雙電機(jī)驅(qū)動的電動螺旋壓力機(jī)PLC控制系統(tǒng)

圖4 控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

設(shè)置定時中斷組織塊OB35中斷周期為5ms，實(shí)時檢測滑塊位移和外部開關(guān)量等信號變化，控制輔助標(biāo)志位的置位或復(fù)位，從而執(zhí)行或退出相應(yīng)的子程序，由于PLC是逐行掃描執(zhí)行程序，而且每次掃描時間并不相同，因此在中斷函數(shù)里進(jìn)行輔助標(biāo)志位的操作，保證了能盡快響應(yīng)外部信號的變化，增強(qiáng)實(shí)時性，每次的打擊能量也是通過在中斷函數(shù)中求出打擊工件時的滑塊速度后計算得出的，具體算法如圖5所示，圖中所有變量單位均為脈沖數(shù)。

圖5 打擊速度求取程序流程圖

開關(guān)信號處理模塊主要處理按鈕操作、指示燈的顯示、潤滑控制等操作，參數(shù)處理模塊是在用戶通過觸摸屏重新設(shè)置預(yù)選能量百分比和打擊行程后，根據(jù)設(shè)定參數(shù)計算出系統(tǒng)運(yùn)行時所需的參數(shù)，如速度信號模擬量等，點(diǎn)動模塊實(shí)現(xiàn)滑塊的點(diǎn)動運(yùn)行，以保證以較小的速度實(shí)現(xiàn)可靠的合模對零，點(diǎn)動運(yùn)行運(yùn)用ABB變頻器恒速模式，只要通過觸點(diǎn)控制便可實(shí)現(xiàn)恒速模式的切換，通過參數(shù)設(shè)置恒速運(yùn)行的速度大小，從而方便準(zhǔn)確地設(shè)置零點(diǎn)，滿足工程應(yīng)用的需要，故障處理模塊檢測外部信號狀態(tài)，若出現(xiàn)問題則進(jìn)行相應(yīng)處理。
下行打擊子程序?qū)崿F(xiàn)打擊時能量的控制，首先輸出設(shè)定能量對應(yīng)的速度信號模擬量，考慮到機(jī)械制動器動作的延遲性，在開啟制動器電磁閥后延時100 ms再閉合變頻器運(yùn)行觸點(diǎn)，滑塊加速至設(shè)定的速度后保持恒速下行。通過現(xiàn)場調(diào)整驅(qū)動器的PI參數(shù)獲得更好的動態(tài)性能，打擊完畢后電機(jī)反轉(zhuǎn)回程。實(shí)際工況中，滑塊在打擊工件后回彈，則編碼器信號A，B相的相序發(fā)生改變，即高速計數(shù)器計數(shù)方向發(fā)生變化。系統(tǒng)組織塊SFB47的數(shù)據(jù)位STS_C_UP存儲高速計數(shù)口的遞增計數(shù)狀態(tài)，中斷程序檢測該數(shù)據(jù)位的狀態(tài)，若檢測到電平跳變，立即發(fā)回程信號，進(jìn)入回程控制程序。
圖6為回程控制程序流程圖，為加快生產(chǎn)進(jìn)程，要求回程速度越快越好，但為了使滑塊準(zhǔn)確停靠地在設(shè)定位移處，回程速度又不能過大，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/電機(jī)">電機(jī)本身的制動能力有限，若速度過快則無法可靠停機(jī)，一般認(rèn)為電機(jī)制動轉(zhuǎn)矩不超過額定轉(zhuǎn)矩，回程時首先加速運(yùn)行至允許的最大速度，到指定位移后進(jìn)入減速段，能耗制動回饋的機(jī)械能由制動電阻消耗，最終進(jìn)入恒速模式并停車，加速段的初速度指令須大于0，對實(shí)現(xiàn)快速正反轉(zhuǎn)有較大作用，停機(jī)運(yùn)行時在變頻器停止操作執(zhí)行后，延遲100 ms機(jī)械制動器動作，這樣可減少機(jī)械制動器的摩擦損耗，延長壽命。

圖6 回程控制程序流程圖

3 測試及結(jié)論
對J58K_250型電動螺旋壓力機(jī)試打測試，預(yù)選能量100％，打擊行程300 mm，以約18次／min的頻率連續(xù)運(yùn)行8 h，室溫34℃。每隔5 min檢測電機(jī)溫升，溫升實(shí)測曲線(圖略)表明控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，起初電機(jī)溫度上升較快，在運(yùn)行2 h后，溫度穩(wěn)定在91℃左右，電機(jī)絕緣等級為F級。
為檢測電機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的快慢，將編碼器信號并接至研華PCL-833計數(shù)卡，運(yùn)用10 ms中斷實(shí)時采集一次完整的打擊過程的滑塊位移信息，并給出圖7所示的滑塊速度-加速度曲線。

圖7 滑塊速度-加速度曲線

對速度曲線，OA段為滑塊下行加速段，近似一條直線；AB段滑塊打擊工件并反彈，歷經(jīng)加速回程段BC，減速段CD和恒速段DE，最終停機(jī)，?？吭谠O(shè)定位移。由于外部負(fù)載一定，因此加速度曲線反映了電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的大小，可以看出，輸出轉(zhuǎn)矩存在較大波動。但速度曲線OA段近似直線，因此如果將整個過程分作若干區(qū)間，那么每個區(qū)間內(nèi)平均加速度基本相等，速度曲線AB段反映了驅(qū)動器控制電機(jī)從輸出正向最大轉(zhuǎn)矩到負(fù)向最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換能力，由圖看出，當(dāng)前負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)快速正反轉(zhuǎn)的時間不超過30 ms，對每次打擊過程的實(shí)際能量和回程位置進(jìn)行統(tǒng)計分析，能量最大波動范圍不超過設(shè)定能量的2％，回程點(diǎn)在設(shè)定位移的±2 mm內(nèi)。
綜上所述，雙電機(jī)驅(qū)動的基于S7-300的電動螺旋壓力機(jī)控制系統(tǒng)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，能量、回程控制精確，長期運(yùn)行電機(jī)溫升在允許范圍之內(nèi)，滿足了生產(chǎn)要求，并已成功運(yùn)用于J58K系列電動螺旋壓力機(jī)中。