雙電機驅動(dòng)的電動(dòng)螺旋壓力機PLC控制系統

圖4 控制系統軟件結構

設置定時(shí)中斷組織塊OB35中斷周期為5ms，實(shí)時(shí)檢測滑塊位移和外部開(kāi)關(guān)量等信號變化，控制輔助標志位的置位或復位，從而執行或退出相應的子程序，由于PLC是逐行掃描執行程序，而且每次掃描時(shí)間并不相同，因此在中斷函數里進(jìn)行輔助標志位的操作，保證了能盡快響應外部信號的變化，增強實(shí)時(shí)性，每次的打擊能量也是通過(guò)在中斷函數中求出打擊工件時(shí)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。

圖5 打擊速度求取程序流程圖

開(kāi)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，參數處理模塊是在用戶(hù)通過(guò)觸摸屏重新設置預選能量百分比和打擊行程后，根據設定參數計算出系統運行時(shí)所需的參數，如速度信號模擬量等，點(diǎn)動(dòng)模塊實(shí)現滑塊的點(diǎn)動(dòng)運行，以保證以較小的速度實(shí)現可靠的合模對零，點(diǎn)動(dòng)運行運用ABB變頻器恒速模式，只要通過(guò)觸點(diǎn)控制便可實(shí)現恒速模式的切換，通過(guò)參數設置恒速運行的速度大小，從而方便準確地設置零點(diǎn)，滿(mǎn)足工程應用的需要，故障處理模塊檢測外部信號狀態(tài)，若出現問(wèn)題則進(jìn)行相應處理。
下行打擊子程序實(shí)現打擊時(shí)能量的控制，首先輸出設定能量對應的速度信號模擬量，考慮到機械制動(dòng)器動(dòng)作的延遲性，在開(kāi)啟制動(dòng)器電磁閥后延時(shí)100 ms再閉合變頻器運行觸點(diǎn)，滑塊加速至設定的速度后保持恒速下行。通過(guò)現場(chǎng)調整驅動(dòng)器的PI參數獲得更好的動(dòng)態(tài)性能，打擊完畢后電機反轉回程。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，即高速計數器計數方向發(fā)生變化。系統組織塊SFB47的數據位STS_C_UP存儲高速計數口的遞增計數狀態(tài)，中斷程序檢測該數據位的狀態(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，但為了使滑塊準確?？康卦谠O定位移處，回程速度又不能過(guò)大，因為電機本身的制動(dòng)能力有限，若速度過(guò)快則無(wú)法可靠停機，一般認為電機制動(dòng)轉矩不超過(guò)額定轉矩，回程時(shí)首先加速運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)回饋的機械能由制動(dòng)電阻消耗，最終進(jìn)入恒速模式并停車(chē)，加速段的初速度指令須大于0，對實(shí)現快速正反轉有較大作用，停機運行時(shí)在變頻器停止操作執行后，延遲100 ms機械制動(dòng)器動(dòng)作，這樣可減少機械制動(dòng)器的摩擦損耗，延長(cháng)壽命。

圖6 回程控制程序流程圖

3 測試及結論
對J58K_250型電動(dòng)螺旋壓力機試打測試，預選能量100％，打擊行程300 mm，以約18次／min的頻率連續運行8 h，室溫34℃。每隔5 min檢測電機溫升，溫升實(shí)測曲線(xiàn)(圖略)表明控制工程網(wǎng)版權所有，起初電機溫度上升較快，在運行2 h后，溫度穩定在91℃左右，電機絕緣等級為F級。
為檢測電機轉矩響應的快慢，將編碼器信號并接至研華PCL-833計數卡，運用10 ms中斷實(shí)時(shí)采集一次完整的打擊過(guò)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(xiàn)。

圖7 滑塊速度-加速度曲線(xiàn)

對速度曲線(xiàn)，OA段為滑塊下行加速段，近似一條直線(xiàn)；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，?？吭谠O定位移。由于外部負載一定，因此加速度曲線(xiàn)反映了電機輸出轉矩的大小，可以看出，輸出轉矩存在較大波動(dòng)。但速度曲線(xiàn)OA段近似直線(xiàn)，因此如果將整個(gè)過(guò)程分作若干區間，那么每個(gè)區間內平均加速度基本相等，速度曲線(xiàn)AB段反映了驅動(dòng)器控制電機從輸出正向最大轉矩到負向最大轉矩的轉換能力，由圖看出，當前負載條件下實(shí)現快速正反轉的時(shí)間不超過(guò)30 ms，對每次打擊過(guò)程的實(shí)際能量和回程位置進(jìn)行統計分析，能量最大波動(dòng)范圍不超過(guò)設定能量的2％，回程點(diǎn)在設定位移的±2 mm內。
綜上所述，雙電機驅動(dòng)的基于S7-300的電動(dòng)螺旋壓力機控制系統，電機轉矩響應迅速，能量、回程控制精確，長(cháng)期運行電機溫升在允許范圍之內，滿(mǎn)足了生產(chǎn)要求，并已成功運用于J58K系列電動(dòng)螺旋壓力機中。