西门子6GK7243-1EX01-0XE0常备现货
0 引言
目前国内同类设备多是垂直层绕（焊丝与收线轴垂直），设备易受干扰，停车频繁，焊丝的张力不均。基于滞后角控制的自动排线系统可提高排线的精度和性能。通过可编程控制器PLC进行角度闭环控制，使焊丝以固定的滞后角度 β在工字轮上进行高速层绕。PLC检测到角度值并与设定值比较，偏差使PLC发出脉冲信号给伺服电机驱动直线单元运动，使偏差趋于零，以达到焊丝以固定滞后角层绕。利用人机界面完成设备数据的输入和实时监测。设计实现了在换向区外正常速度跟踪，换向开关动作后快速追赶至同步速度跟踪，焊丝到达工字轮边缘后再次形成新的滞后跟踪的自动排线系统的控制，满足了排线系统自动平稳排线的要求[1>-[2>。
1 层绕的工艺原理
自动排线器的结构如图1所示。排线器采用滞后角排线，伺服电机通过滚轴丝杠及滑轨推动排线器以一定的角度排线。在收线工字轮的内径区域，当从一侧向另一侧排线时，整个区域分成一般跟踪和换向跟踪两个区域。在一般跟踪区域采用固定滞后角跟踪模式，在换向区内采用变角度跟踪模式。由于焊丝在层绕至工字轮边缘时，会自动向相反方向层绕，在这个过程中，不允许焊丝有超前角度层绕，否则焊丝间会出现缝隙，下一层将出现瑕疵，层绕将被迫中断。因此换向区内的角度检测与控制至关重要。
Fig1 Automatic Arranging Welding Wire System
图1 焊丝层绕机自动排线器
Fig2 The Change Process of Angle in reversing Area
图2 换向区内角度的变化过程
通过换向开关动作自动形成直线单元移动方向标志，左换向开关置位右行标志，复位左行标志;右换向开关置位左行标志，复位右行标志。收线与倒线开关的上升沿将对直线单元的左右行走标志取反。以收线右换向为例，当右换向开关动作瞬间，直线单元以6倍基速快速推进至β≤0;当主电机继续旋转，直线单元以基速继续跟踪，当焊丝缠绕接近至工字轮的右边一圈线时，直线单元停止，同时复位直线单元右行标志，置位左行标志。收线左换向同理于收线右换向。收线左行时，角度α维持≤中心角+滞后角;右行时，角度α维持≥中心角-滞后角。换向区内角度的变化过程如图2所示。
2 控制系统结构以及工作原理
2.1控制系统结构
Fig3 The Control System for Arranging Welding Wire
图3 排线器控制系统
Fig4 The Control Block
图4 控制方框图
根据排线器的排线原理，控制系统首先必须完成排线角度的实时检测。设计采用1000线增量式编码器与PLC程序的结合实现的数字角度传感器进行排线角度的实时检测，传感器的分辨率为0.09°，满足小线径为0.8mm的焊丝在主轴上层绕一圈角度检测的要求;通过接近开关的动作来实现直线单元正常区域和换向区域的跟踪;通过PLC的输出脉冲控制伺服电机驱动直线单元的运行[3>。
2.2 直线单元工作原理
直线单元的行进速度应与主轴转速相匹配。通过主轴上安装的速度传感器，测算出主轴的旋转角速度N（转/秒）。工字轮上焊丝沿轴向的移动速度为V= N＊Φ ，其中Φ为焊丝线径，单位mm，V的单位为mm/s。为保持排线机构与主轴上焊丝移动速度的同步，即保持固定的滞后角，直线单元的推进速度应等于V。为确保滞后角的jingque同步，直线单元的行进速度应等于V加上角度回路输出值（偏移量），V转换成伺服电机的转速（脉冲数/秒）为：
脉冲速率=M＊N＊Φ/d（个/秒） （1）
其中, N为主轴的旋转角速度（转/秒）, Φ为焊丝线径（毫米）, M为伺服电机的码盘的每圈线数，d为滚轴丝杠的导程（毫米/转）。
根据式2-1伺服电机给定脉冲速率的计算公式，其取值范围为0～25000 P/S，故MV的输出饱和上限值应设为2500 P/S。
3 基于角度控制的程序编制
3.1排线角度检测
Program1 Angle Measuring
程序1 角度检测
Program2 Master Speed Measuring
程序2 主速度检测
硬件高速计数器采用4倍频的工作模式，在中断服务程序中实现角度传感器的回零功能。如程序1所示。
3.2主轴速度检测
采用M测速法，以固定时间中断（不受PLC程序扫描时间的影响）的方式测算主轴速度，即由每0.4秒光电码盘的计数脉冲值测算出主轴速度。如程序2所示。
3.3滞后角层绕的闭环控制
这部分程序是层绕机控制系统软件的核心，流程框图见图5所示。
可编程控制器简称——PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。
PLC是在继电器控制逻辑基础上，与3C技术（Computer,Control,Communication）相结合，不断发展完善的。目前已从小规模单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。
PLC早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩大下面就其在公路交通领域的应用做一简单介绍：
PLC型交通灯控制器
将PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行jingque控制，特别对多岔路口的控制可方便的实现。目前大多品牌的PLC内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。由于PLC本身具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。
公路收费系统中的应用—PLC型车道控制机
每个公路收费站，其车道机电设备配置、型号各有不同，因此用于控制这些设备的主机—车道控制器的结构也不尽相同，通用性、可维护性较差，不利于使用及维修，以PLC作为主机开发出的新型车道控制机，不仅可使其通用性、维 护性得到大程度上的改善，还可以在使用寿命、稳定性机控制功能方面获得极大提高，具体叙述如下：
1. 对棚灯及雾灯的控制
如前所述，由于PLC本身具有时钟功能，通过软件编程，可对棚灯、雾灯进行无人化、智能控制。
2. 对费额显示器的控制
PLC本身具有上位机接口，可接收上位收费计算机下传的数据，而PLC具有各种译码指令，可将接受的数据转换成七段显示码，输出给LED数码管进行数据显示。
3. 对挡车器的控制
将PLC用于对挡车器进行控制具有以下几方面的优势 。
（1）使用寿命长：从目前反馈情况看，目前挡车器控制电路的使用寿命大部分均不足五年这与其电路设计、元器件选型、工作环境及控制方式等因素有关，是其本身无法克服的固有缺点。PLC作为工业控制单元，应用于各种控制环境，内部电路、机械结构设计极为精良，所用器件均选用标准工业级产品，其使用寿命一般可保证在十年以上。
（2）性能稳定可靠，抗干扰性好：PLC应用于各种工业控制现场，其硬件及软件设计均考虑到各种生产环境，其电压适用范围很宽，具有极强的抗电磁干扰、抗震动、抗高温、高湿等特性，性能极为稳定、可靠。
（3）功能强大，实现灵活，可扩展性好：PLC型挡车器作为老型号挡车器的升级产品，其功能得到极大增强，目前可实现的功能有：自动抬杆、自动落杆、防砸车、防砸人、各种情况的自动报警、设备保护及故障识别等。以上功能可实现各种组合，并可根据实际需要改变上述功能的控制过程及方式，并可根据使用者要求在不增加或少增加硬件的基础上开发新的控制功能。
（4）良好的性价比：虽然PLC型挡车器的性能及功能较现有挡车器有极大提高，但其成本的增加与其性能的提高并非成线性关系，所以无论将其作为整机用于新品开发，还是作为老设备改进均有其良好的性价比。
PLC作为一门控制技术在我国已有近二十年的应用，并已从工业控制逐渐向其他行业扩展，相信随着
1 引言
实木质装饰线条（又称木线条）是室内装饰用基础建筑材料。室内装饰工程的实木线条主要用于美化和保护装饰面板的收口位置，例如门套线、平板线、半圆线、阴角线、百叶线等。实木质线条由专用机械将各种木材剖析加工而成。由于木线条细长，对于木质要求较高，需用柚木、山毛榉（大多为红榉）、白木、水曲柳、椴木等“无节木”树材加工。木线条的加工质量是装饰效果的关键。木线条表面加工工艺的优劣，对油漆后的装饰成品形态和视觉效果有直接影响。
自动化木线条砂光机属于木材表面精加工专用木工机械。自动线条砂光机是对各种形状木线条进行砂光的机器，利用砂带、砂布(纸)砂光木工件表面，适合异性线条的砂光，减少人力，增进产能。复杂的直线仿形边的砂光，砂带速度和送料速度均采用无级变速。
2 基于台达机电一体化技术的砂光机
2.1 机械结构
（1）砂光功能与整机结构。适用于直线和L型较复杂之直线仿形砂光机，能一次同时砂削三个面两角。
整机结构参见图1。从进料位可看出,工位砂架1号是砂削木块上侧面；工位2号、3号是砂削及抛光木块右侧面；工位4号、5号是砂削及抛光木块左侧面，一次性共砂削三个面，进料处有一个光电开关，送料电机配有一个编码器计算加工量及计算位置。
（2）无级调速。砂带砂轮速度采用变频调速，能满足各种材质需求，操作方便。
（3）进给工位自动补偿。根据加工量增加来启动气阀进行仿形轮的自动进给补偿，保证砂头不会因磨轮的磨损而改变砂削效果。
图1砂光机整机
2．2 机械性能设计
机械性能设计是机电一体化自动化系统设计的基础。机械性能设计参参见表1。
表1砂光机机械性能
工作宽度范围 | 50-130mm | 三角砂架砂带线速 | 8-18m/s |
工件小长度 | >=660mm | 三角砂架倾斜角度 | 0- +90 |
工件厚度范围 | 10-80mm | 砂带张紧气压 | 0.2-0.3Mpa |
三角砂架磨削大有效宽度 | 60mm | 压模块顶出气压 | 0.3-0.5Mpa |
单轴砂架磨削大有效宽度 | 80mm | 砂头砂带线速度 | 8-13m/s |
送料速度 | 9.0-57m/min | 砂头可倾斜角度 | 0- +90 |
送料电机 | 1台(PCS)380V、50Hz、1.5KW、1400r/min | 电气总功率 | 12.86KW |
三角砂架电机 | 3台(PCS)380V、50Hz、2.2KW、1410r/min | 外形尺寸 | 6050*2000*1750mm |
三角砂架摇摆电机 | 3台(PCS)380V、50Hz、0.12KW、1400r/min | ||
砂头电机 | 2台(PCS)380V、50Hz、2.2KW、1410r/min |
2．3 台达自动化体系设计
根据设备装置及工艺的要求，选择台达SV 系列PLC自动化技术平台。台达SV系列是台达Slim家族的新成员，不但体积小而且性能高，由于一个28点的主机上就有4信道200kHz高速脉冲输入和4通道200kHz高速脉冲输出，所以一台机器上只要一个28点的主机即可实现。另外，SV系列PLC超强的网络通讯功能为设备联网和工厂信息化提供了可能性，使客户无需增加额外的硬件投资即可实现轻松联网。满足了砂光机工艺高速计数要求。
电气自动化总配置选择台达机电产品： 台达触摸屏DOP57CSTD； SV 系列PLC主机DVP28SV11R；8DI/8DO继电器扩展模块DVP16SP11R；8DO继电器扩展模块DVP08SN11R；高功能低噪音迷你型变频器VFD022M43B分别驱动1号砂架电机 、2号砂架电机、3号砂头电机、4号砂架电机、5号砂头电机。系统构架参见图2。
图2 系统构架
2.3人机界面与操作
根据工艺的要求，在设计时每一个工位是独立分开的，可以任意选择，方便用户操作。在每一个工位里有一个隐藏按钮,启用了工位才可以按取隐藏按钮进入启用工位的参数设定及调试监控，如图3 、图4所示。
图3 工位选择
图4工位操作
图4中每一个砂架上都配有一个吹灰阀吹干净砂削的木削粉。压模块推出长度设定:指木块起始端从光电开关ON时编码器开始有料计数达到设定此置时压模块推出开始削木块。压模块退回长度设定:指木块尾端从光电开关为OFF时编码器开始无料计数达到此设定数值时为退出压模块停止砂削木块。每个工位的旋转速度（变频器速度）在触摸屏上调整改变了以前在面板上调节。砂架2、4同理。
图5 砂头3工位操作
图6砂头5工位操作
图5显示砂头工位3控制画面，砂头推出长度设定跟压模块推出长度设定动作原理一样,砂头是用来抛光木块用的，而砂架上的是砂纸用来打磨用的，两者的功能用途不一样。此画面有补偿阀有开关选择可启用或者关闭此工功能，开始此功能时，须设定位置来补偿，这设定值是指在砂头抛光木块多少个厘米开始补偿一次，实现不会因为砂轮抛光木块多而直径减小，造成抛光不到木块。后面有一个显示值可实时观看到当次补偿后的抛光木块数量。砂头工位5原理相同控制画面。
2.4故障处理
触摸屏设计报警画面如图7图所示。当有报警时此画面会自动调出，并显示当前的警报故障。
从警报内容可看出，警报号1—5分别是变频器通信故障，当没有接通信线时或者说通信断了及接错了，都会报站号的变频器通信故障报警,以便电气工程师查询；警报号8—12分别是变频器过载报警；警报号13指输送电机过载；14号编码器故障，没有接编码器或者说相位接错及缺相者会报14 编码器信号错误。 在总个机械上装有多个急停按钮，因此在触摸屏上专做一个子画面显示急停按钮信息。当任何一个急停按钮按下时，触摸屏会自动跳出图7的子画面并一直显示，直到全部急停按钮都释放后，图7画面会自动关闭。总个电气有报警信息显示，方便电工及操作工的故障排除。
3 结束语
该设备用于装饰线条的直线异行面砂光,是木线条、竹线条等饰条生产的理想设备，能大幅提升的产品品质，提高生产效率，降低加工成本，有效解决了线条生产中砂光环节用工多、工作粉尘大、质量难于控制等问题。台达机电产品在木工行业广泛运用得到木工加工行业用户的好评。机电产品功能灵活性以及技术支持深受众多木工设备制造商电气工程师欢迎。
