EC20系列PLC在掛面定長切割設備上的應用

精確的定長控制設備往往要求具備高速輸入和高速輸出功能，同時又要協調多個設備間配合動作。PLC由于其集高速、通訊和控制功能于一身，被越來越廣泛的應用到定長切割設備中。

本文將Emerson的EC20系列PLC應用到掛面切割機上，通過接收文本顯示器信息和編碼器的高速輸入信號，利用高速輸出驅動伺服放大器并通訊控制變頻器，從而實現面條切割長度的精確控制。

一．系統工藝介紹

掛面在剛剛生產出來時，并非像我們平時見到的那樣短小，而是長度約1.3米的長長的一串，因此為了適合人們的食用以及方便運輸，需要將其切割為長度適當的若干段。

長面切割前需要人工將其掛在面桿上，之后通過主傳送帶上的掛鉤將面桿及長面帶入設備。切刀后端接近開關感應到面桿到達后，控制切刀動作將面桿與掛面切離，而此時的掛面已經被一對導面滾輪壓住繼續向前行進。此后切刀不斷動作切割面條，固定時間或長度后停止動作，等待下一桿面。

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面條切割機的主傳動為3.7KW電機，由艾默生變頻器調速控制；切刀動作為伺服電機驅動，由伺服放大器控制；同時配備文本顯示器，用于設置切面長度和監控設備狀態；傳動軸承裝有歐姆龍1000線增量式旋轉編碼器；核心控制機構為艾默生EC20-PLC。

2．工藝要求

長度：要求切割出的面條長度為從100mm到400mm，可以調整的最小范圍為1mm，允許誤差±2mm。

主電機轉速：為了節能，當每連續中斷幾桿面時，需要將電機降頻，直至最低設定轉速；當每連續來幾桿面時，需要將電機緩慢增頻，直至最高設定轉速。

切刀動作：由于切刀為雙刃型，因此每次切割動作為轉動半圈，且切刀的轉速不可過慢，防止面條在切刀處短暫堆積。
切割刀數：對于固定面條總長、固定掛面單長的情況下，每桿面切割的刀數是固定的。但是刀數在小于實際值以內應該是可調的，因為有時長面的后面部分可能有彎曲等問題，不能制為成品。同時，剩余的部分需要回收重新制成長面，因此需要打碎。

3．電氣系統結構及說明

整體系統的電氣結構如下圖

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圖中的黑線代表數據流，箭頭表示數據的傳遞方向。

文本顯示器與EC20的PORT0通訊端口采用MODBUS協議通訊，其中PLC作為從站。主站發送的信息主要有一桿長面的長度，切割掛面的單長，切割刀數，手動/自動切換等；從站返回的信息包括當前變頻器運行頻率，已切割刀數，總的面桿數計數等。

變頻器與EC20的PORT1通訊端口采用自由口協議通訊。運行中PLC向變頻器發送啟動、停止、頻率設定三種命令，具體發送時刻和發送周期由程序中的邏輯控制。

編碼器將A、B兩相信號分別送入PLC的X0和X1。PLC應用高速計數功能對編碼器信號計數，經過內部計算和變換后確定何時驅動伺服放大器動作。

伺服放大器與PLC的高速輸出端子Y0連接，通過PLC輸出的高速脈沖的頻率和數量確定切刀的轉速與位置。

4．工藝的實現

長度控制：將編碼器信號接入PLC中以實現長度精確控制，實際上只需將編碼器與面條長度之間的對應關系找到就可以。通過編程實驗測得，十桿掛面編碼器所發脈沖數為70610個，又通過實際測量得知每個面桿間的長度為1527mm，由此可得每毫米對應脈沖數為4.624個。因此只需在程序中將設定長度乘以4.624，當高速計數達到該要求時產生切刀動作即可。

主電機轉速調節：該工藝如果直接按照原要求實現，程序修改較大，難點就是如何判斷“連續”。如果采用時間間隔的概念來判斷連續，在固定轉速的情況下是可以的。但是在幾次“連續”之后，對方要求增加轉速，相應的時間間隔也將改變，這就要求用于判斷“連續”的時間標尺也要連續變化，而時間間隔的變化與變頻器頻率的變化并不是完全的線性關系，問題更復雜了。

本次采用的是一種近似的實現方法：每次面桿到來即增加頻率，而一定的時間內無面桿接近信號則降低頻率。該方法的實驗效果大致與用戶要求的相同。

切刀動作：切刀的動作是由伺服放大器控制的，通過程序實測得知需要接收17173個脈沖轉半圈（刀是雙刃）。

切刀轉速問題：實際上只需要找到傳送帶最高轉速時對應的切刀轉速，它們之間保持等比例關系即可實現面條的無堆積。通過現場實測，在傳送帶轉速達到最高時，切刀伺服接收的脈沖頻率為90KHz效果最佳。

切割刀數可調：該問題可以看作是掛面總長的一種改變，因此只需正常切割規定的次數，剩余部分高速轉動即可。需要注意的是高速轉動時每一圈要消耗一個固定時間，因而在下一桿面的接近信號到來前的轉動將可能使系統錯過該接近信號。

為了避免這種現象，需要根據面條已經過長度決定最后一次高速轉動。本次利用編碼器中的B相來反饋面條的長度，當脈沖數大于6000時（已經過面條1.3m），不再高速動作。

5．結束語

小型可編程控制器其典型應用之一便是通過一臺上位機對PLC進行讀寫，控制和監視與PLC相連的其他設備。本文介紹的掛面切割機正是如此，通過上機實際操作，面條的切割效果比較理想，完全滿足客戶的各方面要求。