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基于OMRON系统的印刷机整体解决方案

基于OMRON系统的印刷机整体解决方案

2007/7/5 9:40:00

一:引言 票据印刷机是印刷机行业中一种常用的机型,对机器的控制精度,伺服的响应时间都有很高的要求,以前主要靠进口,成本投资比较大。近年来,随着可编程控制器(PLC)在通讯功能和高速计数以及脉冲输出功能的日益完善,性能日益提升,使得PLC+伺服+变频器+触摸屏组成的整个系统在印刷机上应用成为可能。国内众多的厂家都相继开发出各自的票据印刷机械,繁荣了国内的印刷机市场,有力的抵制了国外品牌的入侵,巩固了国产印刷机的市场地位,并在性能上日益得到完善。烟台某印刷机械生产厂家委托上海某厂家开发的基于西门子S7-200可编程控制器+松下伺服+海泰克触摸屏+台安变频器的系统解决方案以其低廉的成本,稳定的系统配置赢得了客户的青睐,取得了良好的业绩,但也存在诸多的问题,如系统调试周期时间长,印刷速度低,改变转速必须停机断电等缺陷,在此不一一细表,后文有叙。OMRON烟台代理店-烟台鼎泰电气自动化工程有限公司在拜访和回访客户过程中了解到这些问题后,经过集体分析探讨,最后确立了基于OMRON系统的整体解决方案,以减少和改进原系统的缺陷,提升机器的性能,并最终决定由我来进行编程调试工作,使得我有幸与客户配合,开发出较为先进的印刷机电控系统。 二、控制过程及存在问题 原先票据印刷机的控制过程是这样的:由一台主电机拖动印刷机的滚筒单方向旋转,主电机采用变频器进行宽范围调速,主电机轴上装有旋转编码器用来测算主轴电机的速度;由一个电磁铁来控制滚筒的离压和合压。在合压情况下,滚筒压紧票据进行印刷;采用伺服控制进给纸速度,以便使伺服电机的线速度和主轴电机的线速度保持一致。当伺服电机的速度大于主轴电机的速度时,合压后将会在滚筒和伺服电机之间堆纸,当伺服电机的速度小于主轴电机的速度时,合压后纸张将被扯断,以上两种情况在系统正常工作过程中都是不允许的,即伺服电机的速度必须保持和主轴电机一致。系统工作之前首先启动变频器,待变频器速度稳定后按下印刷按钮,伺服电机开始旋转,此时合压电磁阀不合压,等旋转编码器的第一个Z相信号到来,立即合压,开始印刷。印刷过程如下:首先在触摸屏上设定纸张的尺寸,在每一个Z相信号到来之后,伺服立即正向旋转设定尺寸+2英寸的距离,随后反向旋转2英寸,以保证纸张长度和张力平衡。要想停机,按下停止按钮,立即停止伺服电机的运转。 整个系统要有手动、自动、点动以及报警功能,要便于维护,触摸屏界面要求美观实用。 原先采用西门子S7-200 PLC主要存在以下问题: 1、S7-200 PLC脉冲输出速率低,最大频率不到30KHZ,使得印刷机的效率低,每小时只能达到五千张。 2、在正常印刷过程中,调整变频器速度必须首先停机,再改变变频器的速度,然后断电重新上电后方可正常运行。 3、系统速度计算误差较大,使得单机调试时间拉长,影响设备的出厂时间。 4、停机不够人性化,即停机之前印刷的那一张因为可能没有进给完成造成纸张废掉。 三、改造选型 接手这个项目后,我立即展开工作,在分析了原系统的特点并且为以后升级留下一定的余地的前提下,决定选用OMRON高性价比的CP1H-X40CDT机型。该PLC配备了40个I/O点,其中24输入,16点输出,拥有2路双向100KHZ的高速计数器输入,2路双向30KHZ的高速计数器输入,4路双向100KHZ的高速脉冲输出,不仅能满足当前伺服电机的要求,还为以后四色印刷机的开发留下了足够的空间,使后续开发工作变得简单。 确立了PLC的型号后,根据主轴电机的要求选择伺服系统,比较了多家的伺服系统,最后选择了OMRON的SMARTSTEP A伺服系统。该伺服系统操作简便,即使是第一次接手的人也能很快上手,性价比极高,在小容量的伺服系统中有极高的竞争力,完全符合主轴电机的要求。 主轴电机由于需要调速,而且是三相异步电动机,从节能和可靠及经济性说只能通过变频调速,选用OMRON的3G3MV系列1.5KW变频器。该变频器具有通讯功能,支持OMRON的功能块,具有PID调节功能,性价比比较高。 印刷机原先用按钮指示灯和触摸屏进行操作,直观性差,不美观,应用户要求,我们为其配备了OMRON的NT5Z8色阶的黑白触摸屏作为人机界面。 这样,基于OMRON的PLC(CP1H)+伺服(SMARTSTEP A)+触摸屏(NT5Z)+变频器(3G3MV)的整个系统解决方案出台。 OMRON的这个系统解决方案克服了西门子S7-200的上述缺点:1、OMRONPLC的脉冲输出速率达到100KHZ,速度是西门子S7-200的10倍,完全满足了用户提速的要求,极大的提高了印刷机的速度。2、OMRON的变频调速是用PLC功能块通过通讯做的,不需要停机后再开机,因而解决了上述的第二个问题。3、整个系统全部采用OMRON的控制产品,调试简便,硬件和软件的兼容性好。4、OMRON PLC的高速计数器当前值的读取是直接读取的,在程序中直接利用高速计数器PV中断编程,来控制纸张的进给,完全可以在按下停机按钮后走完最后一张再停机,使设计更加人性化。 四、系统结构、电路图及编程 1、系统利用CP1H作为主控制器,CP1H上面安装两个通讯接口,一个是RS232,另一个是RS485,PLC通过232端口与触摸屏进行通讯,通过485与变频器进行通讯,PLC上还有一个USB接口,用作编程和监控用,PLC的脉冲输出直接给伺服驱动器,控制伺服电机。整个系统结构如下图:

2、电路图如下:主电路省略,只给出PLC接线图。

电路图解析:程序中共动用了3路高速计数器,第一路是测量旋转编码器的速度,第二路检测Z相信号,第三路显示主轴电机的速度。 3、PLC编程如下(部分):1、速度转换2、功能块通讯3、PLC端口的设置:PLC端口1设为NT LINK,,以便与触摸屏通讯,端口2设为串行通讯,以与变频器通讯。

触摸屏画面采用中英文操作,以便向国外出口。画面如下(部分):1、中文主画面2、英文主画面。其中“正调”和“负调”是微调,按一下转动一个脉冲的位置,“点动正转”和“点动反转”是手动状态的点动操作,按下“单周”伺服将进给一张纸,另外按下“图文行进向前”或“图文行进向后”则伺服正转或反转100个脉冲的位置。

五、调试概要 印刷机调试主要是进给纸速度调试以及触摸屏各种显示信息的调试,理论上计算的速度并不一定完全适合现实生产,因而需要对速度进行现场调节,以便使机器达到最佳性能。PLC方面的主要调试是功能块的通讯,使其能够满足实时性的要求。 六、结论 实践证明:采用OMRONPLC 触摸屏+伺服+变频器的印刷机系统解决方案是完全可行的,该方案造价低廉,系统稳定可靠,界面美观友好,功能齐全,通过触摸屏的操作即可在生产过程中加减速,以及查看报警,便于维护设备,因而增加了系统的灵活性,该系统开发成功后,受到了客户的一致好评,具有较大的市场推广价值。 参考文献:           OMRON   CP1H编程手册           OMRON   CP1H操作手册         OMRON   3G3MV使用手册         OMRON   SMARTSTEP Z操作手册         OMRON   NT5Z操作手册         OMRON   NT5Z编程手册

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