PLC在全伺服圆网印花机中的应用经历.docx
PLC在全伺服圆网印花机中的应用经历摘要：本文阐述了PLC在圆网印花机中的应用，具体阐述了以PLC为控制核心的多单元线速度同步方法，以及PLC与单片机的通讯技术。关键词：圆网印花机PLC独立传动同步单片机通讯Abstract:Thispaperdiscuesstheapplicationexperinenceofplcinrotaryscreenprintingmachine.Describledetailythemethodmutil-unitspeedsynchronizationbyplc,AndCommunicationbetweenplcandsinglechipMCU.KeyWords:RotaryscreenmachinePlcIndependenttransmissionSynchronizationSinglechipMCUCommunction圆网印花机是一种使用圆形镍网在白色坯布上可连续印制各色图案专用加工设备，工作原理类似套色印刷机，整机包括进布、主机、烘房、落布这四大局部，主机局部是由主电机经蜗轮蜗杆减速机后带动一直径约450毫米长由1.8米到3米不等辊子,辊子带动厚两毫米多的聚氨脂导带转动,由直径较小的被动辊拉紧导带,使与辊子导带间无打滑,导带在两辊间形成一平面,坯布被贴紧导带经过第一色网到最后一色网位而进入烘房将布烘干。只要网子与导带严格同步，且网子间任意时刻相位没有误差，那么可以在高速运动中最高速为120米/分严格保持0.1毫米的印花精度这也是印花导带的最高精度。与数控技术在机床中应用一样，先进的圆网印花机用网头单电机驱动技术淘汰了落后的机械减速箱长轴传动的方式，克制了原机械传动间隙和磨损对印花的影响。与数控加工技术相比，他是一种高速高精度同步技术，升降速不能有明显的速度和位置误差。而不能象数控那样有时需降低进给速度来保证较小的误差。全伺服圆网印花机是指主电机与网头独立传动电机均采用伺服电机，而进、出布电机是采用变频电机拖动。德高的圆网印花机电控系统由两大局部组成，基于底层开发的先进电子技术实现的高速高精度同步运动控制，使网头电机步进或者伺服驱动准确跟踪布速通过高分辩率编码器测主辊角速度间接得到。实现套色印花。变化的位置信息因最快10微秒系统就可在线处理。因此可使一秒内车速由80米/分降为零都不会产生多大位置误差，这一点在国内是唯一能同国外先进系统相比的。另一大局部是由通用PLC实现的整机由进布到出布同步拖动控制及操纵控制，以触摸屏完成速度模拟条显示，升降速的不同速度段快捷键一键操纵，及故障滚动显示。界面如图1所示。系统的逻辑动作较为简单，PLC程序没什么难度，此处只举一例，供大家参考，整机除可用触摸屏操纵外，仍保存按扭操纵，按扭中最常用的为启/停按扭，为了减少外部连线并节约PLC的输入口，我们在如停车状态时需要操纵的圆网自转开/停按扭，采用了单按钮操纵，即第一次按下为开，在按一次为停。现以FX系列PLC为例讲明实现方法，此处是采用计数器法。假设输入按钮接在X001，输出为Y001，梯图为图2示：其中PLSY发脉冲指令在FX系列PLC中只能从Y0输出，此一点因PLC不同而不同。系统的同步控制我们采用了两种方式；第一种方式较为简单，技术要求低用模拟电压为给定控制主伺服电机和进落布烘房变频器的给定原理如图3示，为使线速度一致采用数字式同步控制器实现同一主给定下各路不同比例输出价格比PLC专用D/A模块廉价，输出模拟电压为12位D/A，精度也足够，除主电机外，进落布取调节布张力的松紧架信号本质为±5V供电的电位器，因此同步器的数学表达式可描绘为：Ui=UmKi+UfKfi输出最高电压为10V，其中：Ui为第i路输出，Um为主令电压，Ki为第i路输出比例系数，Uf为该路反应电压，Kfi为反应系数,实际调试中为使布受的张力均匀，十分是升降速时同步效果好，除松紧架反应系数适宜外，还要留意变频器的升降速时间参数设不可太长，以免反应信号作用后反响时间太慢造成同步不好。我们选用的同步器带外部升、降数字信号输入，即UP与DOWN与其相应的地接通可使输出电压升高和降低，因给定为内部数字给定，使输出模拟电压稳定性很好，再采用伺服电机驱动进而保证了主传动的稳定。这里值得一提的是我们采用了主伺服电机驱动器上编码器输出差分信号，来测量主电机的速度，实现自动按设定速度升降速，自动停车，自动判定导布速等功能，所有参数可通过触摸屏进展参数的修改，如升降速时间，导布速调节。伺服驱动编码器接口到PLC的接口电路如图4示，不仅实现了隔离，且完成信号类型和电平转换。FX2N系列有高速脉冲输入口，用SPD指令可以完成对速度的测量，要留意的是用于速度控制要留有误差带，不然会引起速度的振荡。第二种方案是采用总线通过通讯控制完成坯布输送的同步，进而省去同步控制器。完全的数字化控制，不仅减少了连线，系统的可靠性和抗干才能都大大进步。而且伺服或者变频器的故障原因可直接在触摸屏显示出来。系统框图如图5示。其中松紧架的反应信号那么送入变频器，实现对主令速度的微调整，反应系数可直接在变频器设置或者在触摸屏设置，用485总线送入变频器。不管采用什么品牌的PLC为得到良好的实时特性和同步的一致性，防止因通讯的延迟在升降速经过对电机同步的影响，我们采用中断控制的方法，效果是很好的。欧母龙的通讯有专用指令很简单，在此不再赘述。最后再谈谈系统中的另外一个特色，最先推出独立传动系统时采用的是单片机作为主机，已经有了彩色触摸屏了，整机拖动局部采用PLC后，刚开场的改造我们采用了增加一个PLC专用的触摸屏。随后为了使整机可以合二为一，我们选用了两种方案。主要区别是用谁来做主机。是单片机还是PLC，不管用什么方法，都要完成单片机同PLC的通讯。如用单片机作为主机，易于大量参数的存储，这样PLC就成了下位机了，在主机上增加有关PLC操纵及参数设置的画面，信息参数经单片机通讯至PLC就可以了。当然这一技术的关键是要清楚所使用PLC的通讯协议，欧母龙的通讯协议是开放的。直接可从编程手册中获得。以三菱FX2N系列PLC为例：表1为PLC专用专用协议通讯的指令。指令注释BR以1点为单位，读出位元件的状态WR以16点为单位，读出位元件的状态；或者以1为单位，读出字元件的值BW以1点为单位，写入位元件的状态WW以16点为单位，写入位元件的状态；或者以1为单位，写入值到字元件BT以1点为单位，置位/复位SET/RESET位元件WT以16点为单位，置位/复位SET/RESET位元件，或者写入值到字元件RR控制PLC运行RUNRS控制PLC停顿STOPPC读出PLC设备类型TT连接测试注：位元件包括X、Y、M、S以及T、C的线圈等；字元件包括D、T、C、KnX、KnY、KnM等FX系列PLC通讯协议规定PLC无论在运行还是在停顿时，都可以接收上位机的4种监控命令，每种命令用唯一的命令码标识，如表2示监控命令命令码目标单元讲明读取单元30HX、Y、M、S、T、C、D成组读取目的单元的状态写入单元31HX、Y、M、S、T、C、D成组写入数据到目的单元单元置位37HX、Y、M、S、T、C置位目的单元的映像存放器单元复位38HX、Y、M、S、T、C复位目的单元的映像存放器PLC与单片机之间是以报文方式进展数据传输的，数据传输单位为帧。表3给出了通讯中所用到的控制字符。控制字符ASCII讲明ENQ02H询问：主机向PLC发送的恳求通讯信号ACK06H确认：PLC对主机返回的肯定应答信号NAK12H否认：PLC对主机返回的否认应答信号STX02H文始：表示报文正文开场ETX03H文终：表示报文正文完毕命令帧采用和校验SumCheck方式检错，格式如图示起始标志命令码数据区完毕标志和校验值STXCMDDATAETXSUMUPPERSUMLOWER通讯时，单片机先向PLC发送询问ENQ信号，恳求通讯并等PLC响应。PLC接收到该字符后，假设通讯正常，PLC应答信号为确认ACK，否为NCK。单片机收到确认信号便可发送相应命令并等PLC应答，如此可以完成单片机对PLC的控制。我们用PLC和自主开发的运动控制系统组成的全伺服圆网电控系统，在国内使用多套，用户反映良好，把先进电子技术应用到传统印染装备行业，进步了装备程度，也使我国色布出口进步了竞争力，且与国外系统比，价格低廉，非常合适国情。参考资料；1三菱FX系列可编程控制器编程手册2欧母龙CPM1A可编程控制器编程手册3（圆网印花机独立传动系统）楚建安
