YP系列陶瓷液壓自動壓磚機位移速度控制系統

摘 要:本文介紹了西門子可編程控制器常用編程語言在陶瓷壓磚機位移控制過程中的應用，測試曲線表明，采用高級編程語言SCL的控制系統精度高、調速性能好、可操作性強。

關鍵詞:PLC 位置檢測;速度控制;陶瓷壓磚機;SCL;計算模型

1 引言

YP系列陶瓷液壓自動壓磚機是集機、電、液、氣于一體的高科技專用設備，也是陶瓷墻地磚生產線上最關鍵的裝備之一。YP系列壓機所采用的電氣控制系統為西門子S7-300系列可編程控制器(以下簡稱PLC)。西門子PLC是專門為工業生產環境而設計的控制裝置，能適應各種不同的工業控制領域，尤其適合陶瓷墻地磚這類工業生產環境較惡劣的領域。

西門子PLC的編程方式有梯形邏輯編程語言(LAD)、功能塊編程語言(FBD)、語句表編程語言(STL)、S7-SCL編程語言、S7-GRAPH編程語言(順序控制)、S7-CFC編程語言等。其中筆者比較常用的是LAD語言和SCL高級語言。

SCL是按照國際電工技術委員會IEC1131-3標準定義的高級文本語言。PASCAL類型語言在編寫諸如回路和條件分枝時，用高級語言指令要比LAD容易，所以SCL更適合于公式計算、復雜的最優化算法或管理大量的數據。S7-SCL程序是在源代碼編輯器中編寫的，其技術保密性更強，它可以在CPU314及其以上的S7(包括400)中運行。

YP系列壓機在動梁升降和壓制、頂出升降、料車運動控制過程中，采用了定位精確的位移速度或壓力閉環控制方法，結合高頻響伺服比例閥和電磁比例閥控制技術，把壓機壓制力的精確性、壓制過程的快速性和靈活性結合起來，使其在各種工況中發揮極高的效率。壓機的其中一個重要參數是壓制速度，壓制速度的控制方式和精度是衡量壓機的重要性能指標，是直接影響產品質量，生產效率和所需泵功率的重要因素。

下面介紹在壓機控制系統中以S7-SCL高級編程語言為基礎的動梁下降位移速度控制，簡要說明其計算模型和編程實現方法。

2 YP4000型壓機動梁下降位移速度控制模型

YP4000型壓機動梁采用大通徑高頻響伺服比例插裝閥控制，其型號為LIQ20-LE402。建立動梁位移速度控制模型，結合該閥通油能力大、控制精度高、響應時間快、動態性能好等特點，保證動梁運行的快速性，以及運動位置的準確性。位移速度控制主要包括兩點:

(1) 位置檢測，采用PLC的高速模擬量輸入通道，高精度的增量式位移傳感器，掃描動梁運動過程中的實時位移。

(2) 速度控制，在動梁運行過程中隨著實時位移的變化，計算相應的輸出指令，分別向電磁比例閥發出零速指令、加速指令，高速勻速運行指令、慢速爬行運行指令等，實現動梁的起動控制，加速控制、勻速控制、減速控制、低速爬行控制。

設計YP4000型壓機動梁下降計算模型如下:

(1)已知:

1)動梁下降行程:L;

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

3) 快速段比例閥開度K1，慢速爬行段比例閥開度K2。

(2) 設定:

1) 動梁位置 LM;

2) 比例閥在各位置的開度 KD。

(3) 減速過程:

第一次減速

IF LM>L1 AND KD=K1

THEN

KD=0.5*(K1+K2)//先減50%

運用特殊算法減速

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 //求系數常量KD= KA*(LM-(L1+L2))^2+K2 //求減速段每一瞬時位置的比例閥開度(當LM=L1 時: KD=0.5*(K1+K2); 當LM=L1+L2 時: KD=K2)。

(4) 慢速爬行階段:

IF LM>L1+L2

THEN

KD= K2

3 S7-SCL高級編程語言實現模型

//變量聲明

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;//減速速度

PL_POS_REAL:INT;// LM

PL_POS_BRAKE1:INT; //減速位置

PL_POS_SLOW:INT; //爬行位置

PL_POS_POWDER:INT; //結束位置

END_VAR

VAR_OUTPUT

P_VAL_Opening:INT;// KD

END_VAR

VAR_TEMP

PL_DIS_FAST:INT;//L1

P_VAL_Opening_tmp:INT;//KD變量

P_VAL_Opening_dec:INT;//KD增量

P_VAL_Opening_half:INT;//KD減半

END_VAR

//動梁起步和快速段

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;

//減速增量計算

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;

//動梁減速段

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;

//動梁慢速爬行段

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實驗數據

運用專用的恒力泰數據分析系統，采集頻率設定為500Hz，對該模型在S7-314 2PTP型CPU上的實際輸出模擬量信號進行實時波形圖采集。采集波形如圖1、圖2所示。

其中，圖1為動梁實際運行位移軌跡，圖中可清晰看出，動梁在運動過程中明顯分為啟動階段、加速階段、高速勻速運行階段、減速階段和慢速爬行階段。圖2為算法模型的執行結果，YV204為CPU實際輸出到伺服比例插裝閥的模擬量信號，La為動梁起步加速段比例閥指令，Lb為動梁快速運行段比例閥指令，Lc為動梁減速段比例閥指令，Ld為動梁慢速爬行段比例閥指令。實驗數據表明，動梁下降位移速度控制，采用S7-SCL高級編程語言進行編程，可很好地實現公式模型計算。

5 結束語

目前國內外陶瓷液壓自動壓磚機電氣控制系統除極少數外，大部分已經采用PLC控制系統，或者采用基于PLC的計算機控制系統。對于YP系列陶瓷液壓自動壓磚機而言，靈活運用SCL編程語言，將對壓機在位移控制、速度控制和壓力控制等方面的性能帶來極大的提升，并對提高壓機壓制速度和有效提高陶瓷墻地磚生產的效率有重大意義。

參考資料

[1]西門子.STEP7編程手冊.

[2]西門子.S7-300可編程控制器硬件和安裝手冊.2003.

[3]韋峰山，馮瑞陽，彭滬新.力泰YP系列陶瓷液壓自動壓磚機性能及創新特點[J].陶瓷，2006，7.

[4]馮長印，張柏清.力泰壓機新星可獲取高質量和高產量制品的大噸位壓機[R].2007.

[5]ATOS電液控制[M].樣本F003-5/C，F003-1.

[6]黃長征，譚建平.液壓機壓制速度控制技術的現狀與發展趨勢[J].輕合金加工技術，2007:43.