葉漢民
(桂林工學(xué)院, 桂林 541004)
摘要：介紹了美國通用公司15″電容器元件卷制機(jī)控制系統(tǒng)的組成和要求。提出用三菱公司的FX2N型PLC實(shí)現(xiàn)對整機(jī)的全過程控制。根據(jù)電容器元件的繞制工藝，編制了控制軟件。設(shè)備運(yùn)行表明；改造后的技術(shù)方案滿足設(shè)計要求，符合電容器元件繞制工藝。
關(guān)鍵詞： 電容器元件；PLC；控制；軟件
Design of Control System of the Machine for Winding Capacitor Unit
YE anmin
(Guilin Institute of technology, Guilin 541004, China)
Abstract： his paper reports the requirements of the control system of the machine made by GE Corp. in U.S.A. for winding capacitor unit. We use PLC type of FX2N made by MISIBISI Corp, to realize processing control of the machine. According to the technology of winding capacitor unit, we edit the software for control system of PLC and computer. he machine operates normally, showing the hardware and software meet technology requirements of winding capacitor unit.
Keywords： Capacitor element；PLC (programmable logic controller)；Control;\ Software[K]
1 引言
電容器元件繞制設(shè)備是高壓電容器制造的關(guān)鍵設(shè)備，工作性能穩(wěn)定與否，直接決定了電容器的質(zhì)量和電容器報廢率的高低。某廠從20世紀(jì)80年代引進(jìn)美國GE公司的繞制機(jī)，鑒于電器控制系統(tǒng)使用時間較長，原廠配件無法購置，致使設(shè)備處于長期故障狀態(tài)。該設(shè)備的控制系統(tǒng)由當(dāng)時GE公司的PLC控制，各種元件及程序由于時間久遠(yuǎn)，目前無法運(yùn)用。根據(jù)目前計算機(jī)技術(shù)和PLC控制技術(shù)的應(yīng)用情況，我們應(yīng)用三菱公司的PLC控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)電容器元件的工藝?yán)@制。本文提出的PLC控制方法滿足繞制工藝的需要。
2 系統(tǒng)控制要求和硬件組成
系統(tǒng)工作流程：接好氣、電源，按控制柜上的復(fù)位按鈕，設(shè)備處于等待狀態(tài)。按運(yùn)行按鈕，啟動伺服系統(tǒng)，主軸轉(zhuǎn)動，同時接觸滾輪和夾緊輪動作，接觸滾輪壓住芯軸，夾緊輪夾緊鋁膜，電容器元件開始起頭。起頭后接觸滾輪和夾緊輪離開，芯軸速度梯度加速到指定的轉(zhuǎn)速后保持高速，在完成一個電容器元件的繞制后，芯軸速度梯度降速，芯軸轉(zhuǎn)動到設(shè)計要求的圈數(shù)時，打孔氣缸打兩排孔，同時鋁箔夾緊氣缸壓緊鋁箔，芯軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動以撕斷鋁箔。再繞適當(dāng)?shù)娜?shù)，芯軸停轉(zhuǎn)，拔出原繞好的元件。芯軸換位離合器動作，芯軸換位，剛卷好的元件的芯軸換到另一面，剛拔出元件的芯軸伸出自動繼續(xù)完成下一個元件的繞制。如出現(xiàn)故障時緊急停車，故障排除后，取消鎖定?？衫^續(xù)運(yùn)行未完成的步驟。也可取消運(yùn)行，鎖定后，按復(fù)位按鈕，卷制機(jī)按復(fù)位的步驟完成收尾工作，并自動繼續(xù)下一個元件繞制。芯軸電機(jī)的速度要求無級調(diào)節(jié)，并分成三擋，以實(shí)現(xiàn)不同元件的繞制要求和設(shè)備的調(diào)試、人工手動繞制的需要。
根據(jù)以上控制系統(tǒng)的要求，設(shè)計了整機(jī)控制系統(tǒng)和具體的軟件?？刂葡到y(tǒng)的原理如圖1所示。
由圖知控制系統(tǒng)由PLC完成對整機(jī)的全過程控制，具體有FX2N-80M、FX2N-4AD、FX2N-4DA、FX2N-1C 、FX2N-伺服系統(tǒng)、氣動控制系統(tǒng)、電源控制系統(tǒng)和測量、故障報警和上位機(jī)設(shè)定系統(tǒng)等部分組成。FX2N-80M［1］負(fù)責(zé)設(shè)備的整機(jī)控制和接受上位機(jī)發(fā)送的工藝參數(shù)。FX2N-4AD［2］把設(shè)定芯軸速度的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，PLC經(jīng)運(yùn)算后存儲在數(shù)據(jù)寄存器。FX2N-4DA［3］把PLC運(yùn)算后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，作為伺服系統(tǒng)的速度，用以調(diào)節(jié)芯軸的轉(zhuǎn)速。FX2N-1C［4］為高速計數(shù)模塊，負(fù)責(zé)對芯軸轉(zhuǎn)速的脈沖計數(shù)，數(shù)據(jù)實(shí)時地傳送到PLC，PLC根據(jù)不同時期的計數(shù)值控制芯軸轉(zhuǎn)速和有關(guān)氣缸的動作，保證元件工藝符合設(shè)計要求。伺服系統(tǒng)控制芯軸電機(jī)的速度，是帶有編碼器的閉環(huán)速度控制系統(tǒng)，穩(wěn)定度高，參數(shù)設(shè)定可由軟件設(shè)定，并能與計算機(jī)通信，打印有關(guān)參數(shù)。通信模塊FX2N-232-BD［5］連接PLC和上位機(jī)，上位機(jī)把元件的工藝參數(shù)傳送到PLC，PLC根據(jù)工藝參數(shù)完成對設(shè)備的控制，同時元件繞制的實(shí)際參數(shù)PLC也通過通信模塊傳送到上位機(jī)，上位機(jī)可以實(shí)時顯示工藝參數(shù)、歷史和有關(guān)報表。另外還配備了FX-10DU-E［6］數(shù)據(jù)設(shè)定單元和手持編程器。設(shè)定單元對設(shè)備運(yùn)行的參數(shù)、工藝參數(shù)等的修改，手持編程器FX-20P-E［7］能夠修改程序和改變設(shè)定參數(shù)，這兩項操作設(shè)備是為了防止上位機(jī)故障而確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)置的。
3 控制軟件
系統(tǒng)的控制軟件流程圖見圖2所示。整個系統(tǒng)的軟件由以下程序組成。
初始化程序：對工藝參數(shù)及控制要求數(shù)據(jù)的寄存器置位和相關(guān)設(shè)定值，通過PLC初始化脈沖和數(shù)據(jù)傳送指令來完成.
A/D轉(zhuǎn)換程序：把速度給定信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，PLC內(nèi)部運(yùn)算后，存儲到指定的存儲單元。
D/A轉(zhuǎn)換程序：把經(jīng)PLC運(yùn)算后的速度數(shù)字值轉(zhuǎn)化為模擬信號，作為伺服系統(tǒng)的速度給定，以控制芯軸電機(jī)的速度。
高速計數(shù)程序：PLC的計數(shù)模塊對編碼器輸出的脈沖進(jìn)行高速計數(shù)，確定芯軸轉(zhuǎn)速。本程序采用A、B雙相正交上升沿計數(shù)，具體對鋁箔長度計數(shù)、控制參數(shù)的計數(shù)設(shè)定等。
通信程序：串行口通信程序負(fù)責(zé)上位機(jī)和PLC之間的數(shù)據(jù)通信，包括數(shù)據(jù)傳送協(xié)議設(shè)定，工藝參數(shù)設(shè)定和有關(guān)指令等的傳送等。
手動調(diào)試程序：系統(tǒng)在手動調(diào)試工作時，對設(shè)備各部件單獨(dú)動作，確保各器件的正確動作，此時各器件之間沒有聯(lián)鎖，謹(jǐn)對專業(yè)人員開放。
手動控制系統(tǒng)程序：負(fù)責(zé)手動時，人工操作電容器元件的繞制。
自動控制系統(tǒng)程序：負(fù)責(zé)完成整機(jī)的全過程自動繞制電容器元件的控制。
故障檢查程序：故障時，PLC保持原狀態(tài)，以便使當(dāng)前的工藝參數(shù)有效，并通知上位機(jī)記錄設(shè)備和元件的實(shí)際狀況，同時等待用戶下一步動作。
伺服控制程序：控制伺服電機(jī)的工藝參數(shù)，包括方向、最高轉(zhuǎn)速設(shè)定、工作方式等。
梯度給定程序：上升梯度與下降梯度設(shè)定伺服啟動速度與停止速度。
停機(jī)程序：按停機(jī)按鈕時，設(shè)備按照有關(guān)停機(jī)程序自動關(guān)停電機(jī)、閥門、氣缸、電磁閥等機(jī)構(gòu)。
結(jié)束程序：END。
4 結(jié)論
FX2N型PLC對電容器元件繞制設(shè)備的整機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計方案符合原廠設(shè)備的技術(shù)要求，設(shè)備經(jīng)過運(yùn)行表明：文中提出的設(shè)計方法是正確的，設(shè)計的硬件電路和控制軟件工作可靠，滿足電容器生產(chǎn)工藝需要。
參考文獻(xiàn)
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