PLC和步進電機在梳理機改造中的應用

1 引言
　　本機是將兔毛原料未經改性處理，直接進行開松、梳理，制成一定支數的毛條，具備抱合力大和加有真捻等特點，并由紡紗機(FNT-28型兔毛紡紗機，專利號:9424N73-4)紡制成各種規格支數的細紗。本機是國家發明專利產品(專利號:93106597-6)，"八五"國家星火項目，同時又被國家科委列為"九五"
國家科技成果重點推廣計劃項目。全機結構示意圖如圖1所示。

　　圖1 梳理機結構示意圖
　　本機電氣部分采用繼電器控制系統，動力驅動由三相異步電動機來完成。該控制系統有三點不足:
　　(1) 繼電器線路接線復雜，功能單一。 繼電器接觸控制系統的邏輯部分由許多繼電器;按某一固定形式連接而成，若工藝流程發生改變，則需要改變繼電器控制系統的接線，才能滿足新的工藝流程要求。工人實際操作和維修復雜，易出故障;
　　(2) 可靠性不高，控制精度不夠，這就勢必影響了出條支數、出條定重;
　　(3) 繼電器控制柜的體積大，占用了較大的生產空間，影響了工人的操作。
　　因此有必要對本機的控制系統進行改造。近年來，隨著
科學技術的飛速發展，步進、伺服電機的應用越來越廣泛，其功能多樣性和產品可靠性日臻完善，正在逐步取代原來的普通電機。而且隨著可編程控制器技術的日益成熟，將二者完整地結合起來，完成對各種復雜運動的自動控制，實行機電一體化，正在成為一種趨勢。
　　2 控制方案的確定
　　由于步進電機可直接用數字信號控制，無需反饋可開環工作，無累積定位誤差，控制精度高，因此被廣泛用于數字控制系統和計算機控制系統。而可編程序控制器(PLC)是一種適于工業現場控制的，由單片計算機(CPU)、外圍大規模集成電路(LSI)、系統軟件及I/0接口等構成的新型控制器，用戶通過軟件設計，可實現以往難以實現的各種復雜邏輯控制。與通用PC機或單片機構成的系統相比，PLC具有可靠、抗擾能力強、編程簡單等優點，已成為替代傳統繼電接觸器控制線路的升級換代產品。因此，本系統采用可編程控制器(PLC) 為控制核心，步進電動機為執行元件、紅外光電傳感器為檢測元件的新型系統，實現了兔毛梳理機的計算機數字控制。其組成原理如圖2所示:

　　圖2 控制系統原理圖
　　3 控制系統的實現
　　3.1 系統組成
　　PLC選用日本松下FP0 PLC，共8點輸入(X0~X7),8點輸出(Y0~Y7)，主要控制主電機Motor1和毛斗步進電機Motor2的工作狀態和轉速;步進電機選用兩相混合步進電動機，步距角1.8°/STEP，用于驅動主機和毛斗;步進電機驅動器選用DMD402，電源電壓DC14V~40V，其作用是根據PLC的控制指令對電機實現脈沖和方向控制。
　　3.2 系統工作原理
　　FP0系列PLC除具有一般邏輯控制與運算功能外，還具有高速計數輸入(最大10kHz)、PLS脈沖直接輸出、SPD位置控制、PWM脈沖輸出等特殊處理功能，用于步進電機的速度控制或位置按制十分方便。
　　在圖3所示系統中:PLC輸出口Y0、Y1以脈沖速率方式輸入步進電機驅動器的Pulse input端，控制梳理機主電機和毛斗電機轉速和位移。PLC輸出口Y2、Y3以方向信號輸入到驅動器Directional input端，控制梳理機電機的轉向。輸出點Y4、Y5是步進電機復位信號RST，每次開機對步進電機驅動器清零。PLC輸入點X0以梳理機喂入量斗處的紅外傳感器作為輸入信號，可調節喂入量斗的喂毛量。X1、X2作為步進電機的啟動信號，X3作為步進電機復位信號。X4以為位置傳感器作為輸入信號，檢測梳理機是否復位。可以利用當需要手動操作時，可通過PLC的手動輸入信號X5、X6，以點動方式按制電機的正轉或反轉。控制關系為:X5=ON，電機正轉;X6=ON，電機反轉。

　　圖3 梳理機控制工作原理圖
　　4 控制系統軟件設計
　　圖4是根據前述梳理機的電氣控制原理，結合PLC的程序設計方法和生產工藝要求，設計的控制軟件程序流程圖。

　　圖4 梳理機運行程序圖
　　利用FP0 PLC提供的高速脈沖處理指令、邏輯控制指令、算數運算指令及一些特殊功能指令，可較方便的實現對步進電機的升/降速、恒速及正/反轉的運行控制，尤其用PLS-脈沖輸出指令和SPD-位置控制指令，可使步進電機達到不失步的升/降速與恒速運行。
　　5 結束語
　　以PLC和步進電機為主構成的數字式兔毛梳理機控制系統的研制成功，為兔毛梳理機在生產與應用環節的工藝參數的調整，提供了保障。采用本控制系統的兔毛梳理機各項指標:適紡原料范圍:兔毛(高比例);條干重量不勻率:1.5％;生條可紡支數:8～60公支;脫毛量:1～mg/100cm2;兔毛制成率≥95％;出條定重:0.125～1g/m;臺時產量:0.3～2kg/h。此外，系統具有控制精度高、操作簡單、運行平穩、無噪音等優點。