Проектирование системы управления ротационным прессом

　　В данной статье представлено применение технологий сенсорных экранов Panasonic FPO и Hitech в системе управления ротационным прессом; приведена аппаратная структура системы и идеи её программного дизайна. Практическая реализация подтвердила надежность работы системы и её высокую эффективность.

　　Ключевые слова: ПЛК, сенсорный экран, ротационный пресс-подборщик

　　1 Введение

　　Современное промышленное управление неуклонно развивается в направлении интеллектуализации и автоматизации; появляются все новые и новые автоматизированные производственные линии и гибкие производственные системы, что значительно способствует расширению применения интеллектуальных контроллеров, таких как ПЛК, в обслуживании систем. В то же время растут требования к удобству эксплуатации и ремонтопригодности на месте. Сенсорные экраны обладают такими преимуществами, как простота управления, дружественный интерфейс, легкость программирования, отличная совместимость с ПЛК и высокая помехоустойчивость; они хорошо отвечают этим требованиям, благодаря чему технологии сенсорных экранов находят всё более широкое применение в промышленной сфере.

　　Ротационный пресс — это механическо-электрическая система, предназначенная для изготовления эталонных образцов асфальта, используемых для проверки технологических характеристик. Поскольку проверка характеристик эталонных образцов асфальта имеет огромное значение для строительства автодорог, использование асфальта с недостаточными эксплуатационными свойствами при строительстве скоростных магистралей неизбежно скажется на качестве дорожного покрытия и даже может поставить под угрозу безопасность движения. Поэтому процесс изготовления эталонных образцов для испытаний играет чрезвычайно важную роль. Ротационный пресс объединяет в себе механическую, электрическую и приборную части; он предъявляет высокие требования к качеству изготавливаемых эталонных образцов, что, в свою очередь, требует от его электрической системы управления высокой степени автоматизации и интеллектуализации. В данной статье описывается система ПЛК, управляемая с помощью сенсорного экрана через связь с ним.

　　2 Принцип работы системы и требования к управлению

　　Рисунок 1 представляет собой упрощённую схему механической конструкции ротационного пресса. В данной системе реализуются два вида движения — поступательное и вращательное; для этого используются два двигателя (см. Рисунок 1). Один из них — асинхронный двигатель с регулируемой скоростью, управляемый постоянным током через сервопривод, который обеспечивает поступательное движение с переменной скоростью. Другой двигатель — низкооборотный постоянного магнита, управляемый инвертором с двумя диапазонами частоты вращения: на низкой скорости осуществляется коррекция эксцентриситета диска, а на высокой скорости — выполнение прямого и обратного вращения диска. Вся система управляется совместно электрической и механической частями и включает такие функции, как определение числа оборотов, контроль давления и измерение скорости. Кроме того, предусмотрены концевые выключатели и датчики приближения для контроля состояния механизмов и обеспечения безопасности системы. Настройка параметров и отображение информации в системе осуществляются с помощью сенсорного экрана.

　　2.1 Принцип работы

　　Эта система использует принцип равномерного перемешивания путём вращения: двигатель управления подачей стержня приводит стержень в движение, заставляя нажимную головку опускаться с номинальной скоростью до тех пор, пока она не замедлится перед входом в барабан. На протяжении всего процесса опускания постоянно контролируется давление, оказываемое на нажимную головку. Когда головка упирается в эталонный образец асфальта и достигает определённого уровня давления, двигатель управления подачей стержня снижает скорость в соответствии с соотношением между давлением и скоростью. Одновременно двигатель управления поворотным диском приводит в движение поворотный диск, обеспечивая его равномерное вращение и одновременное перемешивание эталонного образца асфальта, который под воздействием нажимной головки спрессовывается до требуемого состояния.

　　2.2 Требования к управлению

　　① Требования к уровню: Расстояние, на которое опускается шток, рассчитывается на основе подсчёта импульсов скорости, генерируемых датчиком положения штока, и затем преобразуется с учётом скорости подачи штока. Несколько этапов работы данной системы напрямую связаны с высотой; если точность измерения скорости недостаточна или высота измеряется неточно, это может повлиять на безопасную работу системы, поэтому точность измерения скорости должна быть очень высокой.

　　② Требования к низкой скорости и регулированию скорости: при сжатии эталонного образца асфальта головкой пресса, поскольку головка испытывает определённое давление, шток обычно работает на низкой скорости. Если скорость работы двигателя управления подачей штока будет слишком высокой, момент двигателя управления подачей штока окажется чрезмерным, а давление, воспринимаемое головкой, станет чрезмерно высоким, что может повлиять на безопасную работу системы. Поэтому требуется высокая точность в обеспечении низкой скорости. Кроме того, требуется, чтобы двигатель управления подачей штока автоматически корректировал свою скорость в зависимости от изменений давления.

　　В процессе автоматического функционирования системы точный подсчёт импульсов скорости и точная регулировка скорости являются ключевыми аспектами управления данной системой.

　　3 Проектирование системы управления

　　3.1 Мощность системы управления

　　(1) Реализовать основные функции ротационного уплотнителя;

　　(2) Реализовать экран для взаимодействия человека и машины;

　　(3) Реализовать функцию самодиагностики неисправностей, возникающих в процессе эксплуатации системы, и отображать её на экране человеко-машинного интерфейса;

　　(4) При возникновении неисправности система автоматически останавливается и одновременно подаёт звуковой сигнал тревоги;

　　(5) Возможность в любое время распечатать необходимую информацию.

　　3.2 Состав системы управления

　　Как показано на рисунке 2, в данной системе используется программируемый логический контроллер серии Panasonic FP0 с 14 точками — 8 входных и 6 выходных, а также имеется порт связи RS232C и порт программирования RS422. В качестве интерфейса человек-машина применяется сенсорный экран PWSl711STN с портами связи RS232/RS485; человек и машина обмениваются данными через порт RS232. Источники питания, необходимые для системы — переменного тока 220 В и постоянного тока 24 В — поставляются из внешнего источника.

　　3.3 Проектирование программного обеспечения системы управления

　　Дизайн системного программного обеспечения в основном состоит из двух частей: одной — дизайна экрана сенсорного дисплея, и другой — дизайна ПЛК-программного обеспечения.

　　(a) Разработка программного обеспечения для интерфейса человек-машина

　　Человеко-машинный интерфейс является ключевым элементом для настройки технологических параметров пользователем, а также важным устройством для отображения информации. Сенсорный экран, используемый в данной системе, поддерживает связь с различными языками ПЛК. Программное обеспечение ADP3 предоставляет мощные макрокоманды, которые позволяют значительно сократить объём программного кода ПЛК, оптимизируя точность и эффективность управления ПЛК.

　　Человеко-машинный интерфейс в основном состоит из двух частей: одна часть отвечает за настройку рабочих параметров системы и включает два режима — ручной и автоматический. Ручной режим используется преимущественно на этапе испытаний ротационного уплотнителя, тогда как автоматический режим предназначен для автономной работы ротационного уплотнителя. При этом в режиме автоматической работы предусмотрены два типа управления: по числу оборотов и по уровню. Вторая часть включает настройку функции сигнализации.

　　Всего на экране человеко-машинного интерфейса представлены следующие экраны: основной экран (рис. 3), экран автоматического режима (рис. 4), экран выбора ручного режима (рис. 5) и экран тревоги (рис. 6).

　　Основной экран (см. рисунок 3) включает настройку максимального рабочего давления, настройку минимального рабочего давления для напорной головки, настройку максимального давления перед загрузкой бака, выбор автоматического режима и выбор ручного режима тестирования.

　　Экран автоматического режима используется на этапе автоматической работы уплотнительного прибора (см. рис. 4) и включает отображение состояния работы, установку отметки уровня, задание направления вращения двигателя поворотного стола, отображение текущей отметки уровня, показатели оставшегося числа оборотов и текущее значение давления. Кроме того, здесь предусмотрены два режима управления (управление по числу оборотов и управление по уровню), а также кнопка печати; функция печати реализуется с помощью макросов, встроенных в интерфейс человек-машина.

　　Экран ручного тестирования (см. рис. 5) используется на этапе испытаний прибора для вращательной уплотнения и включает два двигателя с шестью режимами работы; его цель — проверить, способны ли текущие двигатели функционировать нормально.

　　На экране сигнализации (см. рисунок 6) отображается информация о возможных неисправностях, возникающих в процессе эксплуатации. Всего существует четыре возможные сообщения об неисправностях: неправильная центровка головки относительно бочки, превышение максимального давления, превышение уровня H1, понижение уровня ниже H4 (как показано на рисунке 1).

　　(b) Разработка программного обеспечения ПЛК

　　Программа ПЛК выполняется циклически, начиная с основной программы; по завершении её выполнения управление вновь возвращается к основной программе. Цикл сканирования программы составляет несколько миллисекунд. Вся программа ПЛК разработана на платформе FPWIN от компании Panasonic с использованием булевых梯овых диаграмм. Схема работы ПЛК в режиме управления числом оборотов всей системы показана на рисунке 8; процесс в режиме управления уровнем аналогичен.

　　В процессе отладки программы ПЛК на месте обнаружились некоторые проблемы, например, значительные колебания давления, преобразованного с датчика давления, что оказывало серьёзное влияние на стабильность работы системы. Поэтому в программе применён метод цифровой фильтрации для устранения этих колебаний давления и обеспечения стабильной и безопасной работы системы.

　　4 Заключение

　　Совмещение программируемого контроллера и сенсорного экрана может применяться во многих областях промышленного управления; использование в ротационном уплотнителе является лишь одним из наиболее характерных примеров. Эта система уже внедрена на объектах, обладает надежностью, высокой точностью управления и удобным интерфейсом человек-машина, полностью отвечает требованиям пользователей и вполне способна заменить аналогичные зарубежные продукты.