羅庚興，黃衛(wèi)庭，肖劍蘭

(佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東 佛山 528137)

0 引言

高線打包機(jī)主要用于將由C型鉤運(yùn)來的盤卷經(jīng)過打包機(jī)壓緊，使打包后的盤卷便于儲藏和運(yùn)輸[1-2]。它是一套非常復(fù)雜的全自動(dòng)智能控制設(shè)備，主要功能包括位置控制、運(yùn)動(dòng)控制、速度控制、液壓控制、報(bào)警控制、聯(lián)鎖控制和順序控制等[3-4]。在實(shí)際工作過程中，由于吊鉤中心與壓實(shí)空間物理中心存在偏差，以及壓實(shí)過程中各壓實(shí)車受到盤卷的阻力不一致，使得盤卷中心與吊鉤中心不重合。盤卷對中誤差過大，會(huì)造成吊鉤平衡性不好，影響吊運(yùn)效果，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞機(jī)械設(shè)備。因此，提高壓實(shí)車位置控制的精度，實(shí)現(xiàn)盤卷對中，顯得十分重要。

以韶關(guān)某公司生產(chǎn)的BT4600型打包機(jī)為樣機(jī)，對盤卷對中壓實(shí)控制進(jìn)行研究。控制系統(tǒng)采用邏輯控制實(shí)現(xiàn)壓實(shí)車速度分段給定；采用PID控制算法調(diào)節(jié)壓實(shí)車運(yùn)行速度，有效地實(shí)現(xiàn)了壓實(shí)車的速度和盤卷對中的自動(dòng)跟隨校正，保證了對中壓實(shí)效果。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

打包機(jī)壓實(shí)裝置主要由左、右兩臺壓實(shí)車和舉升平臺組成[1-2]。壓實(shí)車的主要任務(wù)是完成盤卷的對中壓實(shí)功能。其控制主要包括壓實(shí)車的邏輯控制、對中控制、位置和壓實(shí)力的計(jì)算。邏輯控制主要完成左右2臺壓實(shí)車的前進(jìn)、鎖定、后退以及與打捆的聯(lián)鎖等功能[3-5]。

位置控制的主要任務(wù)是計(jì)算2臺壓實(shí)車的位移，產(chǎn)生壓實(shí)過程中的高速前進(jìn)、低速前進(jìn)、低速后退和壓實(shí)完成等信號，并計(jì)算盤卷長度和判斷盤卷對中。

2 盤卷對中的判斷

壓實(shí)車位置及位移量如圖1所示。壓實(shí)車實(shí)線圖是其初始位置，虛線圖是其盤卷壓實(shí)后的位置。壓實(shí)車1從初始位置運(yùn)動(dòng)到盤卷壓實(shí)后的位移定義為PS1，壓實(shí)車2從初始位置運(yùn)動(dòng)到盤卷壓實(shí)后的位移定義為PS2。

圖1 壓實(shí)車位置及位移量Fig.1 Position and displacement of the compactor

2臺壓實(shí)車初始位置之間的中心為物理中心。盤卷中心與吊鉤中心必須重合[5-6]，物理中心與吊鉤中心的偏差定義為盤卷偏移量CS。當(dāng)CS=0時(shí)，吊鉤中心與物理中心重合；當(dāng)CS>0時(shí)，吊鉤中心在物理中心的左邊；當(dāng)CS<0時(shí)，吊鉤中心在物理中心的右邊。CS是由打包機(jī)和盤卷輸送鏈的安裝位置決定的，一旦系統(tǒng)安裝好了，該值就基本固定了。

實(shí)際允許盤卷中心與吊鉤中心存在一個(gè)偏差，稱為誤差允許量，用δ表示。

盤卷是否對中的判斷方法如下。

若CS-δ≤PS1-PS2≤CS+δ，說明盤卷已對中，壓實(shí)車位移量合適；

若PS1-PS2

若PS1-PS2>CS+δ，說明盤卷偏向左邊，壓實(shí)車2位移偏小，速度偏慢。

3 壓實(shí)車速度控制

壓實(shí)車的速度控制分為邏輯控制和調(diào)節(jié)控制兩種。邏輯控制用于實(shí)現(xiàn)壓實(shí)車高速與低速、前進(jìn)與后退、鎖車等不同階段的邏輯切換[1-5]。調(diào)節(jié)控制用于實(shí)現(xiàn)盤卷對中控制。

3.1 壓實(shí)車速度的邏輯控制

壓實(shí)車1由液壓氣缸C1和C2驅(qū)動(dòng)。氣缸的速度由調(diào)節(jié)閥Y51控制，邏輯閥Y53用于鎖死氣缸，差速閥Y55用于切換高低速。壓實(shí)車2由液壓氣缸C3和C4驅(qū)動(dòng)，氣缸的速度由調(diào)節(jié)閥Y50控制，邏輯閥Y52用于鎖死氣缸，差速閥Y54用于切換高低速。

壓實(shí)車的位移曲線如圖2所示。

圖2 位移曲線Fig.2 The displacement curves

當(dāng)壓實(shí)車前進(jìn)啟動(dòng)信號PP_FWD有效，差速閥Y54和Y55得電，調(diào)節(jié)閥Y50和Y51作用，壓實(shí)車1和壓實(shí)車2高速前進(jìn)。壓實(shí)車接近盤卷邊，信號S8有效，壓實(shí)車停止前進(jìn)，等待舉升平臺將盤卷托離吊鉤。舉升完成信號LT_UP有效，壓實(shí)車1、2再次高速前進(jìn)。到前進(jìn)限位S13有效，差速閥Y54和Y55失電，壓實(shí)車1、2低速前進(jìn)。線道架合攏后，S12有效，壓實(shí)車1、2停止前進(jìn)，且1 s后Y52和Y53得電，鎖死壓實(shí)車。

當(dāng)壓實(shí)車后退啟動(dòng)信號PP_REV有效，壓實(shí)車1和壓實(shí)車2均高速后退。當(dāng)編碼器檢測到快接近后限位時(shí)，壓實(shí)車1和壓實(shí)車2均低速后退。壓實(shí)車1碰到限位信號S3停止后退；壓實(shí)車2碰到限位信號S6停止后退。

壓實(shí)車的啟停和高低速度切換，由斜坡函數(shù)實(shí)現(xiàn)均勻加減速控制。

3.2 壓實(shí)車速度的調(diào)節(jié)控制

PID運(yùn)算、D/A轉(zhuǎn)換、位移計(jì)算、比較運(yùn)算、數(shù)值運(yùn)算等過程，均由西門子PLC CPU317完成[8-10]。

圖3 壓實(shí)車速度調(diào)節(jié)控制框圖Fig.3 Speed control of the compactor

3.3 控制程序設(shè)計(jì)

壓實(shí)車控制流程圖如圖4所示。

圖4 壓實(shí)車控制流程圖Fig.4 Flowcharts of the compactor control

壓實(shí)車的邏輯控制流程如圖4(a)所示。在PLC中編寫兩個(gè)功能子程序FC51和FC56。FC51用于實(shí)現(xiàn)壓實(shí)車1的邏輯控制，F(xiàn)C56用于實(shí)現(xiàn)壓實(shí)車2的邏輯控制。邏輯控制程序用于判斷壓實(shí)車高速前進(jìn)、低速前進(jìn)、鎖車、高速后退、低速后退的邏輯條件，并完成邏輯閥和差速閥的驅(qū)動(dòng)。

壓實(shí)車速度控制流程如圖4(b)所示。在PLC中編寫功能子程序FC59，用于實(shí)現(xiàn)壓實(shí)車的速度PID調(diào)節(jié)。當(dāng)壓實(shí)車沒有被鎖死時(shí)，運(yùn)行FC59，完成位移采樣、過程值計(jì)算、PID處理、輸出優(yōu)化等過程。功能函數(shù)程序FC97用于實(shí)現(xiàn)壓實(shí)車啟動(dòng)、停止或高低速轉(zhuǎn)換時(shí)的斜坡加速或減速，從而避免調(diào)節(jié)閥受到?jīng)_擊。規(guī)范化處理是將PLC的計(jì)算值轉(zhuǎn)換為模擬量輸出值，與調(diào)節(jié)閥的輸入范圍匹配。斜坡函數(shù)的計(jì)算頻率設(shè)置為20 Hz。采樣周期設(shè)置為100 ms，通過循環(huán)中斷塊OB35調(diào)用速度調(diào)節(jié)子程序FC59實(shí)現(xiàn)[10]。

4 結(jié)束語

高速線材打包機(jī)的壓實(shí)車速度控制系統(tǒng)，采用邏

輯分段速度給定和基于位移的PID速度調(diào)節(jié)。其控制方法先進(jìn)，具有穩(wěn)定性高、響應(yīng)快、誤差小、可靠性好、精度高、對調(diào)節(jié)閥沖擊小等優(yōu)點(diǎn)。基于該控制原理的BT4600型打包機(jī)，對中能自動(dòng)跟隨校正，保證了對中壓實(shí)效果良好。

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