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基于西門子PLC的復合機剝離座改進

時間:2018-03-21 10:23:19來源:網絡轉載

導語:? 鑒于本系統對通信的速率要求不高,同時通信數據量也不大,我們采用簡單經濟的mpi通信,實現剝離座plc與原系統plc之間,剝離座plc與原系統觸摸屏之間的通信,其網絡結構如圖4所示。帶動卷膜輥的電機,我們選擇西門子公司的基本異步電機;變頻器選擇西門子通用的micromaster440變頻器。

1引言

貼紙鋁箔是香煙包裝行業的主要包裝材料,由鋁箔和紙料貼合而成。用于香煙盒的鋁箔要分布均勻并且貼涂輕薄,但由于鋁箔的柔韌性不強,易折斷,所以不能直接把鋁箔裝在鋁料輥上,只能先把鋁箔粘貼在不易扯斷的塑料膜上,然后再與原料座上的紙張貼合。這樣一來,卷取座上卷取的成品就是紙、鋁箔和塑料膜三者的合成。但是用于香煙盒中的鋁紙卻不能含有塑料膜,因為塑料膜是用聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯以及其他樹脂制成的,它不易腐爛,難以分解,并且對人體有害。所以,必須要在復合機后面再接上一個獨立的塑料膜剝離機,從而使原料紙和鋁箔粘合在一起。工人要先把卷取座上的產品取下來,再運送到獨立的剝離機上。這樣一來,就會影響產品的生產效率,占用生產車間的空間,增加企業的投入成本。

2系統方案及策略

2.1系統方案

針對上述問題,我們提出這樣一種解決方法:將剝離機直接添加在復合機后面,使從烘箱里出來的次成品經過剝離機,在此階段剝離,從而使塑料膜平整地卷取在剝離座上,便于下次使用;紙料和鋁箔的貼合物直接卷取在卷取座;并且使剝離機的控制系統與復合機的控制系統相集成,使其成為一個整體,從而節約成本、提高產品的生產效率。因此,改進后的復合機工作結構圖如圖1所示。

圖1改進的復合機工作結構圖

2.2控制策略

復合機的放、收卷是一個典型的大時變非線性系統,而且中間經過的生產環節較多,各機組間的張力又相互耦合,因此,若不對生產線的張力進行嚴格控制,會導致走料的不穩、跳動甚至斷料,貼合時的皺褶、拉伸變形,印刷時的不準或重影,卷取時的不平整,影響后續使用等現象的發生從而直接影響到煙箔產品的質量。因此,如何使生產線實現恒張力控制一直是設計人員所關注的重要課題。

從烘箱出來的次成品經過剝離機后,要將塑料薄膜均勻地卷取在剝離座的剝離輥上,而紙和鋁箔要均勻地卷取在成品卷取座上,這就要求塑料膜和成品二者的速度保持一致,并且兩者的張力要求恒定。因此,我們需要采用精度較高的變頻器和編碼器構成一個閉環控制,從而保證卷膜速度與成品卷取速度一致;還需要采用一個精度較高、抗干擾較強的張力傳感器構成一個閉環控制,從而保證剝離輥卷膜張力恒定,工作原理如圖2所示。

2.3張力模型分析

卷膜輥卷繞系統簡圖如圖3所示,設塑料膜張力為f,卷膜輥直徑為d0,前一單元m1m2運行中塑料膜線速度為v1,后一單元n1n2運行的線速度變為v2。如果v2>v1,則塑料膜被拉伸,張力f變大;如果v2

式中:ε為塑料膜的彈性模量;σ為塑料膜的截面積;l為傳動點之間的距離;t1為工作起始時間,t2為工作當前時間[2]。

由上式可見,塑料膜在作為張力調節對象時,是一個積分環節??刂茝埩嶋H就是在控制線速度差v2-v1,所以,從某種意義上來說,張力控制系統實際上就是一種線速度跟蹤系統。在啟動過程中,假定v1恒定,應該總是控制在v2>v1,以使塑料膜內產生一定的張力,當張力達到合適值時,應該及時調節異步電機使v2穩定,這樣,塑料膜就在此張力下穩定運行了[3]。

為了使塑料膜卷取的均勻平整,我們要求塑料膜的卷取線速度和系統的工作速度保持一致,設系統的工作速度為v,所以變頻器接收的控制電壓的一部分u1可由以下公式得到:

u1=kv×v

其中,kv為比例系數。

在收卷過程中假定v2恒定,則線速度v2=π×d2×n2,v2將隨卷徑d2的增大成正比例增大,張力f也成正比例增大,這樣很容易引起卷繞過程中塑料膜的過度拉伸而導致變形甚至斷裂。所示,在工作過程中,為了使張力保持恒定,則要求卷膜線速度并不完全與系統工作速度一致,變頻器接收的控制電壓的另一部分u2可由以下公式得到:

u2=kx×upid

其中,kx為pid輸出限副比例,upid為pid輸出電壓值[4]。

卷徑公式d2如下:

d2=n×d×2+d0

其中,n為計數器計數個數,d為塑料膜厚度,d0為初始卷徑。

即可得到變頻器接受的控制電壓為:

u=u1+u2=kv×v+kx×upid

3系統實現

3.1系統硬件配置

由于原復合機的控制器采用siemens公司的s7-300plccpu313c完成較復雜的控制,tp27觸摸屏作為人機界面,方便地實時觀測系統的運行情況,設置各種參數。所以,對于后續的剝離機我們也選擇相同型號的控制器,從而簡化通信程序,提高程序的可靠性。由于s7-300plccpu313c自帶有24di、16do、5ai和2ao,而剝離座的控制i/o比較少,故不需要添加額外的輸入輸出模塊,此外,還包括控制器電源模塊ps307。鑒于本系統對通信的速率要求不高,同時通信數據量也不大,我們采用簡單經濟的mpi通信,實現剝離座plc與原系統plc之間,剝離座plc與原系統觸摸屏之間的通信[5],其網絡結構如圖4所示。帶動卷膜輥的電機,我們選擇西門子公司的基本異步電機;變頻器選擇西門子通用的micromaster440變頻器。

3.2軟件設計

系統的編程采用siemens公司的step7v5.3實現,編程語言用到了梯形圖(lad)和語句表(stl)兩種,分別完成邏輯控制和數值處理功能;觸摸屏采用siemens公司的protoolv6.0進行組態。剝離座控制系統流程圖如圖5所示。

圖2剝離座工作原理圖

圖3卷膜輥卷繞系統簡圖

圖4系統網絡結構圖

圖5程序流程圖

該系統主要的軟件模塊有:pid算法、張力微調功能、自動控制功能、通信功能、電機運行功能、張力濾波功能、角速度電壓功能等。其中,把pid算法和張力濾波功能都放在了ob35中斷功能塊中,這樣可以實時獲得pid輸出電壓值和實際張力值;對于通信功能,我們使用step7v5.3中自帶的系統功能sfc67和sfc68,這樣可以使通信功能更加方便,編程更加簡潔;在求卷膜輥的角速度電壓時,要用到塑料膜的實時卷徑,于是我們使用了step7v5.3中自帶的高數計數模塊sfb47,對當前的卷膜次數進行計數,進而計算出當前的卷徑。

pid算法是這個控制系統的核心,它直接決定這個系統的精度高低甚至穩定與否,本系統采用應用工業上廣泛而成熟的積分分離pi控制算法。它的控制思想為:為了減少積分校正對控制系統動態性能的影響,需要在控制開始階段或是大幅值變化時,取消積分校正;而當實際張力值與設定值的誤差小于一定值時,恢復積分校正作用,以消除穩態誤差。積分分離式算法可以保持積分的作用,同時減小超調量,改善控制系統的性能。

4結束語

本文是一個實際項目完成后的一些總結和提煉,從濕式復合機的生產工藝流程入手,針對當前復合機在印刷行業中的不足,對其進行了部分改進,從而大大提高了生產效率,減少企業投入成本。本文中所畫出的一些原理示意圖和結構流程圖是實際系統的簡化,而并非實際系統的真實結構。本系統采用siemenss7-313c型plc作為控制器,實現了塑料膜與成品協調一致地均勻卷取。軟件設計采用模塊化設計思想,程序結構清晰,為以后的維護和改進帶來了方便。pid算法控制是剝離座運行的核心,也是影響塑料膜是否平整的主要因素。運行結果表明,改進后的復合機控制系統運行正常,性能良好,塑料膜和成品能夠均勻平整地收卷,與未改進之前相比,能夠節省大量時間,提高了產品的生產效率。

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