三菱FX2N系列PLC在貨架冷彎生產(chǎn)線上的應(yīng)用

摘　要(Abstract) 本文介紹了FX2N可編程控制器在貨架冷彎生產(chǎn)線上的應(yīng)用，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的構(gòu)成情況，并在實際工程中得到了驗證。 This paper introduces the application of the FX2N programmable logic controller in the racking rollforming,detail describes the structure of the system and has been testified in the practical engineering. 關(guān)鍵詞(Keywords) 可編程控制器 貨架冷彎生產(chǎn)線 Programmable logic controller racking rollforming 一． 三菱FX2N系列可編程控制器和變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)簡介 1 三菱F系列變頻器外部端子調(diào)速可分為模擬量調(diào)速和多段速調(diào)速。模擬量調(diào)速可用電壓DC0~10V或電流DC4~20mA，進(jìn)行無級調(diào)速。我公司貨架組件（橫梁）冷彎設(shè)備機(jī)組便采用多段速閉環(huán)變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)；一般采用外部輸入端子SD﹑STF﹑STR、RL﹑RM﹑RH，進(jìn)行三段速調(diào)速。RL﹑RM﹑RH是低﹑中﹑高三段速速度選擇端子，SD是輸入公共端，STF是啟動正轉(zhuǎn)信號，STR是啟動反轉(zhuǎn)信號。當(dāng)Y10，Y11有輸出時，變頻器為低速運行；當(dāng)Y10，Y12有輸出時，為中速運行；當(dāng)Y10，Y13有輸出時為高速運行。三段速分別設(shè)置為2.0Hz﹑30Hz﹑45Hz。在模擬量調(diào)速時，通過編程，三菱FX2N系列可編程控制器根據(jù)操作臺發(fā)出的信號，選擇控制方式：模擬量調(diào)速或多段速調(diào)速。其控制系統(tǒng)還可以通過DOS操作系統(tǒng)開發(fā)編程的微機(jī)作為上位機(jī)實現(xiàn)控制功能或結(jié)合觸摸屏技術(shù)實現(xiàn)隨機(jī)動態(tài)適時控制或結(jié)合觸摸屏控制技術(shù)來操作控制實現(xiàn)有關(guān)功能。 2 三菱FX2N系列可編程控制器是小型化，高速度，高性能的產(chǎn)品，是FX系列中最高檔次的超小型程序裝置。本文探討MELSEC FX2N-32MR在貨架組件（橫梁）冷彎機(jī)組中的應(yīng)用特點: 二． 系統(tǒng)構(gòu)成。 1　工藝流程如下圖： 圖一：貨架冷彎成型工藝簡圖 1.1根據(jù)貨架組件（橫梁）的冷彎成型孔型設(shè)計及冷彎成型工藝要求，貨架組件（橫梁）冷彎機(jī)組共有12站牌樓構(gòu)成，鋼卷料由第一站牌樓前的帶料導(dǎo)引裝置將鋼帶穿入冷彎機(jī)組進(jìn)行冷彎成型加工，該冷彎機(jī)組主動力由22KW的三菱多功能矢量控制變頻器和異步變頻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)成，各牌樓間的動力傳遞可采用鏈傳動或齒輪組來實現(xiàn)；主控系統(tǒng)選用MELSEC FX2N-32MR可編程控制器，閉環(huán)控制反饋信號由1200脈沖/轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器被動測量提供信號開關(guān)量并測長，根據(jù)所選的編碼器的線數(shù)以及你要走的位置量，確定好對應(yīng)的計測脈沖數(shù)，然后設(shè)置PLC，使其在計測到相應(yīng)的脈沖數(shù)時產(chǎn)生相應(yīng)的動作以實現(xiàn)產(chǎn)品定長切斷的精確控制，其基本長度控制精度可達(dá)±0.5 mm以上，可重復(fù)長度控制誤差分布范圍最大不超過1mm。 2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的主要配置 　　2.1 PLC選用是FX2N-32MR，外加FX2N-232-BD通訊模塊。各1只 　　2.2 觸摸屏選用型號為：GP37W2-BG41-24V，或采用微機(jī)控制上位機(jī)系統(tǒng)。 　　2.3 KOYO旋轉(zhuǎn)編碼器TRD－NH1200-RZ及測量輥、24V開關(guān)電源，各1臺 2.4 三菱多功能矢量控制變頻器：FR－A540－22K-CH變頻器，1臺 2.5 三相籠型交流異步電動機(jī)：Y系列，4極，22kW ，1臺。 2.6 其它電氣選配件。 三. 電氣閉環(huán)無級控制系統(tǒng)原理 3.1要實現(xiàn)貨架組件（橫梁）的冷彎成型機(jī)組的閉環(huán)無級控制，必須根據(jù)變頻器和變頻電機(jī)的特性，即：在一定載荷下變頻器所存在的理想加速和減速特性曲線，或根據(jù)不同的品牌和規(guī)格的變頻器的特性參考資料、冷彎機(jī)組加工件的負(fù)荷特性、電機(jī)的負(fù)荷特性等進(jìn)行適時調(diào)整?；究刂圃砣鐖D一： 2. 2基本控制思想為：1）、根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器測量反饋的當(dāng)前速度信號適時調(diào)整變頻器的輸出驅(qū)動頻率值，從而保證變頻電機(jī)能以要求的速度平穩(wěn)運行；其還表現(xiàn)在必須根據(jù)具體冷彎產(chǎn)品的成型工藝要求、負(fù)荷波動規(guī)律等選擇相應(yīng)的速度控制模式，即初時運動加速度與加速控制時間、平穩(wěn)運行速度與距離、減速運動加速度與控制時間等進(jìn)行變頻器的適時調(diào)整，確保主機(jī)運行及控制反饋運行過程的平穩(wěn)，消除不穩(wěn)定形成的系統(tǒng)超差故障；2）、根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖測量數(shù)反饋當(dāng)前冷彎機(jī)組主電機(jī)的位移信號及預(yù)先設(shè)定的控制方案適時調(diào)整變頻器的輸出驅(qū)動頻率值，使變頻電機(jī)先以較高的速度運行到接近冷彎產(chǎn)品控制切斷長度的位置后將速度平穩(wěn)降到較低的速度下工作，并在切斷控制處準(zhǔn)確制動停準(zhǔn)，必要時可采取機(jī)械抱閘系統(tǒng)來輔助快速定位，再通過輸出控制點發(fā)出切斷控制信號實現(xiàn)液壓停剪；PLC控制系統(tǒng)在工作過程中實時采集運行數(shù)據(jù)，并不斷地與存放在軟件控制數(shù)據(jù)塊里的標(biāo)準(zhǔn)位置參數(shù)進(jìn)行比較和控制決策，從而達(dá)到快速準(zhǔn)確定位、提高作業(yè)效率的目的，并與監(jiān)控系統(tǒng)交換工作信息以實現(xiàn)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的全面動態(tài)管理。 3. 3在我公司進(jìn)口的貨架組件（立柱）冷彎生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中，可編程控制器主要用作下位機(jī)，檢測各狀態(tài)點的狀態(tài)，直接控制系統(tǒng)的啟、停和其他控制單元的投切，并將各點的狀態(tài)送給上位機(jī)——計算機(jī)，計算機(jī)綜合可編程控制器和其他設(shè)設(shè)備的數(shù)據(jù)，作出相應(yīng)的處理和顯示。 四． 貨架組件（橫梁）的冷彎成型工藝的負(fù)載機(jī)械特性和變頻器的選型 該系統(tǒng)的電氣拖動主要是驅(qū)動冷彎軋輥運動，其阻力矩TL取決于冷彎軋輥與鋼卷料之間的摩擦力FL與冷彎軋輥半徑r的乘積，即TL=FL×r。在這里，冷彎軋輥的半徑r是恒定不變的，摩擦力FL的大小與相應(yīng)的冷彎產(chǎn)品的孔型設(shè)計工藝水平、機(jī)組的傳動效率和相關(guān)材料與軋輥間的摩擦系數(shù)等有關(guān)，與轉(zhuǎn)速高低關(guān)系不大。這是典型的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載機(jī)械特性。可初步選用三菱FR-A540系列變頻器。　 　 　　三菱FR-A540系列變頻器具有如下特性： 　　·采用先進(jìn)的磁通矢量控制。由于采用了精簡指令集計算機(jī)RISC微處理芯片，使之具有全新的在線自動調(diào)整功能，使電機(jī)在不影響啟動速度的情況下迅速得到調(diào)整。 　　·具有多段速度選擇功能：它有高速RH、中速RM、低速RL、第二加/減速時間選擇RT、漏型公共輸入端SD等端子，可以通過PLC的輸出點直接控制輸入端子的ON/OFF狀態(tài)來實現(xiàn)變頻器速度的上升、下降和精確停車。每檔速度的大小可由變頻器功能預(yù)置來設(shè)定。 　　·運用了三菱首創(chuàng)“柔性脈寬調(diào)制”（Soft-PWM）開關(guān)方式，實現(xiàn)更低噪音運行，并能減少對外射頻干擾，有利于鄰近的PLC、旋轉(zhuǎn)編碼器的可靠運行。 　　·調(diào)速范圍：1：120（0.5Hz~60Hz運行時），且低頻運行性能穩(wěn)定可靠，采用自動調(diào)整后,可以在不同的品牌的電機(jī)上實現(xiàn)高精度運行。 貨架組件（橫梁）冷彎機(jī)組的主要功耗包括：用于貨架組件（橫梁）彎曲變形功率、克服輥子與工件之間的摩擦阻力及輥子軸承摩擦阻力、克服機(jī)組傳動阻力及功率損耗，一般采用經(jīng)驗測算方法與簡單公式計算后放大倍數(shù)的方法共同核算，通常還根據(jù)冷彎成型的成功案例進(jìn)行類比測算，并依此確定具體型號變頻器的實際功率。 　　綜合多種因素，我們選定了三菱FR-A540-22kW-CH變頻器。經(jīng)試驗證明：針對貨架組件（橫梁）的冷彎成型機(jī)組采用PGL板反而會出現(xiàn)較大的定位誤差，故取消了PLG板設(shè)計，僅利用變頻器的多段速選擇和FR-A540的高性能來實現(xiàn)貨架組件（橫梁）的冷彎成型的定位控制。 五．外部接口設(shè)計 三菱FX2N型PLC內(nèi)置多個高速計數(shù)器。經(jīng)過測量測試，選擇采用兩相兩計數(shù)輸入、應(yīng)答頻率為30kHz的C251計數(shù)器，將旋轉(zhuǎn)編碼器的A、B輸出端與PLC的X0、X1輸入點相連，可以穩(wěn)定地捕捉貨架組件（橫梁）冷彎機(jī)組上加工產(chǎn)品所需要的閉環(huán)控制反饋信號，實現(xiàn)冷彎產(chǎn)品的加工長度、位置定位后的程序比較及控制信號的輸出，實現(xiàn)冷彎產(chǎn)品的定長液壓停剪動作。機(jī)組最大運行速度限制計算為：測量輥周長與應(yīng)答頻率為30kHz的乘積再除旋轉(zhuǎn)編碼器的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，如我司選用的測量輥直徑為Φ60mm，周長為188.5mm，則每秒最大運動位移為：188.5mm×30000÷1200=4.1725M，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足貨架組件（橫梁）冷彎機(jī)組的最大運行速度在20米/分的要求。 FX2N-32MR的輸出點的外部接線方式為分組式，有COM0~COM3共4個COM點與16個輸出點對應(yīng)，可以靈活地選擇輸出點的電源形式。如Y0、Y1、Y2、Y3、Y4直接與變頻器的STF（正轉(zhuǎn)啟動）、STR（反轉(zhuǎn)啟動）、RH、RL、RT端相連，PLC的4個輸出點公用的COM1點與變頻器SD端相連，可以直接控制變頻器，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，并節(jié)省了有觸點閉合行程、響應(yīng)較慢的電磁式繼電器或接觸器；其他輸出點實現(xiàn)電磁閥實現(xiàn)液壓換向動作等動作。 用PLC編寫一條32位的高速計數(shù)器區(qū)間比較復(fù)位指令DHSZ，用觸摸屏對PLC數(shù)據(jù)寄存器D賦值，數(shù)值以理論脈沖數(shù)為基準(zhǔn)增減，再與C251記錄的編碼器脈沖數(shù)進(jìn)行比較，當(dāng)兩個數(shù)據(jù)相等時，PLC指令變頻器和電機(jī)停機(jī)。經(jīng)反復(fù)賦值試驗，可以找到精確的編碼器脈沖總數(shù)。然后按照速度控制規(guī)律 的各段分配脈沖數(shù)，以指導(dǎo)PLC適時向變頻器發(fā)出速度切換指令。試驗時電機(jī)采用低速運行，脈沖數(shù)或?qū)嶋H長度換算數(shù)以實際記錄為準(zhǔn)。 加速/減速時間的設(shè)置是變頻器參數(shù)設(shè)置的關(guān)鍵。冷彎機(jī)組遵循“加速—運行—減速—低速運行正反轉(zhuǎn)調(diào)整—停止”為一個運行周期，每一周期中的間隔是冷彎產(chǎn)品的切斷過程及系統(tǒng)動作復(fù)位。合理設(shè)置這些參數(shù)，可以調(diào)整定位運行的切斷控制精度及機(jī)組的生產(chǎn)效率，使它適合負(fù)荷的要求。 六 應(yīng)用效果 PLC+變頻器控制實現(xiàn)的多段速系統(tǒng)控制確保了貨架冷彎機(jī)組的自動化控制要求，具有運行穩(wěn)定可靠，定位精度高等特點。實踐也證明FR-A540-22KW變頻器完全滿足貨架冷彎機(jī)組的調(diào)速和基本定位控制要求，提高了生產(chǎn)效率。此種PLC+變頻器控制方式也可用于其他需要速度配合及定位控制的電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。 根據(jù)今后貨架冷彎機(jī)組的自動化發(fā)展方向，將成型速度的設(shè)定<