雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)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(shí)中斷組織塊OB35中斷周期為5ms，實(shí)時(shí)檢測(cè)滑塊位移和外部開關(guān)量等信號(hào)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(shí)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(hào)的變化，增強(qiáng)實(shí)時(shí)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(shí)的滑塊速度后計(jì)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(hào)處理模塊主要處理按鈕操作、指示燈的顯示、潤(rùn)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(jì)算出系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所需的參數(shù)，如速度信號(hào)模擬量等，點(diǎn)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)滑塊的點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行，以保證以較小的速度實(shí)現(xiàn)可靠的合模對(duì)零，點(diǎn)動(dòng)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(cè)外部信號(hào)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(shí)能量的控制，首先輸出設(shè)定能量對(duì)應(yīng)的速度信號(hào)模擬量，考慮到機(jī)械制動(dòng)器動(dòng)作的延遲性，在開啟制動(dòng)器電磁閥后延時(shí)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(chǎng)調(diào)整驅(qū)動(dòng)器的PI參數(shù)獲得更好的動(dòng)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(hào)A，B相的相序發(fā)生改變，即高速計(jì)數(shù)器計(jì)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(chǔ)高速計(jì)數(shù)口的遞增計(jì)數(shù)狀態(tài)，中斷程序檢測(cè)該數(shù)據(jù)位的狀態(tài)，若檢測(cè)到電平跳變，立即發(fā)回程信號(hào)，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?？康卦谠O(shè)定位移處，回程速度又不能過大，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/電機(jī)">電機(jī)本身的制動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)矩不超過額定轉(zhuǎn)矩，回程時(shí)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(dòng)回饋的機(jī)械能由制動(dòng)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(duì)實(shí)現(xiàn)快速正反轉(zhuǎn)有較大作用，停機(jī)運(yùn)行時(shí)在變頻器停止操作執(zhí)行后，延遲100 ms機(jī)械制動(dòng)器動(dòng)作，這樣可減少機(jī)械制動(dòng)器的摩擦損耗，延長(zhǎng)壽命。

圖6 回程控制程序流程圖

3 測(cè)試及結(jié)論
對(duì)J58K_250型電動(dòng)螺旋壓力機(jī)試打測(cè)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(cè)電機(jī)溫升，溫升實(shí)測(cè)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(jí)為F級(jí)。
為檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的快慢，將編碼器信號(hào)并接至研華PCL-833計(jì)數(shù)卡，運(yùn)用10 ms中斷實(shí)時(shí)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(duì)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(dòng)。但速度曲線OA段近似直線，因此如果將整個(gè)過程分作若干區(qū)間，那么每個(gè)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(dòng)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(shí)間不超過30 ms，對(duì)每次打擊過程的實(shí)際能量和回程位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，能量最大波動(dòng)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(dòng)的基于S7-300的電動(dòng)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(zhǎng)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(dòng)螺旋壓力機(jī)中。