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1、歩iffil【畫1,lssiss- iosstisHil snq匸。d ZHd O、I inisud yd ooTbs SSHSiwHsssslwl Bs】番呱wi 盘rmffiRr0Edl【杀】0云迺羔型伺ml拒卅ffl恤豆SKB】(6化寸md)Ks【MMW】、00藏0)寸-coz【(連出】于高线的精整区域1。打包机将由C型钩运来的盘卷经过打包机压紧，沿线卷圆周方向成90。等分打4个平行结头。打包后线卷最小长度可达0.5 0.6 m,大大 方便了盘卷的储藏和运输1-4。韶关市伯顿工业技术有限公司设计和制造的BT4600型打包机，其电气控制系统 动作准确、可靠、智能化程度高。控制系统采用分布式
2、 I/O 进行数据采集和控制， 降低了接线成本，提高了数据安全性，增加了系统灵活性5；实时监控打包机的 状态，便于操作维修人员对设备进行监控和及时发现设备所存在的隐患，及时采取 有效措施，避免事故的扩大化。压实车、线道架的速度和打包线张力能自动跟随校 正，保证了压实和捆紧效果。1 系统结构及工艺过程1.1 系统结构高线打包机是一套非常复杂的机电液一体化的全自动智能控制设备。它包括了几方 面的自动控制：位置控制、运动控制、速度控制、液压控制、报警控制、联锁控制 和顺序控制等2-4。打包机PLC控制系统结构如图1所示，按功能可以划分成以下3大块：外围设备，这部分包括液压润滑站、主控台、配电柜；打包
3、机主 体设备，包括4个打包头、2台压实车、1个升降台、4个喂线轮、线库和线道架； 现场总线，用于主控台和打包机、液压站之间的信号连接和通信。由图1可知，打包机的控制比较分散，因此采用基于DP总线的分布式I/O控制系 统设计4。PLC控制系统由1套S7-300 CPU主站、7套ET200S从站和1套 MP277按键屏组成。DP主站选用CPU 317-2PN/DP，是整个控制系统的中心。 A101、A201、A202、A203、A204、A205 这 6 个从站均选用 6ES7 151- 1AA05-0AB0 ET-200S IM 151 DP接口模板。其中，A101站用作主控台的本地 控制和用户
4、接口； A201站用作线库、举升台和压实车驱动的控制；A202站用作 1#、2#打包单元的控制和1#压实车位置检测；A203站用作3#、4#打包单元的 控制；A204站用作1#4#喂线单元的控制；A205站用作线道架的控制和2#压 实车位置检测。A11站为智能从站，选用6ES7 151-7AA21-0AB0 ET-200S IM 151带CPU的DP接口模板，集成24 kB工作内存，用作液压润滑站的控制。 图 1 打包机 PLC 控制系统结构图 Fig.1 Structure of the PLC based control system for baler1.2 工艺过程当带有盘卷的C型钩停
5、在打包机中心线位置时，定位夹紧器闭合锁定，PF线自动 控制系统发出开始打包指令启动打包机。打包机检测信号布置图如图2所示。图 2 打包机检测信号布置图 Fig.2 Layout of baler detection signal 打包机自动打包工艺流程说明如下。 预压紧。1#、2#压实车在液压缸的驱动下朝盘卷方向同时运动，线道架从压实 车上开始朝前运动，举升台往上运动到盘卷刚好与C型钩之间保持着自由状态。 压紧。2#压实车刚好接触到盘卷边时（S8光电开关动作），举升台继续上升托起 盘卷，然后压实车压紧盘卷，同时线道架靠拢至关闭（电感传感器S12动作）。 开始喂线，冲压就绪。液压马达驱动送线机构
6、送出打包线，同时锁定1#、2#压 实车。 停止喂线，夹紧线头。打包线沿着线道到达扭结装置，在碰到夹紧装置的挡板 时停止喂线，打包线头部被夹紧。 拉紧打包线。扭结装置向内运行移动到打包位置，兜线轮打开，同时喂线轮反 转，打包线被拉紧，剩余的线被送回线库。 扭结，剪切。喂线轮停止，脉冲编码器给出指示后，扭结。扭结完成，打包线 被剪断。这时打包完成。 返回初始位置。打包结束后，1#、2#压实车返回初始位置，线道架返回起始位 置，举升台返回起始位置。自动打包机循环打包流程如图3所示。图 3 打包机循环打包流程图 Fig.3 Flowchart of the circulating baling pro
7、cess 打包好的盘卷挂在C型吊钩上，打包机控制系统向PF线控制系统发出打包完成指 令。由打包工艺过程分析可知，打包机实现快速准确的打包控制，除了要求各个检测信 号正常外，还必须要求升降台的高度位置要控制准确，压实车要快速预压和冲压就 绪，打包线速度控制合适，线道架能快速关闭。升降台位置、2台压实车位置和4 道打包线速度控制分别采用编码器G3、G1和G2、1S184S18来实现，编码器 型号选用6ES7 138-4DA04-0AB0型高速计数模块24 VDC/100 kHz。2 通信功能的设计2.1 通信网络的设计通信网路可查看图1所示系统结构图。主站CPU 317、人机界面MP277与上位
8、机之间通过RJ45 口用双绞线通信，CPU的IP地址为192.168.0.3 , MP277的IP 地址为192.168.0.1。主站与H MI、DP从站之间采用DP屏蔽双绞铜线通信。主 站、HMI、A101从站、A201从站、A202从站、A203从站、A204从站、 A205从站和A11智能从站的DP地址分别为3、12、11、21、22、23、24、 25、&主站直接访问远程I/O从站的地址。2.2 主站与智能从站主从通信方式的组态DP主站不是直接访问智能DP从站的输入/输出，而是访问CPU的输入/输出地址 空间的传输区，由智能从站的CPU处理该地址区与实际的输入/输出之间的数据交 换5,
9、7。主站与智能从站之间的数据交换是由 PLC 的操作系统周期性自动完成的， 不需要用户编程。主站和智能从站之间的DP主从通信地址组态如表1所示。点击DP从站对话框的 “组态”选项卡，点击“新建”按钮，在弹出的对话框中，按表1的内容设置通 信模式、输入输出地址、交换区长度和单位等参数。表 1 DP 主从通信地址的组态 Tab.1 Configuration of the DP masterslavecommunication addresses行模式伙伴DP地址伙伴地址本地地址长度一致 性 1MS2I 1120 11216B 单位 2MS2O 1121 11216B 单位 设置通信用的输入/输出
10、区时，应确保DP主站的一个输出区分配给DP从站的一 个输入区，反之亦然。组态完成后，返回主站的硬件组态窗口，编译保存组态结果2.3 DP主从通信信息的设计打包机的通信信号共59个。主从站之间的通信数据交换信号主要有：通信正确信 号，急停信号，液压泵的启停、运行、封锁和故障信号，循环泵和加热器的启停、 运行、封锁和故障信号，油位、油温高低检测信号，油温值等。3 主要控制功能的设计打包机的PLC控制系统的功能主要包括初始位置控制、手动控制、压实车运动控 制、压实力控制、举升台控制、线道架运动控制、送线系统控制、打包线速度控制 扭结装置控制、液压系统控制和通信等。下面介绍部分主要控制功能。3.1 初
11、始位置控制 打包机在初始位置才能启动自动模式8-9。打包机原位的条件为:一是压实返回初 始位置，二是打包头返回初始位置。压实原位的条件为：1#压实车在后限位S3， 2#压实车在后限位S6，举升台在下限位S10，线道架在后限位S14。打包头原位 的条件为：扭结装置在初始位S5，打包头在初始位S20。如果系统不满足原位条 件，则通过主控台上的压实操作选择开关和打包头操作选择开关，手动复位操作。3.2 压实车运动控制 压实车的主要任务是完成盘卷的对中压实功能，其控制主要包括压实车的逻辑控制 对中控制、位置和压实力的计算。其中，逻辑控制主要完成 1#、2#压实车的前进 锁定、后退以及与打捆的联锁等功能
12、。位置控制的主要任务是计算2台压实车的 位移，产生压实过程中高速前进、低速前进、低速后退和压实完成等信号，并计算 盘卷长度和判断盘卷对中。盘卷长度计算公式如式(1)所示。 LC=2LCY+DPP-SPP1-SPP2(1)式中：LC为盘卷长度；LCY为压实液压缸长度；DPP为压实车最小间距；SPP1为1#压实车位移；SPP2为2#压实车位移。盘卷对中的判断为:若SC-SSPP1-SPP2SC+S,说明盘卷已对中；若 SPP1-SPP2SC+S,说明 2#压实车位移过大。其中，SC为盘卷偏移量，单位mm ,8为误差允许量。对于压实车的对中控制，将盘卷偏移量SC作为给定信号、压实车的位移差(SPP1
13、- SPP2)作为反馈信号，输入PID运算器，产生的输出用于控制2#压实车的速度值， 从而保证压实完成后盘卷中心与吊钩中心重合，达到使吊钩平衡的目的。3.3 线道架的控制 线道架的运动曲线如图4所示，图中虚线表示极限运行轨迹。图 4 线道架运行曲线 Fig.4 Operation curve of the baling line stand 线道架的运动部分安装在2#压实车上，由一台液压马达驱动；固定部分安装在1# 压实车上。线道架除了跟随压实车运动外，运动部分还有相对压实车的移动过程。线道架比较轻，运动速度快，除了减速控制外，还安装了减震器进行冲击防护。线 道架的运动与压实车的运动需要配合良
14、好。打包机启动后伸出减震器，预压紧完成 发出指令(GC_FWD)，启动线道架高速(VH1)前进，运动到前进减速位S15后转为 低速(VL1)前进；线道架合拢(S12得电)，启动送线，同时收回减震器。在送线打 包过程中，为了保持线道架处于有效合拢状态，液压马达低速工作。打包完成后发 出指令(GC_REV)，线道架先高速(VH2)后退，到位置S16时转为低速(VL2)退回原 位S14。加装前进极限位S13检测，线道架前进到S13立即停止。3.4 打包线速度控制 打包线的速度控制有高速送线、低速送线、高速抽紧、低速抽紧和低速收线等过程， 而检测信号只有打包线在喂线单元检测S4和打包线预进打包头检测S
15、2两个。送 线速度的控制信号需由脉冲编码器S18配合传感器来实现。打包线的速度控制曲 线如图5所示。图 5 打包线的速度曲线 Fig.5 Speed curve of the baler line喂线启动命令(START_FEED)，喂线轮液压马达高速(VH1)正转，打包线沿线道环 绕盘卷，接近打包头时(即编码器S18发出8 200个脉冲)，喂线轮低速正转(VL1)， 打包线进入打包头(S2下降沿到来)，继续走420个脉冲到达挡块，完成送线过程。 当打包头夹紧完成时，抽紧信号(BU_ST11 )到，喂线轮高速(VH2)反转，当编码器 S18的脉冲数不变化时，表示一次拉紧结束；兜线轮打开后，喂线轮进入低速 (VL2)反转，当编码器S18的脉冲数不再变化时，表示二次拉紧结束。当扭结、剪 切完成，打包头返回信号(BU_ST19倒时，喂线轮低速(V L2)反转，进行收线，当 打包头初始位置(S20)信号到，且喂线单元有打包线(S4有信号)时，收线结束，打 包完成。若打包头返回初始位置，喂线单元无打包线 (S4 无信号)，表示打包故障， 需要二次打包。4 实时监控功能的设计
