伺服系統在煙機電氣改造中的應用

摘要：小普托卷接機在煙廠中主要用于煙的生產試制，由于原機電氣故障頻發，維修費用昂貴，致使其無法正常運行，急需改造。改造后的系統采用FX2N PLC、FX2N一4D／A、MR—J2S—A伺服放大器、HC—KFS伺服電機以及F940GOT—SWD—C圖形操作終端，實現了對煙支長度的控制。文中介紹了系統硬件組成、參數設定、軟件設計以及運行結果。
關鍵詞：PLC；D／A轉換：伺服放大器；液晶觸摸屏
　　郴州卷煙廠的小普托卷接機是由德國虹尼公司美國分公司生產的世界上為數不多幾臺機車之一，其主要用來生產試制煙，由于其電氣故障頻發，致使其無法正常運行。同時在試制生產不同長度煙支時又存在拆換齒輪的問題。基于以上兩點，我們利用FX2N PLC、FX2N一4D／A、MR—J2S— A 伺服放大器、HC—KFS伺服電機以及F940GOT—SWD—C圖形操作終端等設備，對原有設備進行了改造，通過人機界面進行電機速度的調整，而不改變機器齒輪。實現了軟調整的功能，滿足生產的需求。
1 系統控制要求[3]
　　（1）傳感器采集部分。要求傳感器在機車運行時把采集到的邏輯信號傳送給PLC，PLC經過邏輯運算處理來控制機車的順序運行。
　　（2）D／A轉換部分。主要用來把PLC處理后的數字量轉換為模擬量信號送給伺服放大器。
　　（3）伺服放大器。要求伺服放大器實時采集D／A轉換器傳送的模擬信號，同時再與其設定的參數配合以完成控制電機的目的。
　　（4）終端人機對話操作控制。由于生產的煙支長度不同，因此在生產中要進行長度的控制，人機界面提供了長度選擇的功能，同時也可以動態的模擬機車的運行狀態以及實時顯示機車速度。
　　（5）對生產煙支長度的精度要求控制在0．05mm之內。
2 系統硬件配置
　　根據系統控制要求，采用伺服系統構成電氣控制的硬件配置如圖1所示[2]。

　　（1）PLC采用三菱FX2N系列FX2N 一64MR。
　　（2）伺服放大器三菱MR—J2S—A系列MR— J2S一10A，伺服電機采用三菱HC—KFS系列3．6kW 。
　　（3）D／A轉換模塊采用三菱公司FX2N一4DA其精度達到12位。
　　（4）人機界面是專為PIE的應用而設計的工作站，它具備與各種品牌PLC連接監控能力以及采用文字、圖形同步顯示PLC內部接點狀態及資料的能力，是一種互動的工作站。配備有液晶觸摸屏、通信接口、智慧型操作面板、打印接口等等。它取代了傳統的鍵控制系統及終端顯示系統，既節省了PLC的I／O模塊、指示裝置，又能實時顯示所需信息。
3 控制系統的軟件設計
　　控制系統的軟件包括PLC的控制程序和觸摸屏操作終端的監控系統，前者執行實時控制任務，后者實現人機交互功能[1]。
3．1 PLC控制程序[4]
　　它由數據采樣、數據運算、數據處理、控制信號處理等程序構成。
　　（1）數據采樣：程序在判斷生產煙支長度后，對傳感器采集的信號進行辨別后，程序根據傳感器的狀態進行邏輯處理，從而控制機車完成不同的工作過程。
　　（2）數據運算和數據處理：為了精確的控制煙支長度、配合終端顯示，對數據區中的數據進行處理，運用加、減、乘、除等多種運算方法。同時由于系統中采用了D／A轉換模塊，因此程序中也采用與其對應的專用指令。數據的運算采用復點方式，使其控制的精度更加的準確。
3．2 監控程序
3．2．1 監控軟件設計

　　軟件是由一組畫面組成，本系統除了設計有動態模擬設備當前運行畫面、I／O狀態顯示畫面、故障顯示畫面、故障查詢畫面，還設計有控制與操作畫面，可以從觸摸屏直接對煙支長度及機車運行速度進行調整，同時也可以對一些特殊的速度進行微調。靜態圖形的設計采用繪制軟件提供的通用控件，如：線條、文本框等進行繪制。動態圖形設計，通過傳感器采集的數據和PLC的處理來隨時變化，實現數據與圖形的動態連接。監控畫面運行時圖形屬性隨時數據改變而變化。
3．3 伺服放大器參數設定
　　由于本套伺服系統主要用來控制主伺服電機和切刀伺服電機的速度以滿足生產的需求，因此伺服放大器應設置為速度控制方式。設備改造后主要生產兩種長度的煙支，因此運行速度上要進行兩種設置，其一是模擬量輸入，其二是多機能端子控制，正常工作時多機能端子優先。
4 系統運行結果
　　本系統安裝調試完畢投運后，運行穩定，生產的煙支滿足了試制煙的需要，減小了原來手工的勞動量，減少了原料的損耗，受到了領導和員工的一致好評。