在工業(yè)中以紙、塑料薄膜、復(fù)合材料為包裝材料的生產(chǎn)線得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，包裝材料的準(zhǔn)確專送顯得尤為關(guān)健，特別是在多級(jí)傳動(dòng)電機(jī)同步運(yùn)行控制中.各傳動(dòng)電機(jī)在啟動(dòng)、加速和干學(xué)機(jī)茁過(guò)程中要求多級(jí)傳動(dòng)電機(jī)能夠及時(shí)地同步運(yùn)行。本文以包裝機(jī)生產(chǎn)線為背景，介紹了PLC在同步搜制中的應(yīng)用。

1 包裝機(jī)工作原理及控制要點(diǎn)

　　該生產(chǎn)線利用聚丙烯編織布(pp)、聚乙烯牙膜(PE)等材料作為制袋布，袋長(zhǎng)腸600~1020mm任意調(diào)節(jié)，袋寬450~700mm任意調(diào)節(jié)；90~180mm規(guī)格任意調(diào)芍。采用4套色印刷，生產(chǎn)速度60袋/min。包括印刷糊口2個(gè)工段。包裝機(jī)的工作流程示意圖見(jiàn)圖1。印刷工段主要負(fù)責(zé)將編織袋卷進(jìn)行塑編袋的4種顏色的正反面著墨印刷，印刷后的編織袋通過(guò)烘干部，將其墨跡烘干，在切斷部，通過(guò)切刀按照設(shè)定的袋長(zhǎng)進(jìn)行切割。然后經(jīng)送袋部袋子進(jìn)入糊口工段并轉(zhuǎn)向，在閥口部將其袋口打開(kāi)并折疊，底貼部主要負(fù)責(zé)袋口的粘貼并成型出袋。

　　為保證袋子從印刷部到糊口部的線速度不變，底貼的線速度與糊口部編織袋的線速度一致，所以我們必須使得印刷部與糊口部同步、色標(biāo)底貼部與撬口部同步。但由于包裝機(jī)結(jié)樞復(fù)雜，負(fù)載波動(dòng)比，較大，而且糊口部的慣性較大，任刷和底貼部的慣性又相對(duì)較小，所以要使生從電機(jī)嚴(yán)格同步比.較困難。這也是本次控制的難點(diǎn)，為此洲門(mén)提出基于模糊PID和現(xiàn)場(chǎng)總線的多電機(jī)同步控制方案。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.1 控制系統(tǒng)要求和總體控制方案

　　根據(jù)上述工藝流程，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量和成品率，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。本生產(chǎn)線對(duì)}制系統(tǒng)的具休要求是:控制系統(tǒng)必須嚴(yán)格保證印刷電機(jī)、底貼色標(biāo)電機(jī)與糊口主電機(jī)同步。能根據(jù)主從電機(jī)實(shí)際的位置不斷校正從電機(jī)轉(zhuǎn)速，使其與主電機(jī)同步;保證主從電機(jī)起停和加減速時(shí)的晌應(yīng)時(shí)間差不超過(guò)200ms。

　　為此，我們采敢如下總體控制方案:采用西門(mén)子CPU313C-2DP為核心的DCS控制系統(tǒng):配備1個(gè)觸摸屏,1個(gè)糊口操作臺(tái),1個(gè)Ep刷澡作臺(tái)、1個(gè)變頻拒。觸摸屏采用西門(mén)子51-MATCTP270B并作為人機(jī)界面，主要完成工藝參數(shù)的顯示、控制參數(shù)的設(shè)置、控佑l:}作、歷史數(shù)據(jù)的記錄等:以糊口操作臺(tái)為主站，配備1個(gè)CPU313C-2DP,2個(gè)DO和1個(gè)帶診斷功能的DI擴(kuò)展模塊，主要完成現(xiàn)場(chǎng)同步信號(hào)的采集、工程單位變換、回路控?fù)羟溥B鎖控制算法、控制信號(hào)輸出等功能;印刷操作臺(tái)通過(guò)E124aM與主站進(jìn)行通信，并配有2個(gè)DO, 1個(gè)AI,1個(gè)莊刷變頻器，主要完成現(xiàn)場(chǎng)后度的采集、電機(jī)連鎖控制的輸出、急停等;變頻拒裝有配有4色變頻器，每臺(tái)變頻器涌過(guò)專用角信卡與S7-300站進(jìn)行通店，實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟停和加減速控制;所有工作站之間的通信都采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)實(shí)現(xiàn)。本控制系統(tǒng)的硬件組成見(jiàn)圖2。

　　2.2 模糊PID

　　由于該包裝機(jī)生產(chǎn)線比較復(fù)雜.切刀、凸倫等不規(guī)則器件比較多.所以每次停車(chē)這些器件所處的位理都不一樣，從而導(dǎo)致再次開(kāi)車(chē)時(shí)的負(fù)載不盡相同。例如停機(jī)停在切刀的刀口處時(shí)，開(kāi)龍朋寸的負(fù)載就比平時(shí)大，反之則小。而通常的Plp控制算法針對(duì)恒負(fù)載對(duì)象，其參數(shù)一旦整定好就固定不變。對(duì)于這條生產(chǎn)線.若依然采用傳統(tǒng)PID控制器，就難以滿足工藝要求，而且整定出的參數(shù)只能是針對(duì)包裝機(jī)某次停車(chē)時(shí)的負(fù)載最優(yōu)。并不能使得全局最優(yōu)。為此，通過(guò)反復(fù)摸索和試驗(yàn)，我們采用模糊控制技術(shù)與PID控制相結(jié)合的控制思想(即所謂的模瑚PID控制算法)，用于對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確控制.收到比較滿意的控制效果。

　　模糊PID控制器是一種在常規(guī)PID控制器的基礎(chǔ)上，應(yīng)用模糊集合理論建立參數(shù)并通過(guò)查表的方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同的誤差和誤差變化率在線調(diào)整比例、積分和微分系數(shù)，使其根據(jù)對(duì)象的變化而變化，議滿足工業(yè)控制的要求。

　　由于模翔PID可以根據(jù)實(shí)際被控對(duì)象的變化，通過(guò)其規(guī)則庫(kù)不斷的自覺(jué)整定Prta參數(shù)，因此可以解決本套設(shè)備負(fù)載變化較大的問(wèn)題。為此我們選用增量式旋轉(zhuǎn)編碼器與變頻器形成閉環(huán)控制,PLC過(guò)PROFIBUS-DP總線從變頻器速度通訊口上讀取實(shí)際轉(zhuǎn)速，并與給定轉(zhuǎn)速比較產(chǎn)生誤差｜e｜、誤差變化率｜ec｜，模糊推理機(jī)通過(guò)誤差和誤差變化率得出新的比例、積分和微分系數(shù)，再經(jīng)過(guò)PROFIBUS-DP修改變頻PID參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)模糊PID控制。

　　對(duì)于模湘控制規(guī)則的制定.需要以實(shí)際的工程經(jīng)駒為依據(jù)，對(duì)于不同的｜e｜和｜ec｜時(shí)，被控對(duì)象對(duì)參數(shù)凡、風(fēng)和凡有不同的要求。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

　　2.3.1 PROFIBUS-DP

　　在該系統(tǒng)中，由于控制精度要求較高，因此電機(jī)速度必須從遵訊口給定，這樣控制精度可以達(dá)到兩萬(wàn)分之一，因此我們選用PROFIBUS-DP作為通訊媒介。以釋口操作臺(tái)為主站，印}l操作臺(tái)、，臺(tái)變頻器為從站，分別設(shè)琶不同的站地址，使得PLC和變頻器、操作臺(tái)之間建立主、從關(guān)系。由于CPU313C-2DP有自帶的DP通訊口，因此觸膜面板可以通過(guò)PROFIBUS-DP與pLc進(jìn)行通訊，即從觸摸面板輸入工藝參數(shù)。由TP270B經(jīng)過(guò)MPI口傳遞給PLC。PLC經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)運(yùn)算處理通過(guò)}xo}aus一BP將數(shù)據(jù)發(fā)送給各個(gè)變頻器來(lái)控制各電毛朋專速。PLC再以變頻器、溫度變送器等采集有關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算傳給TP2748進(jìn)行顯示。

　　2.3.2 程序設(shè)計(jì)

　　本次應(yīng)用設(shè)計(jì)借助千西門(mén)子專用編成軟件象動(dòng)，程序采用模塊化設(shè)計(jì)，分為主程序、子程序和中斷程序3大部分。主程序根據(jù).不同的條件隨時(shí)調(diào)用不同的子程序，例如采樣子握序、溫度控制子程序、PID調(diào)用子程爾等。在具體調(diào)用這些子程序時(shí)，只需斌予子程序接口的具體參數(shù)和存儲(chǔ)地址，這樣可大大提高代碼的使用效率，并減少了代碼的編寫(xiě)量，提高了程序的可移潭性;由于本生產(chǎn)線對(duì)實(shí)時(shí)性要求較強(qiáng)，所以中斷采用了優(yōu)先級(jí)較高的硬件中斷( OB40 )，即當(dāng)印刷啟號(hào)、糊口信號(hào)、色標(biāo)信號(hào)、定位啟號(hào)中任何一個(gè)采時(shí)，立即產(chǎn)生硬件牛斷并調(diào)用高速定時(shí)器定時(shí)，以計(jì)算2個(gè)色號(hào)之間的時(shí)間差，調(diào)用同步調(diào)速控制算法，實(shí)現(xiàn)印刷與糊口部、底貼色標(biāo)與糊口部傳動(dòng)電機(jī)的同步。其算法見(jiàn)圖4。

　　2.3.3 同步控制實(shí)現(xiàn)

　　由于本條生產(chǎn)線分印劇和糊口2個(gè)部分，分別由z臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)，每臺(tái)電機(jī)配備1個(gè)ACS800變頻器;底貼部由1臺(tái)色標(biāo)電機(jī)拖動(dòng);并配備1臺(tái)ACS800變頻器與糊口主電機(jī)同步運(yùn)行，其底貼的長(zhǎng)度可以從觸摸屏設(shè)定。生產(chǎn)時(shí)。湖口電機(jī)為主單元，白刷電機(jī)、色標(biāo)電機(jī)為從單元，總體的車(chē)速快慢，完全由糊口主電機(jī)決定。生產(chǎn)過(guò)程中從單元要隨時(shí)調(diào)整速度，保持與主單元向步運(yùn)行，即在兩個(gè)工段中，編織袋保持一致的線速度。為了保證電機(jī)的同步運(yùn)行，我們?cè)谟∷⒉壳械短?、枷口轉(zhuǎn)向處、底貼處安裝接進(jìn)開(kāi)關(guān)，其信號(hào)由帶診斷功能的SM321采集并送給PLC，并且給每臺(tái)電機(jī)配備一個(gè)增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，實(shí)現(xiàn)單回路PID閉環(huán)座制，其控制原理見(jiàn)圖5。

　　由2式聽(tīng)繩的結(jié)果不斷的修正變頻器的給定速度，繃馬器檢測(cè)到實(shí)際速度與此修正后的給定速度相比較，來(lái)調(diào)整買(mǎi)萬(wàn)速度的大小，公描足實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)要求。實(shí)際的控制結(jié)果見(jiàn)圖6。

　　圖6為用ProTool實(shí)際監(jiān)授電才幾勝線，可以看出.從電機(jī)與主電機(jī)在啟動(dòng)、停止、加速、減速過(guò)程中都具有較好的同步性，’他們的最大時(shí)差不超過(guò)100ms,完全可以滿足工業(yè)控制要求。

3 結(jié)語(yǔ)

　　該控制系統(tǒng)已經(jīng)調(diào)試完成，并已出口國(guó)外。由于其同步性能良好。電機(jī)在啟動(dòng)、加速、減速、停機(jī)過(guò)程中，基本上達(dá)到了一個(gè)袋不廢的目標(biāo).從而灌足了工衛(wèi)巨生產(chǎn)要求，大大的提高了包裝袋的成品率，為企業(yè)取得了良好的效益，具有較好的推廣價(jià)值。