基于TwinCAT3控制系統(tǒng)的YB518型小盒透明紙包裝機(jī)運行速度的控制分析

韓彬

關(guān)鍵詞：YB518；狀態(tài)變量；運行速度；驅(qū)動器

0引言

TwinCAT3是基于TwinCAT2、Windows控制和自動化技術(shù)發(fā)展而來的自動化軟件，其是控制系統(tǒng)的核心部分。TwinCAT3將所有開發(fā)組件集成到微軟的Visual Studio框架中，支持多種編程語言。本文的裝置主要使用PLC語言進(jìn)行編程和控制。

基于ZB48型卷煙包裝機(jī)組的輔機(jī)小盒透明紙包裝機(jī)YB518，又稱為M750，通過TwinCAT3控制系統(tǒng)中的PB061 SETPOINTS程序段，實現(xiàn)對YB518運行速度的合理控制。其中既考慮YB518機(jī)器本身的傳感器檢測以及運行狀態(tài)條件的影響，也結(jié)合上游機(jī)和下游機(jī)的運行狀態(tài)對速度進(jìn)行匹配。

1控制硬件

ZB48型卷煙包裝機(jī)組中YB518型小盒透明紙包裝機(jī)的主電機(jī)伺服控制系統(tǒng)采用德國倫茨公司（Lenze）的E94ASHE0244型伺服驅(qū)動器。如圖1所示，模擬電壓控制信號通過德國倍福公司（Beckhoff）的EL4002輸出模塊的＃1、＃3腳位與A17.1驅(qū)動器端子Jumper X3的#A1+、#A1-腳位連接，從而驅(qū)動主電機(jī)M17.1三相異步交流電機(jī)。該電機(jī)以速度作為控制對象，通過使用此驅(qū)動器來控制，調(diào)速性能好、調(diào)速范圍廣，易于平滑調(diào)節(jié)，起動、制動轉(zhuǎn)矩大，易于快速起動、停車和控制。

2控制方式

PB061 SETPOINTS程序段中共有28條子程序段在28 ms內(nèi)進(jìn)行遍歷循環(huán)處理。通過對機(jī)器自身傳感器、運行狀態(tài)、上游機(jī)和下游機(jī)的狀態(tài)條件分別進(jìn)行相關(guān)變量賦值，歸納YB518型包裝機(jī)煙包輸送的3種狀態(tài)變量，將速度點位變量與模式進(jìn)行匹配，綜合判斷運行速度變量SETP UPM，最終將速度變量轉(zhuǎn)化為模擬電壓變量AW160并輸出。

2.1煙包輸送的狀態(tài)變量

當(dāng)機(jī)器處于自動模式時，只要傳感器B8.2持續(xù)感應(yīng)煙包IOO ms，則滿足最小煙包需求，變量BACK UP MINMIN=1。當(dāng)傳感器B8.1和B8.2都持續(xù)感應(yīng)煙包100 ms，則滿足基本煙包需求，變量BACK UP MIN=1。當(dāng)傳感器B8.0、B8.1和B8.2均持續(xù)感應(yīng)煙包50 ms且變量E UP M PHOTO_MAX INHIB=0時，此時與上游機(jī)連接的煙包傳送通道中的儲備煙包滿足YB518型包裝機(jī)高速運行的需求，變量BACK UP MAX=1，或者自啟動BACKUP MAX=1。其中，變量E UP M PHOTO MAXINHIB為上游煙包存儲器YF64（M741）的煙包輸出狀態(tài)變量。

如果發(fā)生以下任意一種情況，則YB518型包裝機(jī)煙包輸送狀態(tài)變量BELT N2=0：緊急或定位停機(jī)；程序停機(jī)；傳感器B8.1未感應(yīng)到煙包；傳感器B8.2未感應(yīng)到煙包；點動模式；空轉(zhuǎn)模式；傳感器B10.0未感應(yīng)到煙包且E UP M PHOTOMAX INHIB=1，或者STOP EMPTYING=0，或者機(jī)器不超速狀態(tài)變量DISABLE OVERSPEED=1；YB518型包裝機(jī)運行速度V750=0。否則，當(dāng)機(jī)器處于自動運行狀態(tài)并且煙包較多，即BACK UPMAX=1時，BELT N2=1。

如果發(fā)生以下任意一種情況，則煙包輸送狀態(tài)變量BELT NI=0：緊急或定位停機(jī)；程序停機(jī)；點動模式；空轉(zhuǎn)模式。否則，當(dāng)BELTⅣ2=0時，如果在自動模式下AUTO=1且AUTO START=1且V750≠0，則BELT N1=1。

如果同時滿足BACK UP MINMIN=1、BACKUP MIN=1、BELT NI=0、BELT N2=0，則煙包輸送狀態(tài)變量BELT NI=1，此時機(jī)器處于較平穩(wěn)的運行狀態(tài)。

2.2速度點位變量與模式的匹配

當(dāng)BELTNI=1且滿足相應(yīng)條件時，點位變量SETPOINTI=1，設(shè)備運行速度對應(yīng)數(shù)據(jù)單元DB60，即人機(jī)界面“750速度設(shè)定值”欄里“速度N1，存儲器”的設(shè)定值。

當(dāng)BELT N2=1且滿足相應(yīng)條件時，點位變量SETPOINT 2=1，設(shè)備運行速度對應(yīng)數(shù)據(jù)單元DB60，即人機(jī)界面“750速度設(shè)定值”欄里“速度N2，存儲器”的設(shè)定值。

在點動模式下，點位變量SETPOINT 3=1，設(shè)備點動運行速度對應(yīng)數(shù)據(jù)單元DB60，即人機(jī)界面“750速度設(shè)定值”欄里“點動750”的設(shè)定值。

當(dāng)透明紙發(fā)生拼接時，

點位變量SETPOINT 4=1，設(shè)備運行速度對應(yīng)數(shù)據(jù)單元DB60，即人機(jī)界面“750速度設(shè)定值”欄里“薄膜拼接”的設(shè)定值。

當(dāng)下游機(jī)YB618（M778）處于點動模式或者程序判定條盒提升通道內(nèi)的條盒未滿時，參考變量E DOWN M INCHING對應(yīng)下游機(jī)YB618即M778程序中的變量A UP M INCHING，點位變量SETPOINT 6=1，設(shè)備運行速度對應(yīng)數(shù)據(jù)單元DB60[35]，即人機(jī)界面“750速度設(shè)定值”欄里“點動778”的設(shè)定值。

在空轉(zhuǎn)模式下，點位變量SETPOINT 9=1，設(shè)備空轉(zhuǎn)運行速度對應(yīng)數(shù)據(jù)單元DB60，即人機(jī)界面“750速度設(shè)定值”欄里“機(jī)器空轉(zhuǎn)”的設(shè)定值。

當(dāng)點位變量SETPOINT1=1且主機(jī)YB418的運行速度V700>100r/min時，點位變量SETPOINT15=1，作為與上游機(jī)速度匹配的參考變量。

當(dāng)點位變量SETPOINT 2=1且主機(jī)YB418的運行速度V700>100r/min時，點位變量SETPOINT16=1，作為與上游機(jī)速度匹配的參考變量。

將速度點位變量SETPOINT1～SETPOINT 16通過功能塊F BIT WORD組成一個字，然后通過功能塊S FB61 SETPOINT- V2000與人機(jī)界面中的數(shù)據(jù)單元DB對應(yīng)的速度設(shè)定值進(jìn)行匹配并觸發(fā)變量SETP VISU，則數(shù)值匹配成功。

通過FB 1 OF 3功能塊對速度設(shè)定值變量SETP進(jìn)行賦值，共分為3種情況：①如果SETPOINT 1～SETPOINT 16中存在變量值為1，那么該速度點位變量對應(yīng)的人機(jī)界面里的速度設(shè)定值將被賦予變量SETP；②在發(fā)生程序停機(jī)時，速度設(shè)定值變量SETP=30；③在發(fā)生程序停機(jī)時，并且機(jī)器相位CAM 3上升沿被觸發(fā)后，速度設(shè)定值變量SETP=20。

2.3運行速度變量SETP UPM的判斷

不同條件下運行速度變量SETP UPM輸出值的判斷流程如圖2所示。功能塊FX CELLOSPEED可計算不同條件下運行速度變量SETP UPM的輸出值，圖2中“N1”為M750人機(jī)界面中“速度N1，存儲器”的設(shè)定值，“10”為程序中賦予增速變量OVER SPEED的常數(shù)值，其他變量為程序段PB061 SETPOINGTS中對應(yīng)各個小段中的輸出變量。當(dāng)程序段中不同的SETPOINGTX（1、2、3、4、6、9）成立時，將人機(jī)界面中對應(yīng)的速度設(shè)定值賦予變量SETP UPM，再根據(jù)主電機(jī)轉(zhuǎn)速計算公式得出YB518的轉(zhuǎn)速V750。

當(dāng)SETPOINGT 15=1或SETPOINT16=1時，根據(jù)圖2的各個條件和程序中上游機(jī)YB418型包裝機(jī)運行速度的適配變量N700 VAR10的輸出值（根據(jù)程序判定為V700或0.75）進(jìn)行判斷，得出運行速度變量SETP UPM的輸出值，最后決定YB518的轉(zhuǎn)速V750。

2.4模擬電壓變量的輸出

利用功能塊S FB SETPOINT ADAPTION并結(jié)合上文運算得到的運行速度變量SETP UPM和其他限制條件進(jìn)行綜合處理，可得到運行速度模擬電壓變量AW160。該變量通過電柜中總線端子排A90.3的模擬量輸出模塊EL4002輸出模擬電壓（0～10V）至YB518主電機(jī)驅(qū)動器A17.1的端子X3的#AI+、#A1-腳位，最終實現(xiàn)對YB518主電機(jī)運行速度的合理控制。由式（1）計算得到Y(jié)B518主電機(jī)（M750）運行轉(zhuǎn)速。

3結(jié)論

根據(jù)機(jī)器實際情況，當(dāng)傳感器B8.1、B8.2持續(xù)感應(yīng)到煙包時，機(jī)器以N1速度啟動；滿足超速條件時，根據(jù)圖2中的流程判斷并決定機(jī)器運行速度。當(dāng)傳感器B8.0持續(xù)感應(yīng)煙包且B10.0結(jié)合其他條件沒有使機(jī)器降速時，機(jī)器以N2速度運行；當(dāng)滿足超速條件時，根據(jù)圖2中的流程判斷決定運行速度。當(dāng)煙包輸送通道傳感器感應(yīng)不到煙包或者上游機(jī)相關(guān)變量不滿足條件時，經(jīng)過程序判斷后會控制機(jī)器進(jìn)行降速直到重新滿足條件，否則當(dāng)傳感器B8.1感應(yīng)不到煙包時，機(jī)器最終停機(jī)。