DCCE大工計(jì)控運(yùn)動(dòng)控制器在包裝設(shè)備上的應(yīng)用
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DCCE大工計(jì)控運(yùn)動(dòng)控制器在包裝設(shè)備上的應(yīng)用
本文采用分布式可編程運(yùn)動(dòng)控制器PEC6000,使用PLC Open控制指令,保證整機(jī)的同步協(xié)調(diào)工作,實(shí)現(xiàn)精確、高速控制。
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大工運(yùn)動(dòng)控制器在包裝設(shè)備上的應(yīng)用
劉勝戌
1、引言
包裝機(jī)械設(shè)備多通過(guò)復(fù)雜的齒輪、聯(lián)桿傳動(dòng),目前多使用歐美品牌的控制器,實(shí)現(xiàn)電子
凸輪、多軸同步、色標(biāo)定位、位置捕捉、溫度控制、變頻調(diào)速等功能。但歐美品牌的控制器
成本一般比較高,貨期比較長(zhǎng),對(duì)于中小型OEM企業(yè)的應(yīng)用有一定的局限性。
PEC6000分布式可編程運(yùn)動(dòng)控制器,具有結(jié)構(gòu)緊湊、功能全面、性能穩(wěn)定等特點(diǎn),大
工針對(duì)國(guó)內(nèi)客戶的應(yīng)用需求,強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)通信、從設(shè)備管理、分布式控制、控制參數(shù)自整定
等功能,形成了很高的性價(jià)比。PEC 系列產(chǎn)品每個(gè)模塊既可單獨(dú)工作,也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互連
組成控制系統(tǒng),現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方便靈活。
本文采用分布式可編程運(yùn)動(dòng)控制器PEC6000,使用 PLCOpen 控制指令,保證整機(jī)的
同步協(xié)調(diào)工作,實(shí)現(xiàn)精確、高速控制。PEC6000運(yùn)動(dòng)控制器在此方面表現(xiàn)了良好的性能。
2、系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)介
臥式包裝機(jī)是物料充填與袋子成型沿水平方向進(jìn)行,由于水平式制袋、充填和封口,各
個(gè)工位均可以方便地進(jìn)行調(diào)整,并可以針對(duì)不同的物料情況做許多復(fù)雜的配置變化。
圖1 臥式包裝機(jī)
3、方案介紹
PEC6000分布式可編程運(yùn)動(dòng)控制器,是大工計(jì)控針對(duì)國(guó)內(nèi)工控領(lǐng)域應(yīng)用需求自主研發(fā)
的一款產(chǎn)品,其集工業(yè)以太網(wǎng)、MB+高速總線、Modbus、ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為一體,在國(guó)
產(chǎn)運(yùn)動(dòng)控制中很有特色:
1)控制器本體有四路高速輸入,四路高速脈沖輸出(1MHZ),組成多軸運(yùn)動(dòng)控制系
統(tǒng),同時(shí)可通過(guò)高速工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多軸同步控制的擴(kuò)展,實(shí)現(xiàn)分布式控制;
2)支持基于PLCOpen規(guī)范的電機(jī)控制和數(shù)控控制指令;
3)支持IEC61131-3功能塊、梯形圖、指令碼,可對(duì)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備統(tǒng)一編程控制;
4)在通訊方面:支持基于EPA標(biāo)準(zhǔn)的高速工業(yè)以太網(wǎng),同時(shí)支持Modbus TCP/UDP
協(xié)議、Modbus協(xié)議。支持速率高達(dá)1M bits/s的MB+總線,網(wǎng)絡(luò)通訊具有毫秒級(jí)響應(yīng)時(shí)間;
5)支持直角坐標(biāo)系、四軸串聯(lián)、四軸并聯(lián)機(jī)器人控制模型及NC控制。
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圖2 系統(tǒng)架構(gòu)
本系統(tǒng)中PEC6000采用高速脈沖控制3軸伺服裝置,實(shí)現(xiàn)同步控制。
兩臺(tái)施耐德變頻器通過(guò)Modbus協(xié)議與運(yùn)動(dòng)控制器通訊,實(shí)現(xiàn)速度控制。
HMI采用XBTGT系列觸摸屏,通過(guò)Modbus/TCP協(xié)議與運(yùn)動(dòng)控制器通訊。
主控制器PEC6000與PEC3000、PEC5000通過(guò)MB+高速總線連接,實(shí)現(xiàn)I/O毫秒級(jí)
映射。
現(xiàn)場(chǎng)溫度用PEC5000模塊采集,使用無(wú)超調(diào)PID自整定控制,溫度控制精確。
4、控制工藝
主軸變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)上帶一個(gè)編碼器,在正常運(yùn)行時(shí),其他軸根據(jù)自己所處的位置相
應(yīng)做跟隨運(yùn)動(dòng)。放膜部分采用張力控制,使放膜輥在放膜過(guò)程中,均勻放膜。
拉膜軸通過(guò)速度控制進(jìn)給包裝膜,在每送一個(gè)袋子時(shí),通過(guò)色標(biāo)作為前一次袋長(zhǎng)檢測(cè)觸
發(fā)信號(hào),直接接入到運(yùn)動(dòng)控制器高速信號(hào)接口,然后通過(guò)控制器讀取實(shí)際膜長(zhǎng),與存儲(chǔ)的標(biāo)
準(zhǔn)長(zhǎng)度進(jìn)行比較,如果有偏差的話,就在下一包進(jìn)行調(diào)整。
熱封軸跟隨主軸電機(jī)做相對(duì)同步運(yùn)動(dòng),完成制袋功能。對(duì)應(yīng)不同材質(zhì)的包裝膜,可以調(diào)
節(jié)熱封的時(shí)間,確保制袋牢固、平整、美觀。
下料軸也是跟隨主軸電機(jī)做相對(duì)同步運(yùn)動(dòng),在袋子到位后,對(duì)物料進(jìn)行精確填充。
制袋和封口的溫度控制,需要滿足在機(jī)器高速運(yùn)行中溫度控制精確、不超調(diào)。
5、變頻控制
施耐德的ATV312變頻器,支持Modbus協(xié)議,用PEC總線控制很方便。
5.1 ATV312的參數(shù)設(shè)置:
CTL-LAC:L3;
CTL-FR1:ndb;
CTL-CHCF:SIN;
CON-ADD:3;
CON-tbr:19200;
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CON-tfo:8n1;
5.2 PEC端口設(shè)置:
圖3 PEC端口設(shè)置
5.3 硬件連接:
PEC和ATV312之間用RJ45雙絞線作為通信電纜連接,兩端接120Ω終端電阻。
圖4 通信電纜
5.4 控制程序:
ATV312內(nèi)部控制字地址如下表:
類型 地址 代碼 說(shuō)明
讀出變量 3201 ETA DRIVECOM狀態(tài)字
3202 RFR 電機(jī)頻率
寫(xiě)入變量 8501 CMD DRIVECOM控制字
8502 LFR 設(shè)定頻率
表1 變頻器控制地址表
在PEC中編寫(xiě)程序,將變頻器的內(nèi)部變量用功能塊SCR_W/SCW_W映射到本地寄存
器,通過(guò)對(duì)本地寄存器進(jìn)行讀寫(xiě),來(lái)完成對(duì)變頻器的監(jiān)控。
圖5 PEC讀通信指令
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用PEC和ATV312用Modbus通訊時(shí),在PEC側(cè)Modbus的地址需要加1。
SCR_W 和 SCW_W 串行網(wǎng)絡(luò)讀寫(xiě)指令,支持 Modbus 協(xié)議,可以訪問(wèn)從設(shè)備資源也
可訪問(wèn)同一Modbus總線上的設(shè)備。
指令運(yùn)行在Modbus總線設(shè)備映射模式下,為了保證頭頂參數(shù)L1.0能夠正確的反映當(dāng)
前通訊的狀況,需要保持EN有效直到命令超時(shí)或者響應(yīng)完畢。
圖6 PEC寫(xiě)通信指令
MW102中的值為變頻器控制字8501的地址,當(dāng)MW102的值為16#000F時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)。
為16#080F時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)、為16#100F時(shí)電機(jī)停止。
改變變頻器正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止及當(dāng)前頻率值的程序如圖7所示。
圖7 變頻器的控制程序
6、伺服控制
在對(duì)Lexium 05A伺服系統(tǒng)的控制中,這里采用脈沖方式控制,運(yùn)動(dòng)位置取決于驅(qū)動(dòng)器
接收的脈沖數(shù),運(yùn)動(dòng)速度取決于脈沖的頻率,可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的位置控制和同步跟隨控制。
電機(jī)可利用PULSE方波信號(hào)的上升沿來(lái)執(zhí)行一個(gè)角增量運(yùn)動(dòng),使用信號(hào)DIR來(lái)控制旋轉(zhuǎn)方
向。
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6.1硬件接線 :
圖8 伺服的控制端口CN5
CN5是PULSE/DIR 輸入接口。
針腳1:PULSE,電機(jī)步進(jìn)“脈沖”;
針腳2:DIR 旋轉(zhuǎn)方向“Dir”;
施耐德Lexium 05A伺服內(nèi)部的脈沖接口內(nèi)置有5V電源,使用中不需要串接電阻,可
以直接連接。PEC與Lexium 05A的接線圖如下圖9示:
圖9 伺服的控制接線圖
6.2 控制參數(shù)設(shè)置:
脈沖控制方式可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)器的面板或 Powersuite 軟件來(lái)設(shè)置。這里用 Powersuite
軟件設(shè)置對(duì)Lexium 05A參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
大工運(yùn)動(dòng)控制器在包裝設(shè)備上的應(yīng)用
劉勝戌
1、引言
包裝機(jī)械設(shè)備多通過(guò)復(fù)雜的齒輪、聯(lián)桿傳動(dòng),目前多使用歐美品牌的控制器,實(shí)現(xiàn)電子
凸輪、多軸同步、色標(biāo)定位、位置捕捉、溫度控制、變頻調(diào)速等功能。但歐美品牌的控制器
成本一般比較高,貨期比較長(zhǎng),對(duì)于中小型OEM企業(yè)的應(yīng)用有一定的局限性。
PEC6000分布式可編程運(yùn)動(dòng)控制器,具有結(jié)構(gòu)緊湊、功能全面、性能穩(wěn)定等特點(diǎn),大
工針對(duì)國(guó)內(nèi)客戶的應(yīng)用需求,強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)通信、從設(shè)備管理、分布式控制、控制參數(shù)自整定
等功能,形成了很高的性價(jià)比。PEC 系列產(chǎn)品每個(gè)模塊既可單獨(dú)工作,也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互連
組成控制系統(tǒng),現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方便靈活。
本文采用分布式可編程運(yùn)動(dòng)控制器PEC6000,使用 PLCOpen 控制指令,保證整機(jī)的
同步協(xié)調(diào)工作,實(shí)現(xiàn)精確、高速控制。PEC6000運(yùn)動(dòng)控制器在此方面表現(xiàn)了良好的性能。
2、系統(tǒng)工藝簡(jiǎn)介
臥式包裝機(jī)是物料充填與袋子成型沿水平方向進(jìn)行,由于水平式制袋、充填和封口,各
個(gè)工位均可以方便地進(jìn)行調(diào)整,并可以針對(duì)不同的物料情況做許多復(fù)雜的配置變化。
圖1 臥式包裝機(jī)
3、方案介紹
PEC6000分布式可編程運(yùn)動(dòng)控制器,是大工計(jì)控針對(duì)國(guó)內(nèi)工控領(lǐng)域應(yīng)用需求自主研發(fā)
的一款產(chǎn)品,其集工業(yè)以太網(wǎng)、MB+高速總線、Modbus、ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為一體,在國(guó)
產(chǎn)運(yùn)動(dòng)控制中很有特色:
1)控制器本體有四路高速輸入,四路高速脈沖輸出(1MHZ),組成多軸運(yùn)動(dòng)控制系
統(tǒng),同時(shí)可通過(guò)高速工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多軸同步控制的擴(kuò)展,實(shí)現(xiàn)分布式控制;
2)支持基于PLCOpen規(guī)范的電機(jī)控制和數(shù)控控制指令;
3)支持IEC61131-3功能塊、梯形圖、指令碼,可對(duì)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備統(tǒng)一編程控制;
4)在通訊方面:支持基于EPA標(biāo)準(zhǔn)的高速工業(yè)以太網(wǎng),同時(shí)支持Modbus TCP/UDP
協(xié)議、Modbus協(xié)議。支持速率高達(dá)1M bits/s的MB+總線,網(wǎng)絡(luò)通訊具有毫秒級(jí)響應(yīng)時(shí)間;
5)支持直角坐標(biāo)系、四軸串聯(lián)、四軸并聯(lián)機(jī)器人控制模型及NC控制。
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圖2 系統(tǒng)架構(gòu)
本系統(tǒng)中PEC6000采用高速脈沖控制3軸伺服裝置,實(shí)現(xiàn)同步控制。
兩臺(tái)施耐德變頻器通過(guò)Modbus協(xié)議與運(yùn)動(dòng)控制器通訊,實(shí)現(xiàn)速度控制。
HMI采用XBTGT系列觸摸屏,通過(guò)Modbus/TCP協(xié)議與運(yùn)動(dòng)控制器通訊。
主控制器PEC6000與PEC3000、PEC5000通過(guò)MB+高速總線連接,實(shí)現(xiàn)I/O毫秒級(jí)
映射。
現(xiàn)場(chǎng)溫度用PEC5000模塊采集,使用無(wú)超調(diào)PID自整定控制,溫度控制精確。
4、控制工藝
主軸變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)上帶一個(gè)編碼器,在正常運(yùn)行時(shí),其他軸根據(jù)自己所處的位置相
應(yīng)做跟隨運(yùn)動(dòng)。放膜部分采用張力控制,使放膜輥在放膜過(guò)程中,均勻放膜。
拉膜軸通過(guò)速度控制進(jìn)給包裝膜,在每送一個(gè)袋子時(shí),通過(guò)色標(biāo)作為前一次袋長(zhǎng)檢測(cè)觸
發(fā)信號(hào),直接接入到運(yùn)動(dòng)控制器高速信號(hào)接口,然后通過(guò)控制器讀取實(shí)際膜長(zhǎng),與存儲(chǔ)的標(biāo)
準(zhǔn)長(zhǎng)度進(jìn)行比較,如果有偏差的話,就在下一包進(jìn)行調(diào)整。
熱封軸跟隨主軸電機(jī)做相對(duì)同步運(yùn)動(dòng),完成制袋功能。對(duì)應(yīng)不同材質(zhì)的包裝膜,可以調(diào)
節(jié)熱封的時(shí)間,確保制袋牢固、平整、美觀。
下料軸也是跟隨主軸電機(jī)做相對(duì)同步運(yùn)動(dòng),在袋子到位后,對(duì)物料進(jìn)行精確填充。
制袋和封口的溫度控制,需要滿足在機(jī)器高速運(yùn)行中溫度控制精確、不超調(diào)。
5、變頻控制
施耐德的ATV312變頻器,支持Modbus協(xié)議,用PEC總線控制很方便。
5.1 ATV312的參數(shù)設(shè)置:
CTL-LAC:L3;
CTL-FR1:ndb;
CTL-CHCF:SIN;
CON-ADD:3;
CON-tbr:19200;
第 2 頁(yè) 共 10 頁(yè)中華工控網(wǎng)工控產(chǎn)品體驗(yàn)中心--大工計(jì)控PLC產(chǎn)品體驗(yàn)獲獎(jiǎng)報(bào)告
CON-tfo:8n1;
5.2 PEC端口設(shè)置:
圖3 PEC端口設(shè)置
5.3 硬件連接:
PEC和ATV312之間用RJ45雙絞線作為通信電纜連接,兩端接120Ω終端電阻。
圖4 通信電纜
5.4 控制程序:
ATV312內(nèi)部控制字地址如下表:
類型 地址 代碼 說(shuō)明
讀出變量 3201 ETA DRIVECOM狀態(tài)字
3202 RFR 電機(jī)頻率
寫(xiě)入變量 8501 CMD DRIVECOM控制字
8502 LFR 設(shè)定頻率
表1 變頻器控制地址表
在PEC中編寫(xiě)程序,將變頻器的內(nèi)部變量用功能塊SCR_W/SCW_W映射到本地寄存
器,通過(guò)對(duì)本地寄存器進(jìn)行讀寫(xiě),來(lái)完成對(duì)變頻器的監(jiān)控。
圖5 PEC讀通信指令
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用PEC和ATV312用Modbus通訊時(shí),在PEC側(cè)Modbus的地址需要加1。
SCR_W 和 SCW_W 串行網(wǎng)絡(luò)讀寫(xiě)指令,支持 Modbus 協(xié)議,可以訪問(wèn)從設(shè)備資源也
可訪問(wèn)同一Modbus總線上的設(shè)備。
指令運(yùn)行在Modbus總線設(shè)備映射模式下,為了保證頭頂參數(shù)L1.0能夠正確的反映當(dāng)
前通訊的狀況,需要保持EN有效直到命令超時(shí)或者響應(yīng)完畢。
圖6 PEC寫(xiě)通信指令
MW102中的值為變頻器控制字8501的地址,當(dāng)MW102的值為16#000F時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)。
為16#080F時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)、為16#100F時(shí)電機(jī)停止。
改變變頻器正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止及當(dāng)前頻率值的程序如圖7所示。
圖7 變頻器的控制程序
6、伺服控制
在對(duì)Lexium 05A伺服系統(tǒng)的控制中,這里采用脈沖方式控制,運(yùn)動(dòng)位置取決于驅(qū)動(dòng)器
接收的脈沖數(shù),運(yùn)動(dòng)速度取決于脈沖的頻率,可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的位置控制和同步跟隨控制。
電機(jī)可利用PULSE方波信號(hào)的上升沿來(lái)執(zhí)行一個(gè)角增量運(yùn)動(dòng),使用信號(hào)DIR來(lái)控制旋轉(zhuǎn)方
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6.1硬件接線 :
圖8 伺服的控制端口CN5
CN5是PULSE/DIR 輸入接口。
針腳1:PULSE,電機(jī)步進(jìn)“脈沖”;
針腳2:DIR 旋轉(zhuǎn)方向“Dir”;
施耐德Lexium 05A伺服內(nèi)部的脈沖接口內(nèi)置有5V電源,使用中不需要串接電阻,可
以直接連接。PEC與Lexium 05A的接線圖如下圖9示:
圖9 伺服的控制接線圖
6.2 控制參數(shù)設(shè)置:
脈沖控制方式可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)器的面板或 Powersuite 軟件來(lái)設(shè)置。這里用 Powersuite
軟件設(shè)置對(duì)Lexium 05A參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
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