基于TwinCAT3控制系統的YB518型小盒透明紙包裝機運行速度的控制分析

韓彬

關鍵詞：YB518；狀態變量；運行速度；驅動器

0引言

TwinCAT3是基于TwinCAT2、Windows控制和自動化技術發展而來的自動化軟件，其是控制系統的核心部分。TwinCAT3將所有開發組件集成到微軟的Visual Studio框架中，支持多種編程語言。本文的裝置主要使用PLC語言進行編程和控制。

基于ZB48型卷煙包裝機組的輔機小盒透明紙包裝機YB518，又稱為M750，通過TwinCAT3控制系統中的PB061 SETPOINTS程序段，實現對YB518運行速度的合理控制。其中既考慮YB518機器本身的傳感器檢測以及運行狀態條件的影響，也結合上游機和下游機的運行狀態對速度進行匹配。

1控制硬件

ZB48型卷煙包裝機組中YB518型小盒透明紙包裝機的主電機伺服控制系統采用德國倫茨公司（Lenze）的E94ASHE0244型伺服驅動器。如圖1所示，模擬電壓控制信號通過德國倍福公司（Beckhoff）的EL4002輸出模塊的＃1、＃3腳位與A17.1驅動器端子Jumper X3的#A1+、#A1-腳位連接，從而驅動主電機M17.1三相異步交流電機。該電機以速度作為控制對象，通過使用此驅動器來控制，調速性能好、調速范圍廣，易于平滑調節，起動、制動轉矩大，易于快速起動、停車和控制。

2控制方式

PB061 SETPOINTS程序段中共有28條子程序段在28 ms內進行遍歷循環處理。通過對機器自身傳感器、運行狀態、上游機和下游機的狀態條件分別進行相關變量賦值，歸納YB518型包裝機煙包輸送的3種狀態變量，將速度點位變量與模式進行匹配，綜合判斷運行速度變量SETP UPM，最終將速度變量轉化為模擬電壓變量AW160并輸出。

2.1煙包輸送的狀態變量

當機器處于自動模式時，只要傳感器B8.2持續感應煙包IOO ms，則滿足最小煙包需求，變量BACK UP MINMIN=1。當傳感器B8.1和B8.2都持續感應煙包100 ms，則滿足基本煙包需求，變量BACK UP MIN=1。當傳感器B8.0、B8.1和B8.2均持續感應煙包50 ms且變量E UP M PHOTO_MAX INHIB=0時，此時與上游機連接的煙包傳送通道中的儲備煙包滿足YB518型包裝機高速運行的需求，變量BACK UP MAX=1，或者自啟動BACKUP MAX=1。其中，變量E UP M PHOTO MAXINHIB為上游煙包存儲器YF64（M741）的煙包輸出狀態變量。

如果發生以下任意一種情況，則YB518型包裝機煙包輸送狀態變量BELT N2=0：緊急或定位停機；程序停機；傳感器B8.1未感應到煙包；傳感器B8.2未感應到煙包；點動模式；空轉模式；傳感器B10.0未感應到煙包且E UP M PHOTOMAX INHIB=1，或者STOP EMPTYING=0，或者機器不超速狀態變量DISABLE OVERSPEED=1；YB518型包裝機運行速度V750=0。否則，當機器處于自動運行狀態并且煙包較多，即BACK UPMAX=1時，BELT N2=1。

如果發生以下任意一種情況，則煙包輸送狀態變量BELT NI=0：緊急或定位停機；程序停機；點動模式；空轉模式。否則，當BELTⅣ2=0時，如果在自動模式下AUTO=1且AUTO START=1且V750≠0，則BELT N1=1。

如果同時滿足BACK UP MINMIN=1、BACKUP MIN=1、BELT NI=0、BELT N2=0，則煙包輸送狀態變量BELT NI=1，此時機器處于較平穩的運行狀態。

2.2速度點位變量與模式的匹配

當BELTNI=1且滿足相應條件時，點位變量SETPOINTI=1，設備運行速度對應數據單元DB60，即人機界面“750速度設定值”欄里“速度N1，存儲器”的設定值。

當BELT N2=1且滿足相應條件時，點位變量SETPOINT 2=1，設備運行速度對應數據單元DB60，即人機界面“750速度設定值”欄里“速度N2，存儲器”的設定值。

在點動模式下，點位變量SETPOINT 3=1，設備點動運行速度對應數據單元DB60，即人機界面“750速度設定值”欄里“點動750”的設定值。

當透明紙發生拼接時，

點位變量SETPOINT 4=1，設備運行速度對應數據單元DB60，即人機界面“750速度設定值”欄里“薄膜拼接”的設定值。

當下游機YB618（M778）處于點動模式或者程序判定條盒提升通道內的條盒未滿時，參考變量E DOWN M INCHING對應下游機YB618即M778程序中的變量A UP M INCHING，點位變量SETPOINT 6=1，設備運行速度對應數據單元DB60[35]，即人機界面“750速度設定值”欄里“點動778”的設定值。

在空轉模式下，點位變量SETPOINT 9=1，設備空轉運行速度對應數據單元DB60，即人機界面“750速度設定值”欄里“機器空轉”的設定值。

當點位變量SETPOINT1=1且主機YB418的運行速度V700>100r/min時，點位變量SETPOINT15=1，作為與上游機速度匹配的參考變量。

當點位變量SETPOINT 2=1且主機YB418的運行速度V700>100r/min時，點位變量SETPOINT16=1，作為與上游機速度匹配的參考變量。

將速度點位變量SETPOINT1～SETPOINT 16通過功能塊F BIT WORD組成一個字，然后通過功能塊S FB61 SETPOINT- V2000與人機界面中的數據單元DB對應的速度設定值進行匹配并觸發變量SETP VISU，則數值匹配成功。

通過FB 1 OF 3功能塊對速度設定值變量SETP進行賦值，共分為3種情況：①如果SETPOINT 1～SETPOINT 16中存在變量值為1，那么該速度點位變量對應的人機界面里的速度設定值將被賦予變量SETP；②在發生程序停機時，速度設定值變量SETP=30；③在發生程序停機時，并且機器相位CAM 3上升沿被觸發后，速度設定值變量SETP=20。

2.3運行速度變量SETP UPM的判斷

不同條件下運行速度變量SETP UPM輸出值的判斷流程如圖2所示。功能塊FX CELLOSPEED可計算不同條件下運行速度變量SETP UPM的輸出值，圖2中“N1”為M750人機界面中“速度N1，存儲器”的設定值，“10”為程序中賦予增速變量OVER SPEED的常數值，其他變量為程序段PB061 SETPOINGTS中對應各個小段中的輸出變量。當程序段中不同的SETPOINGTX（1、2、3、4、6、9）成立時，將人機界面中對應的速度設定值賦予變量SETP UPM，再根據主電機轉速計算公式得出YB518的轉速V750。

當SETPOINGT 15=1或SETPOINT16=1時，根據圖2的各個條件和程序中上游機YB418型包裝機運行速度的適配變量N700 VAR10的輸出值（根據程序判定為V700或0.75）進行判斷，得出運行速度變量SETP UPM的輸出值，最后決定YB518的轉速V750。

2.4模擬電壓變量的輸出

利用功能塊S FB SETPOINT ADAPTION并結合上文運算得到的運行速度變量SETP UPM和其他限制條件進行綜合處理，可得到運行速度模擬電壓變量AW160。該變量通過電柜中總線端子排A90.3的模擬量輸出模塊EL4002輸出模擬電壓（0～10V）至YB518主電機驅動器A17.1的端子X3的#AI+、#A1-腳位，最終實現對YB518主電機運行速度的合理控制。由式（1）計算得到YB518主電機（M750）運行轉速。

3結論

根據機器實際情況，當傳感器B8.1、B8.2持續感應到煙包時，機器以N1速度啟動；滿足超速條件時，根據圖2中的流程判斷并決定機器運行速度。當傳感器B8.0持續感應煙包且B10.0結合其他條件沒有使機器降速時，機器以N2速度運行；當滿足超速條件時，根據圖2中的流程判斷決定運行速度。當煙包輸送通道傳感器感應不到煙包或者上游機相關變量不滿足條件時，經過程序判斷后會控制機器進行降速直到重新滿足條件，否則當傳感器B8.1感應不到煙包時，機器最終停機。