EC20系列PLC在掛面定長切割設備上的應用

精確的定長控制設備往往要求具備高速輸入和高速輸出功能，同時又要協(xié)調(diào)多個設備間配合動作。PLC由于其集高速、通訊和控制功能于一身，被越來越廣泛的應用到定長切割設備中。

本文將Emerson的EC20系列PLC應用到掛面切割機上，通過接收文本顯示器信息和編碼器的高速輸入信號，利用高速輸出驅(qū)動伺服放大器并通訊控制變頻器，從而實現(xiàn)面條切割長度的精確控制。

一．系統(tǒng)工藝介紹

掛面在剛剛生產(chǎn)出來時，并非像我們平時見到的那樣短小，而是長度約1.3米的長長的一串，因此為了適合人們的食用以及方便運輸，需要將其切割為長度適當?shù)娜舾啥巍?

長面切割前需要人工將其掛在面桿上，之后通過主傳送帶上的掛鉤將面桿及長面帶入設備。切刀后端接近開關感應到面桿到達后，控制切刀動作將面桿與掛面切離，而此時的掛面已經(jīng)被一對導面滾輪壓住繼續(xù)向前行進。此后切刀不斷動作切割面條，固定時間或長度后停止動作，等待下一桿面。

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面條切割機的主傳動為3.7KW電機，由艾默生變頻器調(diào)速控制；切刀動作為伺服電機驅(qū)動，由伺服放大器控制；同時配備文本顯示器，用于設置切面長度和監(jiān)控設備狀態(tài)；傳動軸承裝有歐姆龍1000線增量式旋轉(zhuǎn)編碼器；核心控制機構為艾默生EC20-PLC。

2．工藝要求

長度：要求切割出的面條長度為從100mm到400mm，可以調(diào)整的最小范圍為1mm，允許誤差±2mm。

主電機轉(zhuǎn)速：為了節(jié)能，當每連續(xù)中斷幾桿面時，需要將電機降頻，直至最低設定轉(zhuǎn)速；當每連續(xù)來幾桿面時，需要將電機緩慢增頻，直至最高設定轉(zhuǎn)速。

切刀動作：由于切刀為雙刃型，因此每次切割動作為轉(zhuǎn)動半圈，且切刀的轉(zhuǎn)速不可過慢，防止面條在切刀處短暫堆積。
切割刀數(shù)：對于固定面條總長、固定掛面單長的情況下，每桿面切割的刀數(shù)是固定的。但是刀數(shù)在小于實際值以內(nèi)應該是可調(diào)的，因為有時長面的后面部分可能有彎曲等問題，不能制為成品。同時，剩余的部分需要回收重新制成長面，因此需要打碎。

3．電氣系統(tǒng)結(jié)構及說明

整體系統(tǒng)的電氣結(jié)構如下圖

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圖中的黑線代表數(shù)據(jù)流，箭頭表示數(shù)據(jù)的傳遞方向。

文本顯示器與EC20的PORT0通訊端口采用MODBUS協(xié)議通訊，其中PLC作為從站。主站發(fā)送的信息主要有一桿長面的長度，切割掛面的單長，切割刀數(shù)，手動/自動切換等；從站返回的信息包括當前變頻器運行頻率，已切割刀數(shù)，總的面桿數(shù)計數(shù)等。

變頻器與EC20的PORT1通訊端口采用自由口協(xié)議通訊。運行中PLC向變頻器發(fā)送啟動、停止、頻率設定三種命令，具體發(fā)送時刻和發(fā)送周期由程序中的邏輯控制。

編碼器將A、B兩相信號分別送入PLC的X0和X1。PLC應用高速計數(shù)功能對編碼器信號計數(shù)，經(jīng)過內(nèi)部計算和變換后確定何時驅(qū)動伺服放大器動作。

伺服放大器與PLC的高速輸出端子Y0連接，通過PLC輸出的高速脈沖的頻率和數(shù)量確定切刀的轉(zhuǎn)速與位置。

4．工藝的實現(xiàn)

長度控制：將編碼器信號接入PLC中以實現(xiàn)長度精確控制，實際上只需將編碼器與面條長度之間的對應關系找到就可以。通過編程實驗測得，十桿掛面編碼器所發(fā)脈沖數(shù)為70610個，又通過實際測量得知每個面桿間的長度為1527mm，由此可得每毫米對應脈沖數(shù)為4.624個。因此只需在程序中將設定長度乘以4.624，當高速計數(shù)達到該要求時產(chǎn)生切刀動作即可。

主電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：該工藝如果直接按照原要求實現(xiàn)，程序修改較大，難點就是如何判斷“連續(xù)”。如果采用時間間隔的概念來判斷連續(xù)，在固定轉(zhuǎn)速的情況下是可以的。但是在幾次“連續(xù)”之后，對方要求增加轉(zhuǎn)速，相應的時間間隔也將改變，這就要求用于判斷“連續(xù)”的時間標尺也要連續(xù)變化，而時間間隔的變化與變頻器頻率的變化并不是完全的線性關系，問題更復雜了。

本次采用的是一種近似的實現(xiàn)方法：每次面桿到來即增加頻率，而一定的時間內(nèi)無面桿接近信號則降低頻率。該方法的實驗效果大致與用戶要求的相同。

切刀動作：切刀的動作是由伺服放大器控制的，通過程序?qū)崪y得知需要接收17173個脈沖轉(zhuǎn)半圈（刀是雙刃）。

切刀轉(zhuǎn)速問題：實際上只需要找到傳送帶最高轉(zhuǎn)速時對應的切刀轉(zhuǎn)速，它們之間保持等比例關系即可實現(xiàn)面條的無堆積。通過現(xiàn)場實測，在傳送帶轉(zhuǎn)速達到最高時，切刀伺服接收的脈沖頻率為90KHz效果最佳。

切割刀數(shù)可調(diào)：該問題可以看作是掛面總長的一種改變，因此只需正常切割規(guī)定的次數(shù)，剩余部分高速轉(zhuǎn)動即可。需要注意的是高速轉(zhuǎn)動時每一圈要消耗一個固定時間，因而在下一桿面的接近信號到來前的轉(zhuǎn)動將可能使系統(tǒng)錯過該接近信號。

為了避免這種現(xiàn)象，需要根據(jù)面條已經(jīng)過長度決定最后一次高速轉(zhuǎn)動。本次利用編碼器中的B相來反饋面條的長度，當脈沖數(shù)大于6000時（已經(jīng)過面條1.3m），不再高速動作。

5．結(jié)束語

小型可編程控制器其典型應用之一便是通過一臺上位機對PLC進行讀寫，控制和監(jiān)視與PLC相連的其他設備。本文介紹的掛面切割機正是如此，通過上機實際操作，面條的切割效果比較理想，完全滿足客戶的各方面要求。