摘 要：根據(jù)塑編行業(yè)生產(chǎn)線的特點(diǎn)，提出了基于PID和補(bǔ)償原理的多電機(jī)同步控制方案，本文詳細(xì)描述了高性能西門子S7-200 PLC多電機(jī)同步控制系統(tǒng)在糊口機(jī)中的應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明，本控制系統(tǒng)具有控制精度高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、投資成本低等特點(diǎn)，能夠滿足高速糊口機(jī)生產(chǎn)線的控制要求。 關(guān)鍵詞：糊口機(jī);PLC;同步控制 　　隨著近年來(lái)工業(yè)的發(fā)展，以及對(duì)于生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量要求的逐漸提高，分別對(duì)每臺(tái)電機(jī)進(jìn)行單獨(dú)控制在某些場(chǎng)合已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)工藝的要求，而需要同時(shí)對(duì)多臺(tái)電機(jī)進(jìn)行控制，讓其更好地協(xié)調(diào)運(yùn)行，因此多電機(jī)同步傳動(dòng)控制應(yīng)運(yùn)而生。本文以紙袋糊口機(jī)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)為背景，介紹基于PLC的同步控制系統(tǒng)在紙袋糊口機(jī)中的應(yīng)用。 1 系統(tǒng)組成 　　該生產(chǎn)線利用聚丙烯編織布（PP）、聚乙烯薄膜（PE）等材料作為制袋布，袋長(zhǎng)760mm，袋寬630mm。采用4套色印刷，生產(chǎn)速度60條/分鐘，包括印刷切斷和成型兩個(gè)工段。印刷切斷工段主要負(fù)責(zé)將編織布卷（PP、PE）進(jìn)行塑編布的4種顏色的正反面著墨印刷，印刷后的編織布通過(guò)切刀按照設(shè)定的袋長(zhǎng)進(jìn)行切割，配置1個(gè)現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)、一個(gè)變頻器擴(kuò)展柜（配有2個(gè)變頻器）;成型工段主要負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向、施膠、打開(kāi)、糊口、糊底等，一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)、一個(gè)繼電器擴(kuò)展柜、一個(gè)變頻器擴(kuò)展柜（配有2個(gè)變頻器）完成控制。 2 硬件構(gòu)成 　　該項(xiàng)目采用西門子S7-200最新的XP系列的CPU作為主控制單元，配有6個(gè)A/D、D/A輸入輸出擴(kuò)展模塊，主要完成現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集、工程單位變換、回路控制和連鎖控制算法、控制信號(hào)輸出等功能;操作界面采用西門子的SIMATIC TP170B觸摸面板作為人機(jī)界面，主要完成工藝參數(shù)的顯示、控制參數(shù)的設(shè)置、控制操作、歷史數(shù)據(jù)的記錄等。 3 軟件組態(tài) 　　3.1 網(wǎng)絡(luò)通訊 　　在工程網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中，主控制單元作為上位機(jī)，4臺(tái)變頻器作為下位機(jī)，分別設(shè)置不同的站地址，使得PLC和變頻器之間建立上、下位機(jī)關(guān)系。由于S7-200的XP系列CPU內(nèi)置2個(gè)RS485通訊口，因此可以將一組通訊口Port 0與觸摸面板進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（PPI）通訊，另一組通訊口Port 1作為自由口與變頻器進(jìn)行數(shù)字通訊，即從觸摸面板輸入工藝參數(shù)，由TP170B經(jīng)過(guò)Port 0口傳遞給PLC，PLC經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)運(yùn)算處理通過(guò)Port 1口將數(shù)據(jù)發(fā)送給各個(gè)變頻器來(lái)控制各電機(jī)轉(zhuǎn)速。在從變頻器、溫度變送器等采集有關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算傳給TP170B進(jìn)行顯示。整個(gè)過(guò)程采用每隔100ms發(fā)送XMT一次，接受采用接受中斷方式。在發(fā)送XMT數(shù)據(jù)前關(guān)閉所有接受中斷，發(fā)送后再通過(guò)發(fā)送中斷程序打開(kāi)接受中斷程序，并關(guān)閉發(fā)送中斷程序[1]。 　　3.2 同步控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 　　由于該生產(chǎn)線中印刷切斷工段和后面的成型工段分別由兩個(gè)電機(jī)拖動(dòng)，各臺(tái)電機(jī)分別由變頻器調(diào)速驅(qū)動(dòng)，構(gòu)成多單元同步傳動(dòng)系統(tǒng)。將成型工段的主電機(jī)作為主令單元，印刷切斷工段的主電機(jī)作為協(xié)從單元。工作時(shí)，需要多大的運(yùn)行速度，由主令單元決定和調(diào)整，生產(chǎn)過(guò)程中要求協(xié)從單元協(xié)調(diào)同步，使切斷的編織布在兩個(gè)工段中保持恒定的線速度。操作員調(diào)節(jié)主令單元速度時(shí)，也要協(xié)從單元能同時(shí)調(diào)整速度，滿足整機(jī)速度的同步調(diào)整。為此，我們采用2個(gè)增量式旋轉(zhuǎn)編碼器分別檢測(cè)切刀轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向處傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，將編碼器發(fā)出的脈沖送至PLC的高速脈沖計(jì)數(shù)輸入單元I0.0和I0.1，利用高速計(jì)數(shù)器對(duì)編碼器脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，在給定的采樣時(shí)間中，PLC將采集到的各單元實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速與設(shè)定運(yùn)行參數(shù)綜合，按既定的同步控制策略進(jìn)行運(yùn)算和控制，得到各單元電機(jī)的運(yùn)行速度設(shè)定值，再通過(guò)PLC內(nèi)置的RS485接口與變頻器上的MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線通信接口卡之間的現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸給變頻器執(zhí)行[2]。 　　在控制策略上，采用智能補(bǔ)償和傳統(tǒng)PID結(jié)合的控制方法[3]。PID調(diào)節(jié)器具有本質(zhì)的魯棒性、符合二次型最優(yōu)控制選型原則、具有智能化的專家特色。同時(shí)，為了保證編碼器傳輸給PLC的高速脈沖個(gè)數(shù)準(zhǔn)確，確保高速脈沖的個(gè)數(shù)在允許的誤差范圍內(nèi)，使用編碼器的零位脈沖信號(hào)對(duì)其作周期性檢測(cè)，同時(shí)可以通過(guò)編程軟件對(duì)CPU的脈沖輸入端口設(shè)置脈沖的捕捉功能，輸入端的狀態(tài)變化被鎖存并一直保持到下一個(gè)掃描循環(huán)刷新，這樣可以防止脈沖信號(hào)丟失。 　　在主令單元和協(xié)從單元間采用同一給定電壓方式的基礎(chǔ)上，比較兩者的轉(zhuǎn)速，其差值經(jīng)補(bǔ)償器加到協(xié)從單元的控制輸入端[4][5]。電機(jī)間的速度協(xié)調(diào)關(guān)系有同步系數(shù) α決定，其控制原理如圖1所示。 [align=center] 圖1 控制原理圖[/align] 　　其中，VF為變頻器，ED為編碼器，CP為補(bǔ)償器，M為電機(jī)[6]。設(shè)同步速度允許工作帶寬為△n[sub]g[/sub]，在 時(shí)刻雙驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)際反饋轉(zhuǎn)速分別為n[sub]1[/sub]（k）、 n[sub]2[/sub]（k），不同電機(jī)要求的工藝速度比值為Kn=N1/N2，（N1、N2分別為兩電機(jī)速度給定值），兩電機(jī)異步停車報(bào)警的最大速度為△n[sub]max[/sub]，則當(dāng)△ 　　從人機(jī)界面的速度歷史曲線上可以得到應(yīng)用PID補(bǔ)償器前后的從動(dòng)電機(jī)速度響應(yīng)曲線如圖2、圖3所示。 　　由圖2和圖3可見(jiàn)，加入PID補(bǔ)償控制器后，起動(dòng)過(guò)程跟隨效果較好，消除了超調(diào)，而且上升時(shí)間明顯縮短，加擾動(dòng)或急停時(shí)仍能保持很好的同步性。 　　3.3 程序設(shè)計(jì) 　　該糊口機(jī)控制系統(tǒng)的程序采用模塊化設(shè)計(jì)，分為主程序、子程序和中斷程序三大部分。主程序主要負(fù)責(zé)根據(jù)不同的條件狀態(tài)調(diào)用相應(yīng)的子程序、根據(jù)邏輯位調(diào)用中斷程序等功能;可以將在多個(gè)地方使用的程序段通過(guò)子程序模塊化，比如采樣子程序、超限報(bào)警子程序、PID控制子程序等，在具體使用的地方只需調(diào)用這些子程序，賦予具體的數(shù)據(jù)參量和存儲(chǔ)地址，這樣可大大提高代碼的使用效率，并減少了代碼的維護(hù)工作量;中斷程序主要包含PLC和變頻器通訊算法，同步調(diào)速控制算法，主要完成印刷切斷部和成型部傳動(dòng)電機(jī)的同步運(yùn)行的功能。同步控制算法如圖4所示。 [align=center] 圖4 同步控制算法流程[/align] 4 結(jié)論 　　該控制系統(tǒng)在長(zhǎng)春益成包裝廠投入運(yùn)行半年多以來(lái)，整套系統(tǒng)一直運(yùn)行正常，同步電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中跟隨性能和穩(wěn)定性能均有明顯的改善，提高了生產(chǎn)線的運(yùn)行速度和生產(chǎn)效率，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，在塑編包裝機(jī)械行業(yè)具有較好的推廣價(jià)值。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 西門子（中國(guó)）有限公司. S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè). 2004 　　[2] ABB（中國(guó)）有限公司. ACS 400用戶手冊(cè). 　　[3] 魯偉，麻紅昭. 基于PLC和模糊控制的涂布機(jī)同步控制系統(tǒng)[J]. 輕工機(jī)械，2004.3：87-89. 　　[4] 施火泉，張惠萍. 多電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的同步控制[J]. 江蘇：江南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2003.2（4）:373-374. 　　[5] 吳慎言等. 模型參考自適應(yīng)控制應(yīng)用在多電機(jī)同步拖動(dòng)中的初步研究. 電氣自動(dòng)化,1989,11（1）:17-19. 　　[6] 劉福才,張學(xué)蓮,劉立偉. 多電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)同步控制理論與應(yīng)用研究[J].控制工程， 2002.9（4）:88-89.