东土科技股份有限公司

    随着现代工业经济的发展，飞锯机被大量用到工业领域当中：材料、造纸、化工、交通等等。而所用的飞锯机的性能质量的好坏直接影响到产品的质量问题，从而能够进一步影响到一个企业的经济收入和发展壮大。
就目前情况来看，实现飞锯机的途径各种各样，但是，采用PLC来实现飞锯机，目前在控制领域来讲还属较新的课题，也是一种新的试探。尽管三相交流电源和交流调速在现代工业场合下被大量应用，但交流电机本身存在一些不足和缺陷，最重要的一个原因就是调速性能不如直流电机，而直流电机可以实现无级调速，所以，本系统采用直流电机和直流调速器。

    本系统的可编程控制器采用欧姆龙的CQM1H—CPU51型号的PLC。可编程控制器除了CPU单元以外，作为速度检测模块，采用PLB-21模块。该模块有两路信号输入。另外需要电源IPS02模块和模拟信号输出DA021模块[1]。编码器采用OMRON E6B2-CWZ6C旋转编码器检测两个电机的速度和位置[2]。

    调速器作为本系统最重要的核心部分，在整个飞锯机的设计中占有重要位置，本系统采用欧陆的590P/0015/500/0011/UK/                             ARM /0/0/0型号的直流调速器。

1 飞锯机的设计原理

    1.1 送膜轴控制原理
    
    送膜：袋长L，生产速度V，减速比N，送膜滚筒周长A

    送膜电机转速n为：

    n＝N*L*V/A            （1）

    1.2 端封轴控制原理

    端封轴控制原理如图1所示。端封轴转动360°完成一个包装袋的横向封印及切断的动作，当端封刀座位于最高点时原点信号S4有效，认为此时端封角度为0°，则端封刀座位于180°时切刀动作，切断包装袋。

图1  端封轴工作原理

    说明如下：

    第一阶段：0°～150°，匀加速，端封电机与送膜电机之间进行位置同步。

    第二阶段：150°～210°，匀速运行，该阶段实现包装膜的横向封印及切断功能，由于刀座在该过程中始终对包装膜保持压紧状态，为了达到良好的包装效果并防止由于包装膜被拉断，必需保证送膜轴的线速度与端封轴的线速度一致，由于端封电机转动的角度始终保持不变，所以在该阶段送膜电机转动的角度也不变。

    第三阶段：210°～360°，匀减速，端封电机已经完成横向封印及切断功能，继续转动回到原点位置，完成一个周期。

    以上传感器信号采用E6B2-CWZ6C旋转编码器获得端封轴位置状态。

2  模拟设计飞锯机

    2.1 端封电机的速度与位置控制
 
    旋转编码器将送膜传送带的位置以脉冲的形式输送给PLC的PLB-21模块。考虑到启动端封电机和软件上所带来的惯性，提前几个脉冲将端封电机启动(根据生产速度等因素来决定提前量)。在这一阶段，端封电机将在最短的时间内启动，实现与送膜电机的位置和速度同步。

    假设：

    启动端封电机和软件上的时间误差 ：0.05s

    生产速度 ：0.1m/s

    送膜滚筒周长 ：0.4m
      
    端封电机加速时间 ：0.5s
      
    端封电机平均速度 ：0.1m/s

    设：脉冲提前量为 ,则满足：
 
    （2）将以上数据代入上式，可得：
  
    即：提前25个脉冲将端封电机启动。

    在实际的工程中，需要控制的封膜长度、送膜电机的运行速度以及时间误差等数据可能会有所不同，因此需要的脉冲提前量也会各有所异。但只要能在产品的精度允许控制之内，根据上式，就能够调整出足够精度的脉冲数量。

    PLC根据编码器的脉冲数目即可发出启动命令，直流调速器接受启动命令后启动封端电机。在经过一段时间后，实现两个电机的位置与速度同步。在此之后，膜轴的线速度与端封轴的线速度一致，封端电机进行封端操作。接着通过PLC的控制信号，使封端电机正向减速、反向加速、反向减速至停止。

    PLC的脉冲输入板采用相位差模式环形计数，复位方式采用Z相信号＋软件。

    PLC设置：DM6611:0000
             DM6643/DM6644:0000
             DM6634/DM6635:0000

    通过这些设置，PLC即可接受编码器的脉冲输入。其中，100通道接受送膜电机的脉冲输入，即对送膜电机的速度和位置进行检测，200通道接受封端电机的速度检测信号。在启动封端电机后，高速计数器将两个脉冲量进行计数，通过作差得到信号误差，在根据信号误差输出相应的电压信号。

    PLC的命令输出：

    PLC采用模拟输出模块DA021进行电压的输出[ 3]，将电压信号-10V－+10V传输给直流调速器。电压输出采用SCL指令实现，但采用此指令前，必须将符号清零（CLC指令）。在本系统中，需采用负电压输出，电压输出如图2所示。 

 
    说明如下：

    0－t1：封端电机匀加速至速度最大，在此阶段，实现两个电机的位置和速度同步

    t1－t2：封端电机进行封端操作，封端电机匀速运动

    t2－t3：封端电机实现正向减速

    t3－t4：封端电机实现反向加速

    t4－t5：封端电机实现反向匀速

    t5－t6：封端电机实现反向减速至停止,等待下一周期

    为了能够满足进行下一个的操作，需满足一下要求:

    t6≤3.95s

    2.2 直流调速器的硬件接线和参数设置
    
    直流调速器的使用在整个设计中占据重要位置。它一方面接受PLC的电压控制信号，一方面根据电压控制信号，进行直流调速，即对直流电机输出电枢电流和励磁电流。

    在正常状态下，速度给定信号将被连接到“设定值斜坡输入”端子，即PLC的电压控制信号连接感到端子A4（模拟输入3）上。换算本输入值，从而使：+10V输入＝最大正向速度给定（＋100%），-10V输入＝最大逆向速度给定（-100%）。

    另外，还需要对励磁模式、速度反馈方式、加减速时间、电压反馈调显示精度以及爬行处理等参数进行设定。具体设定方法如下:

    励磁：

    STEUP PARAMETERS:: FIELD CONTROL:: FLD CTRL MODE IS:: VOLTGE STEUP PARAMETERS:: FIELD CONTROL:: FLDVOLTAGE VARS:: RATIO OUT/IN::48%

    反馈方式的选择：

    SETUP PARAMETERS:: SPEED LOOP:: SPEED FBK SELECT:: ARMVOLTSFBK/ANALOG TACH

    加减速时间设定：

    SETUP PARAMETERS:: RAMPS:: RAMP ACCEL TIME:: 0.04SECS SETUP PARAMETERS:: RAMPS:: RAMP DECEL TIME:: 0.1SECS

    电压反馈调显示参数精度：

    SYSTEM:: CONFIGURE I/O:: ANALOG INPUT:: ANIN3(A4):: CALIBRTION:: 1.0000

    电机爬行处理

    SETUP PARAMETERS:: STANDSTILL:: STANDSTILL LOGIC:: ENABLED

    SETUP PARAMETERS:: STANDSTILL:: ZERO THRESHOLD:: 2.00%

    在本系统中，没有其他的一些特殊要求的程序，不存在对直流调速器进行编程。

3 试验结果和结论

    在试验过程中，系统采用两个直流电机作为模拟飞锯的控制对象，并对两个电机的实时速度和位置进行了精确测量，试验结果基本能够满足要求，因为采用的算法比较简单，所以，离精度很高的控制要求还有一段距离。

4 结束语

    在系统中，采用欧陆的直流调速器和欧姆龙的PLC进行了一次飞锯机的模拟。用旋转编码器进行电机的速度和位置检测，然后采用PLC的脉冲输入模块进行脉冲计数和相应的换算，采用模拟输出模块进行控制信号的输出，并且，采用直流调速器对直流电机进行调速，从而实现飞锯机的模拟和试验。参考参考文献:

    【1】 宋伯生  PLC编程理论算法及技巧  北京：机械工业出版社，2005

    【2】 汪小澄  袁立宏 张世荣  可编程控制器运动控制技术 北京：机械工业出版社，2006

    【3】 曹辉  霍罡 可编程控制器过程控制技术北京：机械工业出版社，2005

    Based PLC and DC Digital Drive to Simulate the Flying Saw
                           

    Zhu Yue     Ren Bo

    Abstract: In this system, we use PLC and DC Digital Drive to Simulate the Flying Saw. PLC give the control signal to this system, and first it is given two back signals, then subtract them each other, then based voltage output module and the error to engender voltage signal to achieve long-distance control.. Otherwise, as the controller of this system, DC Digital Drive is the most important part, it is given the voltage signal from the PLC. it uses speed control way to adjust the speed of the machine, and make two machines synchronization ,by that to simulate the Flying Saw.

    Keywords: PLC; DC Drive; coder; Flying Saw; speed control