1、 前言
此系统属于食品机械的投入机的控制系统,系统包括触摸屏、可编程控制器、伺服、编码器、步进电机等,主要功能是把呈带状脱氧剂或者是干燥剂,进行切断,然后按要求投入到目的地。在整个设备中,控制的主要要求是要切断准确,切断的位置偏差要在±5mm以内,而且要求速度可以很快,高速每分钟要达到170个;因为送料驱动使用的是步进电机,这样就会要求送料要有反馈,所以从动轮上安装了编码器做为反馈信号的来源,由于这几个控制部件的组合,另外又由于机械机构的配合问题,在调试时做了好多次软件和硬件的改进最后达到了要求,交给了客户使用。
2、 硬软件系统构架
A、 硬件构架:
①、 控制系统硬件组成
触摸屏DOP-A57GSTD
可编程控制器 DVP-12SC11T
伺服ASD-A021LA
编码器ES3-06CN6941
步进驱动器和电机
料检测接近开关
刀位检测接近开关
外部连动接近开关
②、 设备工作示意图:
③、 系统组成说明:
系统规模:6个数字量输入;3个数字量输出;1个伺服控制;1个步进控制;1个由AB相的编码器发出的高速脉冲计数;
控制系统配置如下:
触摸屏:DOPA57GSTD
PLC:DVP12SC11T
一套伺服ASD-A021LA
一个编码器ES3-06CN6941
一套步进驱动器和电机
一个料检测接近开关
一个刀位检测接近开关
一个外部连动接近开关
触摸屏主要是用来显示和控制、报警、报警上下限设定、采集数据显示微调、报警数据显示、记录产量等;
PLC主要是采集数据并计算,控制伺服电机和步进电机的动作,报警的判断和输出;
伺服电机的作用是用来使切刀可以快速的切断干燥剂,并且准确的归位;
步进电机的作用是快速的进料,并且进料要十分的准确;
编码的作用是把从动轮的转动的实际角度采集出来,送给PLC;
B、 软件构架:
系统的功能要求:
可以设定干燥剂的长度和间距,以便可以切不同规格的干燥剂;
刀速和步进的速度是可设定的要能够分成几个档位,适应不同的要求;
可以设定上下限报警,来控制误差的范围;
显示报警画面、报警信息;
报警上下限设定;
具有偏差微调功能,并且显示微调值;
要求有两个外部联动功能,启动不同的联动信号可以达到联动的功能;
要求具有生产计数的功能,可实现计数有效无效的切换;
要求具有复位功能,实现故障状态的复位;
除联动外还能实现连续运行和点动的功能;
在以上的功能中最重要的功能实现就是步进电机的控制,这也是最难的部分,因为干燥剂长度的准确完全依赖于步进电机所走的行程,如果单纯靠固定脉冲数来控制步进电机,那么运行一段时间后一定会出现累计误差,会使所切的干燥剂长度相同但是会切到料上,所以必须使用编码器采集回来的脉冲数作为反馈来给步进发脉冲;
系统的软件共分两部分:HMI部分,PLC部分
HMI部分主要构架:
a. 主页
b. 控制画面
c. 参数设置画面
d. 步进速度设置画面
e. 切刀速度设置画面
f. 报警画面
PLC部分主要构架:
a. 刀和步进速度设定
b. 运行方式控制
c. 复位状态控制
d. 计数功能
e. 伺服和步进控制
f. 报警控制
3、 工艺
因为属于机械设备的系统,另外,要求精度也高一些,所以工艺过程相对复杂一些,主要要求如下:
通过设定不同的料袋长度尺寸和间距,可以加工4种规格的产品;
要求实际偏差不得超过±5mm;
要求在连续运行时的加工速度要能达到每分钟170个;
要求刀速和步进的速度都能有四个档的调整;
报警上下限设定;
偏差微调功能,并且显示微调值;
要求有两个外部联动功能,启动不同的联动信号可以达到联动的功能;
要求具有生产计数的功能,可实现计数有效无效的切换;
4、 调试步骤、注意事项
调试步骤及注意事项如下:
A、 通过反复的试验得到一个试验值:就是料每移动1mm编码器的脉冲数是多少个,在这台设备上得到的数据是,每移动1mm编码器的脉冲数是5个,而且相对准确;
B、 通过反复试验得到两个数值:就是为达到每分钟加工速度为170个,那么对步进和伺服发出的脉冲频率是多少,经过试验得到的数据是步进额为4KHz,而伺服应该是80 KHz;其实,本来可以通过计算可以得到这个数据,但是,由于机械方面的配合和程序有扫描周期的问题,所以不能完全套用计算所得到的数值;
C、 调整料检测的高度也是一个比较关键的环节,如果不能调整好高度会对切断的准确性起到决定性作用;
D、 投入的准确性是靠调整前机时间来保证的,在食品盒到达投入口正下方之前要进行切断动作,而食品盒到达投入口正下方时干燥剂要正好投入到食品盒当中,送料停止到切刀切断之间的时间就是前机时间;
5、 结论
系统安装调试时出现了很多的麻烦,比如开始所选的步进电机的功率过小,造成不能快速进料的现象,后来更换更大功率的步进电机后,问题才解决,系统最后得到了用户的好评。
在这个系统中使用了台达的SC系列PLC来控制台达伺服系统,达到了使用要求,
此设备的使用我们台达的机电产品比较多,整合性能比较好,为客户降低了大量的成本,是一个为客户降低成本的很好的实例。
现在国内食品机械的自动化程度并不高,还有很多我们可以进入的空间。