YP系列陶瓷液压自动压砖机位移速度控制系统

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摘 要:本文介绍了西门子可编程控制器常用编程语言在陶瓷压砖机位移控制过程中的应用,测试曲线表明,采用高级编程语言SCL的控制系统精度高、调速性能好、可操作性强。

关键词:PLC 位置检测;速度控制;陶瓷压砖机;SCL;计算模型

1 引言

yp系列陶瓷液压自动压砖机是集机、电、液、气于一体的高科技专用设备,也是陶瓷墙地砖生产线上最关键的装备之一。YP系列压机所采用的电气控制系统为西门子S7-300系列可编程控制器(以下简称PLC)。西门子PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置,能适应各种不同的工业控制领域,尤其适合陶瓷墙地砖这类工业生产环境较恶劣的领域。

西门子PLC的编程方式有梯形逻辑编程语言(LAD)、功能块编程语言(FBD)、语句表编程语言(STL)、S7-SCL编程语言、S7-GRAPH编程语言(顺序控制)、S7-CFC编程语言等。其中笔者比较常用的是LAD语言和SCL高级语言。

SCL是按照国际电工技术委员会IEC1131-3标准定义的高级文本语言。PASCAL类型语言在编写诸如回路和条件分枝时,用高级语言指令要比LAD容易,所以SCL更适合于公式计算、复杂的最优化算法或管理大量的数据。S7-SCL程序是在源代码编辑器中编写的,其技术保密性更强,它可以在CPU314及其以上的S7(包括400)中运行。

YP系列压机在动梁升降和压制、顶出升降、料车运动控制过程中,采用了定位精确的位移速度或压力闭环控制方法,结合高频响伺服比例阀和电磁比例阀控制技术,把压机压制力的精确性、压制过程的快速性和灵活性结合起来,使其在各种工况中发挥极高的效率。压机的其中一个重要参数是压制速度,压制速度的控制方式和精度是衡量压机的重要性能指标,是直接影响产品质量,生产效率和所需泵功率的重要因素。

下面介绍在压机控制系统中以S7-SCL高级编程语言为基础的动梁下降位移速度控制,简要说明其计算模型和编程实现方法。

2 YP4000型压机动梁下降位移速度控制模型

YP4000型压机动梁采用大通径高频响伺服比例插装阀控制,其型号为LIQ20-LE402。建立动梁位移速度控制模型,结合该阀通油能力大、控制精度高、响应时间快、动态性能好等特点,保证动梁运行的快速性,以及运动位置的准确性。位移速度控制主要包括两点:

(1) 位置检测,采用PLC的高速模拟量输入通道,高精度的增量式位移传感器,扫描动梁运动过程中的实时位移。

(2) 速度控制,在动梁运行过程中随着实时位移的变化,计算相应的输出指令,分别向电磁比例阀发出零速指令、加速指令,高速匀速运行指令、慢速爬行运行指令等,实现动梁的起动控制,加速控制、匀速控制、减速控制、低速爬行控制。

设计YP4000型压机动梁下降计算模型如下:

(1)已知:

1)动梁下降行程:L;

2)慢速爬行行程 L3,减速行程L2,快速行程L1(L1=L-L2-L3);

3) 快速段比例阀开度K1,慢速爬行段比例阀开度K2。

(2) 设定:

1) 动梁位置 LM;

2) 比例阀在各位置的开度 KD。

(3) 减速过程:

第一次减速

IF LM>L1 AND KD=K1

THEN

KD=0.5*(K1+K2)//先减50%

运用特殊算法减速

IF LM>L1 AND KD=0.5*(K1+K2)

THEN

KA=((0.5*(K1+K2))-K2)/L2^2 即

KA=((0.5*(K1-K2))/L2^2 //求系数常量KD= KA*(LM-(L1+L2))^2+K2 //求减速段每一瞬时位置的比例阀开度 (当LM=L1 时: KD=0.5*(K1+K2); 当LM=L1+L2 时: KD=K2)。

(4) 慢速爬行阶段:

IF LM>L1+L2

THEN

KD= K2

3 S7-SCL高级编程语言实现模型

//变量声明

VAR_INPUT

PL_DIS_AUTO: INT;//L

PL_DIS_SLOW:INT;// L3

PL_DIS_BRAKE:INT;// L2

P_VAL_Opening_FAST:INT; // K1

P_VAL_Opening_SLOW:INT;// K2

P_VAL_Opening_START:INT; //初速度

P_VAL_Opening_BRAKE1:INT;//减速速度

PL_POS_REAL:INT;// LM

PL_POS_BRAKE1:INT; //减速位置

PL_POS_SLOW:INT; //爬行位置

PL_POS_POWDER:INT; //结束位置

END_VAR

VAR_OUTPUT

P_VAL_Opening:INT;// KD

END_VAR

VAR_TEMP

PL_DIS_FAST:INT;//L1

P_VAL_Opening_tmp:INT;//KD变量

P_VAL_Opening_dec:INT;//KD增量

P_VAL_Opening_half:INT;//KD减半

END_VAR

//动梁起步和快速段

IF PL_POS_REAL

IF P_VAL_Opening_tmp

THEN

P_VAL_Opening_tmp:=P_VAL_Opening_tmp+1100;

ELSE

P_VAL_Opening_tmp:=P_VAL_Opening_FAST;

END_IF;

END_IF;

//减速增量计算

P_VAL_Opening_dec:=REAL_TO_INT(((0.5*((P_VAL_Opening_FAST-P_VAL_Opening_SLOW))/ PL_DIS_BRAKE**2))*(PL_POS_SLOW-PL_POS_REAL)**2)+P_VAL_Opening_SLOW;

P_VAL_Opening_BRAKE1:=(P_VAL_Opening_FAST

+P_VAL_Opening_SLOW)/2;

//动梁减速段

IF PL_POS_REAL>PL_POS_BRAKE1 AND PL_POS_REAL

//IF P_VAL_Opening_tmp>P_VAL_Opening_half THEN

//P_VAL_Opening_tmp:=P_VAL_Opening_half;

//ELSE

P_VAL_Opening_tmp:=P_VAL_Opening_dec;

//END_IF;

END_IF;

//动梁慢速爬行段

IF PL_POS_REAL>PL_POS_SLOWAND PL_POS_REAL

P_VAL_Opening_tmp:=P_VAL_Opening_SLOW;

END_IF;

END_IF;

END_FUNCTION_BLOCK

4实验数据

运用专用的恒力泰数据分析系统,采集频率设定为500Hz,对该模型在S7-314 2PTP型CPU上的实际输出模拟量信号进行实时波形图采集。采集波形如图1、图2所示。

其中,图1为动梁实际运行位移轨迹,图中可清晰看出,动梁在运动过程中明显分为启动阶段、加速阶段、高速匀速运行阶段、减速阶段和慢速爬行阶段。图2为算法模型的执行结果,YV204为CPU实际输出到伺服比例插装阀的模拟量信号,La为动梁起步加速段比例阀指令,Lb为动梁快速运行段比例阀指令,Lc为动梁减速段比例阀指令,Ld为动梁慢速爬行段比例阀指令。实验数据表明,动梁下降位移速度控制,采用S7-SCL高级编程语言进行编程,可很好地实现公式模型计算。

5 结束语

目前国内外陶瓷液压自动压砖机电气控制系统除极少数外,大部分已经采用PLC控制系统,或者采用基于PLC的计算机控制系统。对于YP系列陶瓷液压自动压砖机而言,灵活运用SCL编程语言,将对压机在位移控制、速度控制和压力控制等方面的性能带来极大的提升,并对提高压机压制速度和有效提高陶瓷墙地砖生产的效率有重大意义。

参考资料

[1]西门子.STEP7编程手册.

[2]西门子.S7-300可编程控制器硬件和安装手册.2003.

[3]韦峰山,冯瑞阳,彭沪新.力泰YP系列陶瓷液压自动压砖机性能及创新特点[J].陶瓷,2006,7.

[4]冯长印,张柏清.力泰压机新星可获取高质量和高产量制品的大吨位压机[R].2007.

[5]ATOS电液控制[M].样本F003-5/C,F003-1.

[6]黄长征,谭建平.液压机压制速度控制技术的现状与发展趋势[J].轻合金加工技术,2007:43.