Emerson EC20系列PLC在挂面定长切割设备上的应用
概述：
精确的定长控制设备往往要求具备高速输入和高速输出功能，同时又要协调多个设备间配合动作。PLC由于其集高速、通讯和控制功能于一身，被越来越广泛的应用到定长切割设备中。
本文将Emerson的EC20系列PLC应用到挂面切割机上，通过接收文本显示器信息和编码器的高速输入信号，利用高速输出驱动伺服放大器并通讯控制变频器，从而实现面条切割长度的精确控制。
一．系统工艺介绍
挂面在刚刚生产出来时，并非像我们平时见到的那样短小，而是长度约1.3米的长长的一串，因此为了适合人们的食用以及方便运输，需要将其切割为长度适当的若干段。
长面切割前需要人工将其挂在面杆上，之后通过主传送带上的挂钩将面杆及长面带入设备。切刀后端接近开关感应到面杆到达后，控制切刀动作将面杆与挂面切离，而此时的挂面已经被一对导面滚轮压住继续向前行进。此后切刀不断动作切割面条，固定时间或长度后停止动作，等待下一杆面。
面条切割机的主传动为3.7KW电机，由艾默生变频器调速控制；切刀动作为伺服电机驱动，由伺服放大器控制；同时配备文本显示器，用于设置切面长度和监控设备状态；传动轴承装有欧姆龙1000线增量式旋转编码器；核心控制机构为艾默生EC20-PLC。
2．工艺要求
长度：要求切割出的面条长度为从100mm到400mm，可以调整的最小范围为1mm，允许误差±2mm。
主电机转速：为了节能，当每连续中断几杆面时，需要将电机降频，直至最低设定转速；当每连续来几杆面时，需要将电机缓慢增频，直至最高设定转速。
切刀动作：由于切刀为双刃型，因此每次切割动作为转动半圈，且切刀的转速不可过慢，防止面条在切刀处短暂堆积。
切割刀数：对于固定面条总长、固定挂面单长的情况下，每杆面切割的刀数是固定的。但是刀数在小于实际值以内应该是可调的，因为有时长面的后面部分可能有弯曲等问题，不能制为成品。同时，剩余的部分需要回收重新制成长面，因此需要打碎。
3．电气系统结构及说明
整体系统的电气结构如下图
图中的黑线代表数据流，箭头表示数据的传递方向。
文本显示器与EC20的PORT0通讯端口采用MODBUS协议通讯，其中PLC作为从站。主站发送的信息主要有一杆长面的长度，切割挂面的单长，切割刀数，手动/自动切换等；从站返回的信息包括当前变频器运行频率，已切割刀数，总的面杆数计数等。
变频器与EC20的PORT1通讯端口采用自由口协议通讯。运行中PLC向变频器发送启动、停止、频率设定三种命令，具体发送时刻和发送周期由程序中的逻辑控制。
编码器将A、B两相信号分别送入PLC的X0和X1。PLC应用高速计数功能对编码器信号计数，经过内部计算和变换后确定何时驱动伺服放大器动作。
伺服放大器与PLC的高速输出端子Y0连接，通过PLC输出的高速脉冲的频率和数量确定切刀的转速与位置。
4．工艺的实现
长度控制：将编码器信号接入PLC中以实现长度精确控制，实际上只需将编码器与面条长度之间的对应关系找到就可以。通过编程实验测得，十杆挂面编码器所发脉冲数为70610个，又通过实际测量得知每个面杆间的长度为1527mm，由此可得每毫米对应脉冲数为4.624个。因此只需在程序中将设定长度乘以4.624，当高速计数达到该要求时产生切刀动作即可。
主电机转速调节：该工艺如果直接按照原要求实现，程序修改较大，难点就是如何判断“连续”。如果采用时间间隔的概念来判断连续，在固定转速的情况下是可以的。但是在几次“连续”之后，对方要求增加转速，相应的时间间隔也将改变，这就要求用于判断“连续”的时间标尺也要连续变化，而时间间隔的变化与变频器频率的变化并不是完全的线性关系，问题更复杂了。
本次采用的是一种近似的实现方法：每次面杆到来即增加频率，而一定的时间内无面杆接近信号则降低频率。该方法的实验效果大致与用户要求的相同。
切刀动作：切刀的动作是由伺服放大器控制的，通过程序实测得知需要接收17173个脉冲转半圈（刀是双刃）。
切刀转速问题：实际上只需要找到传送带最高转速时对应的切刀转速，它们之间保持等比例关系即可实现面条的无堆积。通过现场实测，在传送带转速达到最高时，切刀伺服接收的脉冲频率为90KHz效果最佳。
切割刀数可调：该问题可以看作是挂面总长的一种改变，因此只需正常切割规定的次数，剩余部分高速转动即可。需要注意的是高速转动时每一圈要消耗一个固定时间，因而在下一杆面的接近信号到来前的转动将可能使系统错过该接近信号。
为了避免这种现象，需要根据面条已经过长度决定最后一次高速转动。本次利用编码器中的B相来反馈面条的长度，当脉冲数大于6000时（已经过面条1.3m），不再高速动作。
5．结束语
小型可编程控制器其典型应用之一便是通过一台上位机对PLC进行读写，控制和监视与PLC相连的其他设备。本文介绍的挂面切割机正是如此，通过上机实际操作，面条的切割效果比较理想，完全满足客户的各方面要求。
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