横切机的伺服控制系统研究

【摘要】本文主要介绍了利用触摸屏和PLC实现对模切机的伺服控制，通过对横切机控制系统的研究，联系系统实际的应用背景，制定了横切机控制系统的实现方案。该系统采用二级控制结构，触摸屏负责接受用户界面及订单管理任务。下位机采用台达PLC作为控制系统，用来接受触摸屏发来的加工任务和调试指令，控制KEB变频器完成加工任务。

【关键词】触摸屏；PLC；变频器；伺服控制

一、引言

本文通过对德国KEB公司的飞剪控制系统的研究，探讨了通过PLC去控制德国KEB公司的F5变频器实现横切的方法。可编程控制器的使用可对提高控制系统的可靠性精度、增强系统的抗干扰能力行超到重要作用，而触摸屏的使用则为整个控制系统提供了良好的人机操作界面，因此二者的联合越来越广泛的应用于工业生产的各个领域。横切机在工作时动作繁多，为保证横切机控制系统的运行并提高其可靠性，采用TouchWin触摸屏和台达公司的DVP系列PLC对横切机的控制系统进行设计。

二、系统设计

1、系统结构图

图1 控制系统结构图

该系统采用二级控制结构，触摸屏负责接受用户界面及订单管理任务。下位机采用PLC控制系统，用来接收触摸屏发来的加工任务和调试指令，控制变频器完成加工任务，检查工料和各个按钮的状态并执行相应的处理，实时测量切刀位置、纸板长度、纸板进给速度，检测变频器参数，实现故障报警等功能。

2、系统硬件选择

（1）触摸屏：TP采用加拿大TouchWin公司TP系列触摸屏，它具有RS232/422/485通讯口，可以与近30个厂家的PLC通讯，兼容性极强而且还可以和计算机通讯（开放式通讯协议），基于windows98/2000/xp操作平台下的专用组态软件，界面友好直观。在编程软件中选择好触摸屏和PLC型号后，在其系统设定中选择PLC型号，设置通讯的波特率为9600bps；奇偶校验为偶校验；数据长度8位；停止位1位；通讯方式RS-232。

（2）PLC：选用台达DVP-ES系列，编程软件采用WPLsoft2.09。

（3）变频器：采用德国KEB公司F5系列变频器，该变频器配备有继电器输出和可编程模拟/数字输入及输出端，以及可编程软件输入/输出端，它低速时更大的运行转矩，实现了低速转矩的无传感器矢量控制；负载下稳的转速，转矩突变时具有更快的响应速度；当空载运行时理更小的电流消耗及电机发热，增强了电机发电运行状态时的机械特性，支持Modbus等多种通信协议。

3、触摸屏、PLC与变频器之间的连接方式

触摸屏通过RS232接口与台达PLC的8针圆形公座相连，连接方式如表1：

表1 表2

台达DVP系列PLC通过自带RS232接口与变频器相连，连接方式如表2.两个编码器与变频器的两个SUB-D插座相连。

4、触摸屏画面设计

整个系统的监控界面分为操作界面和监测界面。操作界面分为启动界面和订单录入界面，如图3，4所示，主要完成设置订单内容包括加工数量和加工长度，以及启动横切、点动、手动换单、自动换单等命令。监测界面如图4所示，主要完成对变频器运行状态和运行参数的监测。

图2 触摸屏启动界面 图3 触摸屏订单录入界面

图4 触摸屏监测界面

5、触摸屏、变频器、PLC通信参数设置

PLC通过两个接口与变频器和触摸屏连接，整个系统采用Modbus RTU的传输模式。

（1）触摸屏通信参数的设置TP760-T要与DVP系列PLC的COM1口一致。具体的参数通过TouchWin编程软件设置，下载至触摸屏后生效。

触摸屏系统参数设置如图5：

图5 触摸屏系统参数设置

PLC类型：选择台达DVP，通讯口类型：RS232，PLC站号：1，人机站号：0

波特率：9600，数据位8，校验位：偶校验，停止位：1

（2）F5变频器参数设置

利用监控软件通过HSP5电缆与控制器连接后，设置参数具体如下：

1）控制器初始化参数：

0801h Ud01 password application password， =440

0802h Ud02 control type 4 =4为感应电机，=8为永磁电机

0901h Fr01 copy parameter set -4，=-4恢复出厂值；=-2除电机参数外恢复出厂值

0284h Fb04 MDB_MapNr_Rd 6

0285h Fb05 MDB_MapNr_Wr 6

0300h oP00 reference source 2：digital abs（op.3）

0B0Dh di13 I3 functions 0

0484h CU04 S_factor 1.20

2）输入电机参数

0600h dr00 DASM rated current* 额定电流

0601h dr01 DASM rated speed* 额定转速

0602h dr02 DASM rated voltage* 额定电压

0603h dr03 DASM rated power* 额定功率

0605h dr05 DASM rated frequency* 额定频率

3）令fr10=1进行电机 参数自适应：

090Ah Fr10 load mot.dependent para. 1， =1为电机参数自整定

4）选择控制器所接编码器类型：

1000h Ec00 encoder 1 interface 13 增量型编码器=13

1001h Ec01 encoder 1（inc/r） 2048 根据实际使用的电机编码器，输入编码器线数

100Bh Ec11 encoder 2（inc/r） 2048 输入电机编码器线数

5）输入最高转速、安全限速及点动速度：

030Ah oP10 max. reference forward 1500.000 1/min=1500最高转速

030Eh oP14 abs. max. reference for 1500.000 1/min=1510安全限速

0315h op21 step value 1 100.000 1/min 点动速度

三、系统调试过程

1、检查接线：编码器线，电机线。上下刀对齐的位置就是接近开关ON的位置。

2、输入电机参数，自适应，机运转，检查进纸编码器反馈方向必须为正（EC30的值增加），否则，A、B互换，同时A-，B-也互换。

3、SERVO特性调试

4、输入系统工艺参数

5、激活算法、使能、横切命令，低速运转

6、在线用示波器观测参数：RU12、RU09、RU37、CN01；通过调整cn04，cn05，cn07，cn08使cn01最小，cn01在正负10%以内表示误差在正负1毫米以内。

通过在线监控和变频器在线测试知道系统通信是否正常，程序运行是否正常。

四、结束语

由于受软件限制，加工数量最大不能超过32767张。上述横切机控制系统从理论上讲有着很大的优点，高速度、高精度、高可靠性，可自由设置加工数量和加工长度，可自动换单、手动换单，大大提高加工效率。

【参考文献】

[1] 康存锋， 费仁元， 陈卫福， 黄旭东. 高速瓦楞纸板横切机控制系统的研究[J]. 机械科学与技术， 2003（S1）.

[2] 任永益， 潘孟春， 翁飞兵， 瞿元新. 瓦楞纸板同步剪切控制系统的设计与研制[J]. 国防科技大学， 1999（02）.

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