锦州西门子S7-300代理商

1  引言

    汽包水位系统是一个具有较大的扰动和非线性特征的滞后系统。目前，对汽包水位的控制大多采用常规PID控制方式，但由于常规PID控制参数是固定不变的，几乎找不到能适应上述各种扰动的控制参数，从而其控制效果往往难以满足要求，造成系统不稳定甚至失控。这里介绍我们开发的一套PLC和单片机联合控制的系统。

2  系统硬件配置

    这套中小型工业锅炉控制器主要由单片机和PLC两大部分组成，控制系统的结构图1所示。

图1     工业锅炉模糊控制器系统图

对汽包水位的测量，采用了量程为[-100mm，+100mm]，分辨率为5mm的干簧圆筒式水位计。磁浮筒对干簧管产生磁场作用，对应生成相应的水位信号，水位信号送入单片机输出5位二进制水位到PLC，同时也送于单片机。单片机根据预先设定好的工艺条件，将水位的数值，阀值的数值和相关的报警信号输出显示到面板上。

    就地汽包两侧水位计的水位高报警，低报警不送入单片机，直接送至PLC。操作面板上的6个面板上的6个按钮开关状态也连接到PLC的输入端子上。PLC根据所有的输入信号，执行相应的控制算法，计算结果通过输出端去控制对应的设备。

    输入信号由单片机采集处理后送到PLC，只有重要的水位高/低保护信号不通过单片机直接送到PLC。从安全性来考虑，首先，有两套汽包水位测量装置，水位信号测量准确，可靠。并设置有水位偏差偏差报警功能，当两侧水位测量偏差超过一定值时，送控制器面板显示。其次PLC抗干扰能力强，不易出故障。采用单片机后，PLC输入/输出量大大减少了，输入量减少到18点，输出量减少到10个点，且单片机价格便宜，使得整套系统成本较低。
 
3  基于模糊理论的PLC软件设计

3.1  模糊控制器设计步骤
    为得到在输入是e和△e条件下控制量u的大小，首先根据实际论域并确定量化等级[-6～+6]，得到量化因子分别为Ke=0.06，K△e=0.5，Ku=15.3。

    选择描述某一模糊变量各个模糊子集时，要使他们在论域上分布合理，即他们应该较好的覆盖整个论域。在定义这些模糊子集时要主意使论域中的任何一点对这些模糊子集的隶属度的大值不能太小，否则会在这样的点的附近出现不灵敏区，以至于失控，使模糊控制系统控制性能变坏。
采用的模糊条件语句为:if{e=Ai and △e=Bi then u=Ci i=1，2...}其中Ai，Bi，Ci分别为各自论域上的语言变量值。这样可以得到如附表的控制状态表。

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后利用加权平均法得到其终输出量化结果，jingque化后得到其控制量

3.2   部分PLC程序 
    程序主要包括安全保护，手动控制和自动控制三部分，如图2所示。

图2     部分自动控制程序

图3     部分自动控制程序

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    其中手动部分操作者能根据水位，压力变化控制A，B泵的开关时间，以及送引风机的状态。自动部分主要是根据从单片机上采集的水位数据，确定量化数，从而对A，B泵以及风机的控制，基本程序如图3所示。首先得到从单片机送来的安全水位信号，根据编码得到水位落在哪个量化区间内，然后根据IR201存储的历史信息对A，B泵开关和开关时间时间X以及送引风机进行自动控制。

4  结束语

    这套系统相应速度快，控制精度高，结构合理，功能齐全，软硬件配置可靠性高，具有较高实用价值和推广前景，能够适应工业锅炉的控制要求。节约了资金和人员投入，又提高了工业锅炉的自动控制水平，消除了事故隐患， 此外，系统还极大的减少了控制系统的维护工作量及设备备品，备件的更换量和更换周期，经济效益可观。

 近年来，人们更关注的是步进电机的变频特性。由于事物变化的不均匀性，定频技术越来越显示出它的局限性，而变频技术却能很好地适应各种随机变化的系统。本文就是介绍采用PLC控制的步进电机的变频特性，使其运用在纺织机的送经装置中。

    用可编程控制器（PLC）产生各种步进脉冲驱动步进电机去达到各种控制、测试目的己屡见不鲜了。步进电机由于具有转子惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，成了工控的主要执行元件之一，尤其是在jingque定位场合中得到了广泛的应用。但近年来，人们更关注的却是它的变频特性。由于事物变化的不均匀性，定频技术越来越显示出它的局限性，而变频技术却能很好地适应各种随机变化的系统。

    PLC对步进电机的控制

    PLC是广泛应用于工业自动化领域的控制器，它的功能越来越强，性能越来越先进。为了配合步进电机的控制，许多PLC都内置了脉冲输出功能，并设置了相应的控制指令，可以很好地对步进电机进行控制，图1是松下FP0-C16T晶体管输出型PLC的输出电路结构。

图1 PLC输出电路图

    FP0-C16T型PLC有两个脉冲输出端Y0和Y1端，随着控制方式的不同，有三种脉冲输出形式。

    (1) 这两个脉冲输出端可以用来作为两个不带加减速的单相脉冲输出端，主要使用PLS和SPD1指令进行控制，颠率范围为0Hz_10KHz，可以连续输出，也可以脉冲中形式输出，可以同时单独输出。

    (2) 可以作为两相可变占空比的连续脉冲输出端，主要使用PWM指令控制，占空比设置范围为0%_。频率设置范围0.1Hz_999.9Hz。

    (3) 可以作为带梯形加减速的两相脉冲输出，主要使用PULS和SPD1指令控制，频率变化范围0Hz_10KHz，加减速率10Hz／10ms_10KHz／10ms，可以连续输出，也可以脉冲串形式输出，这里又分为两种控制方式，一种是脉冲+方向控制(Y0、Y1输出脉冲，Y2、Y3输出方向)，一种是正反向脉冲输出(Y0输出CW脉冲，Y1输出CCW脉冲)。如果使用Y0、Y2分别进行脉冲、方向控制，控制系统如图2所示。如果使用Y0作为脉冲输出，可以通过如图3所示的方法实现两相脉冲输出。

图2 脉冲、方向输出图

图3 双脉冲输出图

    PLC控制步进电机在送经装置上的应用

    采用PLC控制的步进电机的变频特性运用在纺织机的送经装置中很好地解决了经纱内部张力不均匀的问题，使产品的质量产生了质的飞跃。

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    (1) 经纱张力信号检测

    本装置是通过检测后梁的摆动是否超出范围来检测经纱张力的波动是否满足要求，不满足要求时就控制送经装置予以调整。如图4，当经纱2的张力发生波动时，活动后梁4带动张力感应杆5绕点O摆动。当检测片6进入接近开关7的有效作用区时，接近开关7就发出一高电平信号。以PLC为核心的控制器根据这一信号和主轴位置信号，启动步进电机13，驱动织轴送出经纱。接近开关7’是极限张力检测开关。当经纱张力过大或过小时，检测片6将遮挡接近开关7’，7’输出的高电平信号到控制器后，控制器就会关掉织机，以便进行人工处理。主轴位置的检测是为了控制送经运动的允许时间，以避开打纬，保证纬纱能被打紧。主轴位置的检测同样采用的是接近开关非接触式检测。

图4 送经装置结构图

    (2) 织轴驱动系统

    织轴驱动系统由步进电机驱动器、步进电机、蜗轮减速器和织轴四部份组成。它的作用原理是：控制系统送来的信号经驱动放大处理后，驱动步进电机转动，然后经过减速器减速，再传动织轴，放出经纱。

    对于织机送经机构，其负载特点是：当步进电机正转送出经纱时，经纱张力不是负载阻力，而是驱动力。因此步进电机只需输出较小力矩，克服蜗杆蜗轮自锁性，织轴即可回转经。此时步进电机转速可能较高(由纬密定)；当步进电机反转张紧经纱时，经纱张力是负载阻力，步进电机需输出较大的驱动转矩，而此时步进电机转速要求较低，步进电机的输出矩频特性(如图5虚线所示)正好与其相适应。因此、步进电机非常适合于这类伺服机构低转速大转矩、高转速小转矩和高精度的要求，是织机送经机构理想的驱动元件。

图5 织机送经装置负载转矩图

    送经装置采用的是2相56系列步进电机DM5676A。它的技术指标如下：步距角：1.8_；相电流：2.0A；保持转矩：1.35Nm；静转矩：0.07Nm；转动惯量：4.6*10-5Kgm2。反应式步进电机具有结构简单，经久耐用，力矩－惯性比高、步进频率高、响应快、步距角小等优点，是目前国内外应用多的一种步进电机。

    由于步进电机调速方便、调速范围宽，所以步进电机送经装置不用变换齿轮也能满足纬密2_120根/cm。电子送经装置则不能做到这一点，在此纬密范围内至少需要三档变换齿轮。步进电机送经装置的技术指标如下：

    结 语

    实验效果表明，本文研制的步进电机送经装置性能良好，工作可靠。配上多种功能的人机界面后可以实现织轴收放经纱的可视化操作，改变纬密的键盘输入，防止开车横挡，出现异常情况时自动关车报警等功能。

MZQ-200型纵向切片机作为生产装修板的主要机械，其基本工作原理是:机头通过特殊输送带按一定的压力压住木料，正向刨切成一定规格的薄片，每次刨切后并返回，接着机头下降，周而复始。

    早期的切片机每次刨切后进给量是通过时间继电器控制普通的三相异步电动机来实现的，靠电磁刹车停止进给,但由于三相异步电动机的转速因负载的不同而变化，所以每次进给量是不相同的，终造成压力不均，致使切片厚度不同，甚至无法刨切。也有通过调整微动开关的位置来控制进给电机的停止，来实现压力控制，但由于微动开关调整要凭借经验，所以也不利于调整。
随着工控技术的不断发展,可编程序控制器的性能价格比越来越高,步进电机受脉冲控制,位移量取决于脉冲数,而PLC又具有脉冲输出、脉冲控制功能，PLC与步进电机很容易实现位置控制功能。本系统将机头进给改为PLC控制步进电机,构成开环控制来实现jingque进给。

2  系统构成
    采用LG公司的PLC集中控制(内置2轴位置控制功能、高速计数功能等，编程软件采用梯形图)，采用KINCO公司的步进电机及步进电机控制器，另外用Easy view触摸屏与PLC通讯，显示、设定有关参数。其系统流程如图1所示。

 图1    系统流程图

(1) 系统设计
因为本系统只有一台步进电机，所以只有1轴位置控制，其中P40为PLC位置通道1的脉冲输出端子，P42为方向控制端子。PLC与步进电机控制器及步进电机接线如图2所示。

图2      PLC与步进电机控制器及步进电机接线图


图3      参数设定界面

    利用位置启动指令POSDST  S(通道指定)、N1(/相对坐标)、SV1(位置地址)、SV2(位置速度)可以实现定量控制，利用POSJOG指令实现点动控制，点动速度及方向可以通过梯形图设定。在位置控制界面可以设定加速时间(Accel)、减速时间(Decel)、电子齿轮间隙(Backlash comp)、基本速度(Bias Speed)及上限速度(Speed limit) 设定点动的上限(High speed)及下限速度(Low speed)(单位为PPS)等参数，如图3所示。

(2) PLC通过RS232端口与触摸屏实现数据通讯
PLC通过RS232端口与触摸屏实现数据通讯，通过触摸屏显示有关数据以及帮助信息，设定有关数据。例如机头每次进给的距离，实际终转换为PLC输出的脉冲数，终控制步进电机进给步数。例如当传动比为1:30，丝杠螺距为6mm，步进电机200步/转时，步进电机设定步数(n)与机头实际进给量的关系为:n/200×1/30×6=0.1mm，即步进电机每走100步机头进给量为0.1mm。其中n就是PLC的位置地址，可以通过触摸屏设定，适当设定触摸屏的数值输入参数的小数点位置，即可以改变数值的10n或101/n倍。设定在触摸屏上输入0.1mm，对应PLC的输入数值即为100，PLC将通过指定通道输出100个脉冲，从而控制步进电机运行100步。以上设定是为了使操作者更加方便、直观地设定参数。

    如果忽略机械传动间隙，不难得出本机机头自动下降精度为1/200×1/30×0.6mm=0.001mm。
有关PLC的位置控制参数设定及梯形图请参照图4。

图4     PLC的位置控制参数设定及梯形图

    另外利用PLC的减计数器指令，可以预先设定刨切数量，以方便定量包装。

3  结束语
    ，利用PLC控制步进电机实现进给，简化了电路的设计，提高了系统的稳定性、设备的进给精度，通过编程软件可以方便的编制梯形图以及设定有关参数，利用触摸屏可以准确、直观的显示、设定有关参数，有效的提高了产品质量以及设备档次