伺服系統(tǒng)在煙機電氣改造中的應(yīng)用

摘要：小普托卷接機在煙廠中主要用于煙的生產(chǎn)試制，由于原機電氣故障頻發(fā)，維修費用昂貴，致使其無法正常運行，急需改造。改造后的系統(tǒng)采用FX2N PLC、FX2N一4D／A、MR—J2S—A伺服放大器、HC—KFS伺服電機以及F940GOT—SWD—C圖形操作終端，實現(xiàn)了對煙支長度的控制。文中介紹了系統(tǒng)硬件組成、參數(shù)設(shè)定、軟件設(shè)計以及運行結(jié)果。
關(guān)鍵詞：PLC；D／A轉(zhuǎn)換：伺服放大器；液晶觸摸屏
　　郴州卷煙廠的小普托卷接機是由德國虹尼公司美國分公司生產(chǎn)的世界上為數(shù)不多幾臺機車之一，其主要用來生產(chǎn)試制煙，由于其電氣故障頻發(fā)，致使其無法正常運行。同時在試制生產(chǎn)不同長度煙支時又存在拆換齒輪的問題。基于以上兩點，我們利用FX2N PLC、FX2N一4D／A、MR—J2S— A 伺服放大器、HC—KFS伺服電機以及F940GOT—SWD—C圖形操作終端等設(shè)備，對原有設(shè)備進(jìn)行了改造，通過人機界面進(jìn)行電機速度的調(diào)整，而不改變機器齒輪。實現(xiàn)了軟調(diào)整的功能，滿足生產(chǎn)的需求。
1 系統(tǒng)控制要求[3]
　　（1）傳感器采集部分。要求傳感器在機車運行時把采集到的邏輯信號傳送給PLC，PLC經(jīng)過邏輯運算處理來控制機車的順序運行。
　　（2）D／A轉(zhuǎn)換部分。主要用來把PLC處理后的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量信號送給伺服放大器。
　　（3）伺服放大器。要求伺服放大器實時采集D／A轉(zhuǎn)換器傳送的模擬信號，同時再與其設(shè)定的參數(shù)配合以完成控制電機的目的。
　　（4）終端人機對話操作控制。由于生產(chǎn)的煙支長度不同，因此在生產(chǎn)中要進(jìn)行長度的控制，人機界面提供了長度選擇的功能，同時也可以動態(tài)的模擬機車的運行狀態(tài)以及實時顯示機車速度。
　　（5）對生產(chǎn)煙支長度的精度要求控制在0．05mm之內(nèi)。
2 系統(tǒng)硬件配置
　　根據(jù)系統(tǒng)控制要求，采用伺服系統(tǒng)構(gòu)成電氣控制的硬件配置如圖1所示[2]。

　　（1）PLC采用三菱FX2N系列FX2N 一64MR。
　　（2）伺服放大器三菱MR—J2S—A系列MR— J2S一10A，伺服電機采用三菱HC—KFS系列3．6kW 。
　　（3）D／A轉(zhuǎn)換模塊采用三菱公司FX2N一4DA其精度達(dá)到12位。
　　（4）人機界面是專為PIE的應(yīng)用而設(shè)計的工作站，它具備與各種品牌PLC連接監(jiān)控能力以及采用文字、圖形同步顯示PLC內(nèi)部接點狀態(tài)及資料的能力，是一種互動的工作站。配備有液晶觸摸屏、通信接口、智慧型操作面板、打印接口等等。它取代了傳統(tǒng)的鍵控制系統(tǒng)及終端顯示系統(tǒng)，既節(jié)省了PLC的I／O模塊、指示裝置，又能實時顯示所需信息。
3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計
　　控制系統(tǒng)的軟件包括PLC的控制程序和觸摸屏操作終端的監(jiān)控系統(tǒng)，前者執(zhí)行實時控制任務(wù)，后者實現(xiàn)人機交互功能[1]。
3．1 PLC控制程序[4]
　　它由數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)處理、控制信號處理等程序構(gòu)成。
　　（1）數(shù)據(jù)采樣：程序在判斷生產(chǎn)煙支長度后，對傳感器采集的信號進(jìn)行辨別后，程序根據(jù)傳感器的狀態(tài)進(jìn)行邏輯處理，從而控制機車完成不同的工作過程。
　　（2）數(shù)據(jù)運算和數(shù)據(jù)處理：為了精確的控制煙支長度、配合終端顯示，對數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，運用加、減、乘、除等多種運算方法。同時由于系統(tǒng)中采用了D／A轉(zhuǎn)換模塊，因此程序中也采用與其對應(yīng)的專用指令。數(shù)據(jù)的運算采用復(fù)點方式，使其控制的精度更加的準(zhǔn)確。
3．2 監(jiān)控程序
3．2．1 監(jiān)控軟件設(shè)計

　　軟件是由一組畫面組成，本系統(tǒng)除了設(shè)計有動態(tài)模擬設(shè)備當(dāng)前運行畫面、I／O狀態(tài)顯示畫面、故障顯示畫面、故障查詢畫面，還設(shè)計有控制與操作畫面，可以從觸摸屏直接對煙支長度及機車運行速度進(jìn)行調(diào)整，同時也可以對一些特殊的速度進(jìn)行微調(diào)。靜態(tài)圖形的設(shè)計采用繪制軟件提供的通用控件，如：線條、文本框等進(jìn)行繪制。動態(tài)圖形設(shè)計，通過傳感器采集的數(shù)據(jù)和PLC的處理來隨時變化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與圖形的動態(tài)連接。監(jiān)控畫面運行時圖形屬性隨時數(shù)據(jù)改變而變化。
3．3 伺服放大器參數(shù)設(shè)定
　　由于本套伺服系統(tǒng)主要用來控制主伺服電機和切刀伺服電機的速度以滿足生產(chǎn)的需求，因此伺服放大器應(yīng)設(shè)置為速度控制方式。設(shè)備改造后主要生產(chǎn)兩種長度的煙支，因此運行速度上要進(jìn)行兩種設(shè)置，其一是模擬量輸入，其二是多機能端子控制，正常工作時多機能端子優(yōu)先。
4 系統(tǒng)運行結(jié)果
　　本系統(tǒng)安裝調(diào)試完畢投運后，運行穩(wěn)定，生產(chǎn)的煙支滿足了試制煙的需要，減小了原來手工的勞動量，減少了原料的損耗，受到了領(lǐng)導(dǎo)和員工的一致好評。