基于PLC控制的机械电气传动同步控制器研发设计

基于PLC控制的机械电气传动同步控制器研发设计

王志辉  

中大空调集团有限公司   山东省德州市   253000

摘要：随着时代的发展，科学技术水平飞速进步，变额器技术也越来越成熟，借助可编程控制器对变频器予以控制．即可以很好地满足传动系统在速度控制方面所具有的精准性、可靠性以及灵活性等要求。本文中所列举的生产实践中的借助PLC及变频器进行速度同步控制的实例，完全达到了速度同步控制要求。

关罐词：PLC；机械电气传动；同步控制

1 背景

薄膜吹塑和印刷机组先是通过挤出吹塑的方式加工出翅料薄膜，之后借助凹版印刷机按照具体要求采取相应的工艺进行印刷，比较常见的有单面单色或多色、双面单色或多色等4种。该机组就涉及到主驱动电机、印刷电机、薄膜拉伸牵引电机以及成品卷绕电机等存在一定速度联系的电机速度控制问题网。

2 基于PLC控制的机械电气传动同步控制器设计方案

2.1 设计思路

PLC技术由于具有突出的功能及使用的便捷性，在工业控制中的应用十分广泛。在笔者所设计的机械电气传统同步控制系统设计中，主控制器由PLC充当，各个模块构成可编程控制器，以实现保护系统硬件模块化，可以按照设计需要增减模块数量。

2.2 可编程控制器

出于工程实际需要以及性价比的考虑，笔者所提出的系统保护控制装置设计方案中采用的PLC是西门子公司的在集散自动化系统中具有突出表现的SIMATIC S7-200系列，其使用范同相当广泛，涵盖替代继电器的肩带控制以及复杂程度更高的自动化控制等方面。

本文所选用的SIMATIC S7-200系列PLC适用范围十分广泛，各个行业及各种场合下的检测、监测及控制均可使用。S7-200系列强大的功能一方面体现在独立运行过程中，另一方面体现在网络领域，这也有利地证明了S7-200系列所无法比拟的性价比阀。作为逻辑控制器，S7-200系列具有程序编辑特性，为达到自动化控制要求而对相关设备加以控制。S7-200系统用户程序指令内容主要有计数器、位逻辑、复杂数学运算、定时器以及智能模块间通讯等，通过对输入状态的监视以及对输出状态的调整，进而达到控制效果。

该设计方案所选定的S7-200系列的突出优势大致可以归结为以下几点：①可靠性强；②指令集十分丰富；③便于上手和操作；④内置集成功能强大；⑤可以实现实时控制；⑥通讯性能强大；⑦具有可扩展性能。

2.3 I/O模块

(1)数字模块。该系统数字输入及输出模块采用西门子EM223系列数字量模块，按照PLC控制系统设计要求。需要为数字输入及输出保留余量，因此该系统采用EM223系列16输入/16输出数字量混合模块。

(2)模拟模块。模拟模块为可以实现模拟信号相对应数字量转换的高速12位模拟量输入。EM235所提供的是与模拟量输入端模拟量电压、电流相对应的未曾经过线性化或滤波处理的数字值。此模拟模块具有高度特性，因此可以实现对诸如内外噪音等变化较快的拟量信号的实时跟踪。变化缓和或出于相对稳定状态的模拟量输入，信号读数会因噪声而有所不同，要将影响控制在最低限度，可以取相应读数的平均数。需要注意的是，为取平均数会多次凄取信号，这会对外部信号相应速度产生一定的影响。

2.4 传感器

当前实践中使用范围率最高的就是光电编码器，其借助转换光电操作即可以实现输出轴上机械几何位移量向脉冲或数字量的转换。光电编码器包括光电码盘及光电检测装置，前者就是在一定大小的圆板上设置数个方形或圆形孔，光电检测装置就是位于光电码盘两边的发光元件及光敏元件。

3 基于PLC控制的机械电气传动同步控制的实现及结果

3.1 实现方式

薄膜吹塑及印刷机组的几大电机之问存在着一定的速度联系。具体的生产量决定挤出主电机速度，确定挤出主电机速度之后，再结合薄膜的厚度，可以确定牵引速度，也就是说，挤出速度与牵引速度之间存在联系。要维持印刷胶辊间的同步性以及印刷电机与牵引电机之间的同步性，以避免对薄膜质量以及印刷效果带来不利影响。除此之外，印刷速度决定着卷绕电机速度。

对于薄膜吹塑及印刷机组传动系统，借助1台电机可以实现对印刷胶辊的驱动，利用刚性机械轴可以实现数组印刷胶辊之间同步驱动联接，这样其相互之间的速度同步就可以实现。只有确保印刷电机和牵引电机之间在速度方面处于同步状态，才能避免在印刷工序以及牵引工序之间出现薄膜松紧不适的状态。如果薄膜在这两道工序中发生松紧不适的问题．势必会降低印刷质量，并造成生产过程无法连续进行。因此，为了确保印刷与牵引之间速度同步控制的顺利实现，必须借助变频器对印刷电机和牵引电机的速度予以适当的调节。在此基础上，借助可编程序逻辑控制器，也就是PLC直接控制这2台变频器。

在牵引工序与印刷工序之问，为了将薄膜的张力维持在一个相对稳定的状态，需要在印刷和牵引这2个装置之问添加l组浮动辊调节装置。这里所安装的浮动辊调节装置，并不仅仅起到维持薄膜在牵引和印刷工序之间张力恒定状态的作用，其对于由于电源波动等原因所导致的干扰等也具有一定的控制作用。由于电源系统出现波动会给速度造成较为显著的影响，牵引浮动辊以及印刷浮动辊受到的此种影响达到一定时间之后，其位置就会出现较大幅度的上升或下降，鉴于此，需要在对这一系列的干扰因素予以综合全面的考虑的基础上设计PI控制算法。对于在计算过程中所出现的累积误差需要在积分环节当中予以消除。这样，不仅可以顺利实现对牵引辊及印刷辊速度同步控制，而且还能实现较高的同步控制精度，这样速度同步控制系统整体的稳定性就得到了切实保障。

3.2 控制结果

PLC上位机监控程序的编订需要借助VB来实现，之后再以所收集到的速度值为依据绘制出对应的曲线。需要注意的是，完成一次数据收集之后，需要间隔15ms再进行下一次数据收集：牵引辊速度以及印刷辊速度馥线表明，随着生产过程的推进，速度曲线也会相应地发生变化。虽然实际情况是牵引辊速度等同于印刷辊速度，但是为了将印刷速度对牵引速度跟踪状况以及波动更加明确清楚地展示出来，需要将二者有意识地区分开来。

牵引辊速度的改变会导致印刷辊速度出现相应的改变。相关实验结果显示，利用PLC以及变频器控制方案．所实现的同步控制效果较为明显，可以及时地做出响应，并且不会出现较大幅度的波动。

结语

以前的传动系统，大多是通过机械传动刚性联接装置来实现对数个执行元件的速度的同步控制。如果数个执行元件之间间隔距离较大，或者是其相互之间的机械传动装置较大，那么上述刚性联接传动方式就不再适用，需要采取非刚性联接传动独立控制方式。但是，在一系列相关因素的作用下，不同的速度状态对应的波动程度也不尽一致，最终导致积累误差的出现。本文以薄膜吹塑及印刷机组电机速度同步控制为例，对依托于PLC控制的机械电气传动同步控制器进行较为深入的阐述。

参考文献：

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