PLC定位伺服系统在喷号机中的应用

本文介绍了PC及PLC控制喷号机的结构原理及控制系统,并由此控制系统研究、开发了全自动数字喷号机。该喷号机系统能自动完成号牌的准确定位、检测、喷号、清洗等工作,全过程安全性好,准确率高,反应快,很值得在工业领域中推广。

PLC定位伺服系统在喷号机中的应用

刘川

武汉理工大学信息工程学院，武汉 (430070)

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摘 要：本文介绍了PC及PLC控制喷号机的结构原理及控制系统，并由此控制系统研究、开发了全自动数字喷号机。该喷号机系统能自动完成号牌的准确定位、检测、喷号、清洗等工作，全过程安全性好，准确率高，反应快，很值得在工业领域中推广。 关键词：PLC，伺服电机，喷号机，伺服定位

中图分类号：TP273 文献标识码：B

1．引言

日益激烈的市场竞争迫切要求大型冶金企业改进现在的生产工艺，以达到降低产品成本和提高生产效率的目的。在钢铁行业中，为了实现质量管理，要求对连铸生产的钢坯进行编号，即将连铸机号、炉座号、炉号、流序号、生产时间编号及其它编号共同组成的唯一编号打印在钢坯的表面。

在连铸线上，钢坯一直处于高温状态（其温度高达1000℃），并伴有强烈的辐射。在这样恶劣的工作环境下，工人的劳动强度非常大；并且要保证喷号机在连续工作时有高的可靠性，就要求有高稳定性的产品作为控制部件，常规的控制设备不一定能解决这些难题，但可编程控制器(PLC)正是这类控制设备系统的最佳选择。

用计算机控制在热轧钢坯上喷号，这一技术在我国才刚起步。据有关冶金部门介绍，炼钢厂现行的工艺流程是钢坯冷却到一定温度后再输送到下一工序，但冷却的钢坯到了下一工序需要重新加热，这需要大量的能源。如果实现了计算机控制喷号，就会为实现“热轧热送”工艺创造条件，也可节省大量的能源。

开发一种全数字的自动喷号设备不仅可以使得个人的劳动强度大大降低、工作环境变好，而且可以提高劳动生产率、降低生产成本。PLC定位伺服系统控制的喷号机，具有可靠性好，性能价格比高，适用范围广等优点，适合于国内的冶金企业。而且随着喷号机产品技术的日臻成熟，其应用领域也会逐步拓宽。

2．系统组成及工作原理

2.1 系统组成

系统主要由PLC、工控PC、控制面板、伺服电机、伺服驱动器、信号调理及开关量测试板、传感器、喷头组、压缩空气控制电磁阀、涂料缸和清洗水阀等组成。控制系统原理框图见图1所示。

本文介绍了PC及PLC控制喷号机的结构原理及控制系统,并由此控制系统研究、开发了全自动数字喷号机。该喷号机系统能自动完成号牌的准确定位、检测、喷号、清洗等工作,全过程安全性好,准确率高,反应快,很值得在工业领域中推广。

图1 控制系统原理框图

2.2工作原理

首先通过键盘及显示器进行人机对话，输入需要的标注字符，并可根据需要进行字符修改。字符输入后经计算机处理再传输给PLC 和伺服电机驱动器，由PLC 控制定位机构的运动和喷头组喷涂系统的工作。为了保证系统的安全，当喷头前伸超过最大行程时，系统会发出超程报警信号，同时喷号机自动返回原始零位。

3．软件设计及分析

3.1 软件设计

系统软件设计结构主要由4大模块组成：控制模块、通讯模块、键盘驱动模块和显示驱动模块。控制模块主要完成喷印机的连锁检测与实时控制；通讯模块主要实现 PLC 与上位机的数据通讯；键盘驱动模块和显示驱动模块用来控制人机界面的输入/输出[1] 。 3.1.1 设计原理

该控制装置属于典型的伺服定位控制系统，其主要特点表现为偏差控制。只要给定值与实际值存在偏差，系统就参与控制；若偏差为零，则保持当前状态。在伺服定位位置控制过程中，喷号机的位置设定值可以通过人机界面或计算机操作键盘人工设定。由于号牌位置装置是通过伺服电机来传动，所以号牌位置可以用与伺服电机连接的伺服驱动器反馈到PLC，PLC周期性地根据位置设定值与实际位置值进行计算，给出电动机应有的速度，并通过脉冲输出模块输出至伺服电机控制器。

理想的定位过程要求定位既快速又准确，其定位过程曲线如图2所示，图中，S 为位置偏差，s0为位置初始偏差，vm为被控对象的最大线速，am为最大加速度[2]。

本文介绍了PC及PLC控制喷号机的结构原理及控制系统,并由此控制系统研究、开发了全自动数字喷号机。该喷号机系统能自动完成号牌的准确定位、检测、喷号、清洗等工作,全过程安全性好,准确率高,反应快,很值得在工业领域中推广。

图2 定位过程曲线图

为了尽快地消除位置偏差，使被控对象能够迅速地移动到所要求的位置，应使电动机以最大加速度am启动。在加速阶段有下列关系：

v=amt

位置偏差为

s=s0 ∫amtdt

1

s=s0 则到达vm的时间为

t=

1

amt2 （1） 2

vm

（2） am

1

amt2 （3） 2

将式（2）代入式（1），则此时的位置偏差为 s1=s0 式（3）中

1

amt2是加速阶段移动的距离，由于此时尚未达到所要求的位置，因此还将以最2

大速度vm继续匀速移动。但是到什么位置减速，则是一个很重要的问题，既要处理好减速时间，又必须综合考虑使定位时间最短，且定位准确的问题。为此，应采用最大加速度和最大减速度相等的原则，使减速阶段移动的距离等于加速阶段移动的距离。如果在s2=

1

amt22

处开始以-am开始减速，那么速度减到零时必然能够达到所要求的设定位置，即 s =0。

本文介绍了PC及PLC控制喷号机的结构原理及控制系统,并由此控制系统研究、开发了全自动数字喷号机。该喷号机系统能自动完成号牌的准确定位、检测、喷号、清洗等工作,全过程安全性好,准确率高,反应快,很值得在工业领域中推广。

3.1.2 程序流程图

为了提高该设备的自动化程度缩短辅助时间，程序应满足多次喷号一次性设定功能，即系统可自动完成多个钢坯的喷号动作。除此以外，系统还应具有超时报警保护功能。系统主程序流程图及控制程序流程图分别见图3、图4。

图3喷涂控制主程序流程

图4 控制程序流程图

本文介绍了PC及PLC控制喷号机的结构原理及控制系统,并由此控制系统研究、开发了全自动数字喷号机。该喷号机系统能自动完成号牌的准确定位、检测、喷号、清洗等工作,全过程安全性好,准确率高,反应快,很值得在工业领域中推广。

3.2 软件分析

3.2.1 主程序

系统通电，系统执行初始程序，利用键盘完成操作人员的操作。当操作员输入所需喷写的方坯字符并确认后, 计算机将其保存为当前喷涂号码。

当操作员进行对位操作时，计算机就发出一个信号，启动PLC控制定位系统工作，使喷涂系统对准钢坯。

当操作员进行喷涂操作时，计算机发出信号，使PLC 控制喷头组按当前喷涂字符编码进行逐字符喷涂。

喷涂完毕, 喷号机自动进行清洗操作。 3.2.2 控制程序

当给定参数设定完毕，确认无误，系统开始执行控制程序。程序根据给定的控制指令和控制参数计算出PLC脉冲输出的脉冲数，设定启始频率，最高工作频率和加减速时间，给出脉冲输出开始指令。伺服电机接收到脉冲指令后驱动喷头组工作，当达到预定脉冲数或接收到停止信号后，停止脉冲输出，伺服电机停止运动，喷头开始喷号，冲洗。当收到返回指令后，喷号机返回原始位置，进入下一过程控制。

4．总结

目前，该设备投入生产运行至今，效果好，系统稳定，生产效率大大提高。由于该设备的装机水平较高，系统检测精度，定位控制可靠性及自动化程度等方面将超过原有的喷号机， 使设备的使用寿命大大延长，减少设备的维护工作量及维护费用，降低生产成本和工人劳动强度。

参考文献

[1] 宋东飞．板坯连铸喷印机控制系统[J]，控制工程，2004，VOL.11，NO.2

[2] 王建平，靖新．利用 PLC脉冲输出和高速计数功能实现轴的精确定位控制[J]，沈 阳 建 筑 大 学 学

报，2006，VOL.22，NO.1

The Application of PLC Positioning Servo System to

Automatic Numerical Injection Machine

Liu Chuan

School of Information Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan (430070)

Abstract

This paper provides the principle of structure and control system of automatic numerical injection machine which is controled by PC and PLC. This injection machine can carry out positioning, detecting, injecting and washing automatically. All processes are safe, quick response and high accuracy,and worth in the industry domain promoting very much.

Keywords：PLC，servo motor，Injection Machine for Number，positioning servo

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/rwu1.html