时间测试,伺服走料宽定位的精度可以达到几个丝,满足了客户的要求,而且全自动切卷机在运行过程中运行平稳、生产效率高;从而可以为客户提高生产效率,降低劳动强度,节约人工成本,改善生产环境,使企业的生产成本有所降低。该控制方案很好的体现了永宏PLC强大扩展功能和强大指令功能等功能。



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