1、可調定長自動裁切控制裝置的系統構成

圖5-28 可調定長自動裁切控制裝置系統配置示意圖

裁切機器由機體、傳送帶、氣動裁切刀具等機械部件和變頻器、電機、刀位檢測開關、旋轉編碼器等電力拖動部件和長度檢測部件構成。機器工作原理簡述：由變頻器控制電機起停與速度，電機由皮帶拖動機器主軸，主軸帶動輸送帶，輸送帶將待裁切板材源源不斷地輸送至裁切刀具下；

旋轉編碼器經彈性連軸器（可用軟塑膠管代用）與機器旋轉主軸連線，對主軸的執行線距離進行脈衝計數，當設定長度（設定脈衝數）與編碼器計數長度相等時，由PLC輸出下刀指令，變頻器停止執行，輸送帶停止輸送，下刀電磁閥動作，氣動裁切刀具下行，對輸送帶上的板材進行裁切。裁切過後，系統又自動啟動執行。

系統設計要求：

1）、板材輸送速度可以調節。採用變頻器拖動電機滿足此要求；

2）、裁切長度可以設定，並可以監控，採用PLC與文字屏相結合，滿足此要求；

3）、機器主軸的直徑規格不一，與長度設定互有影響，應考慮此因素。可用文字屏可對主軸資料（軸周長）修正；

4）、選用旋轉編碼器的型號不同，脈衝計數值/周有別。用文字屏可對旋轉碼器的脈衝計數值/週數據進行修正；

5）、正常輸送使用一個可調整的較高的輸送速度，稱為變頻高速；而當輸送長度接近於裁切長度時，輸送帶應進入低速執行階段，稱為變頻低速（可為一固定速度），這樣便於提高裁切精度和裁切質量。低速輸送距離（長度）可以根據現場操作執行情況，由文字屏設定；

6）、下刀裁切時，輸送帶必須停止輸送，裁切完畢後，輸送帶開始執行。下刀裁切至重新執行，需有一個適宜的延時時間，如時間太短，刀具未升到原位，容易與板材相頂，損壞板材和刀具。若時間過長，會導致本班產量降低。這個下刀時間（實際為刀具復位時間）也可以由文字屏進行設定；

7）、本班產量——裁切張數，可以在屏面上顯示和監控。下一班人員可將顯示值復位清零，重新計數；

8）、系統的執行方式：用按鈕啟動和停止，實現自動裁切功能。

圖5-29 可調定長裁切裝置系統電氣壓原理（接線）圖

根據以上要求，核算了PLC的I/O點數，繪製系統原理接線圖並編寫控制程式。

可調定長裁切裝置選用10點LS/K7MDR10S型PLC、YD204VL4文字屏，和偉創AC60/1。5kW變頻器，用CDD-11N型接近開關（常態為接點接通，檢測物體到位後，接點開斷）採集刀位訊號，用TRD-2T600BF型旋轉編碼器測量板材長度。

PLC的P40端子控制下刀電磁閥，進行裁切控制；P41端子輸出接點訊號做為變頻器的FWD運轉訊號。變頻器的運轉頻率由RP1電位器調節給定；P43端子連線變頻器的X3端子，X3端子功能被設定為點動，該端子訊號輸入時，變頻器以點動（低速）頻率執行。

變頻器應該調整的引數值：

1） 執行/停止命令，E-01：置1，端子起/停控制；

3） 控制端子X3功能選擇F-02：置 1，正轉點動執行；

4） 點動頻率E-25：根據執行需要調整。先預置為7Hz；

5） 停機方式E-34：置 1，自由停車；

6） 電機過流保護E-57：設定值應等於電機銘牌上的額定電流值或為電機額定電流的1。1倍；

7） 加速時間根據需要調整，為提高工效，將加速時間設為0。3秒，減速時間設為0。6秒。變頻器在較短時間加速至全速，容易出現過載報警與停機。為了滿足使用者快提速和提高產量的要求，將750W電機配用1。5G型變頻器。

圖5-29配線圖中，裁切刀位位置由光電開關檢測，檢測訊號由P05端子輸入。刀位輸入靜態為常閉點訊號，裁切到位後，輸入一個常閉點的開斷訊號；編碼器的計數訊號由P0、P1兩個輸入端子進入，本例程式電路，透過引數已將HSC 0（高速計數通道1）設定為兩相CW/CCW工作模式（設定方法詳見第三章的第二節），CW：正轉計數；CCW：反轉計數。輸送帶正向執行時，P00輸入訊號有效，程式電路對從P00端子輸入的訊號進行加計數；輸送帶反向執行時，P01輸入訊號有效，對從P01端子輸入的訊號進行減計數。這樣，當因某種原因需進行倒車時，高速計數的結果會自動減去倒車尺寸，保障裁切長度的準確。

2、PLC程式電路（見下圖5-30、圖5-31）

程式電路完成的主要任務是對輸送帶輸送的板材進行長度計量和裁切控制，因而13-63程式步為一段對高速計數輸入的高速計數脈衝進行相關算術計算的程式，從而得出裁切長度、減速距離與當前長度監控值等資料（見下文程式解析）；

裁切控制應用了HSCST（高速計數有效）指令，以取出旋轉編碼器輸入的計數脈衝數，並存入資料暫存器D5中，供計算電路採用。

程式電路中還用到了觸點比較指令和普通計數指令（計數器C0），相對應的程式電路解析見下文。下面先行給出整體的程式電路，請讀者對應右側註解，參考相關指令的用法，再與後文的文字屏畫面相結合，找到畫面與程式電路的結合點（相關軟元件的來龍去脈）。

圖5-30 可調定長裁切裝置PLC程式電路第一段

圖5-31 可調定長裁切裝置PLC程式電路第二段

3、文字屏的畫面編輯

一般情況下，先將PLC程式電路編寫完畢，再據程式電路的“相關的元件地址”編輯文字屏畫面。程式電路與文字屏畫面兩者產生聯絡的元件如下表所示。

表5-5 PLC程式電路與畫面聯絡元件表

文字屏畫面如下：

圖5-32 1號畫面。畫面描述：開機畫面。

1號畫面：

除了用文字串鍵入一些說明外，使用三個功能鍵，均是擔任畫面跳轉功能的。

左行箭頭功能鍵：

定義為“畫面跳轉”、“3”。

文字提示：監控。按此鍵轉轉3號“監控”畫面；

右行箭頭功能鍵：

定義為“畫面跳轉”、“2”。

文字提示：設定。按此鍵轉2號“設定1”畫面；

下行箭頭功能鍵：

定義為“畫面跳轉”、“5”。

文字提示：幫助。按此鍵轉5號“操作說明1”畫面。

2號畫面，

編輯和定義了兩個“設定型”暫存器，用於設定“裁切長度”的暫存器D3510和用於設定“減速距離”的定時器D3550。此外，還編輯了兩個畫面跳轉功能鍵畫面。

上行箭頭功能鍵：

定義為“畫面跳轉”、“1”。

文字提示：返回。按此鍵時返回1號開機畫面；

“8”數字功能鍵：

定義為“畫面跳轉”、“4”。隱形鍵。

按此鍵時，轉換到4號“設定2”畫面。

2號畫面（見下圖5-33）：將數字小鍵盤中的“8”鍵，設定為隱形功能鍵，按此鍵時將從2號畫面跳轉到4號（設定2）畫面。“8”鍵，在編輯軟體中以“模糊圖形”的形式出現，但實際屏顯示畫面中，該鍵是“隱形”的。

為什麼在該畫面要定義一個隱形鍵用作畫面轉換呢？

這是因為：4號（設定2）畫面內容，有主軸直徑、編碼器型別及下刀時間的調整，這些資料的隨意調整會造成裁切長度的不準確，從而造成材料的報廢！採用隱形功能鍵，對該鍵的應用只有少數操作人員得知和可以進入設定2畫面，進行有關設定。無關人員，輕易不會進入設定2畫面，避免了誤調節造成的損失。

隱形鍵的使用，往往是出於對重要可調節資料（畫面）的保護，而設定的。

圖5-33 2號畫面。畫面描述：設定1

圖5-34 3號畫面。畫面描述：監控

3號畫面為監控畫面

，定義了兩個資料暫存器，用於本班產量（裁切張數顯示）監控的D3530和當前長度（當前板材計量長度）值顯示的D3532。資料暫存器的內部資料來自PLC程式電路。

定義了左行箭頭功能鍵為開關量控制位元件M50，用於對本班產量和當前長度計數值的復位。

定義了上行箭頭功能鍵為“畫面跳轉”鍵，按此鍵時畫面返回到1號開機畫面。

圖5-35 4號畫面。畫面描述：設定2

4號畫面是針對裝置機械特性和器件型別

，進行的相關設定。定義了三個“設定型”暫存器， D3512：用於設定“主軸周長”；D3514：用於設定“編碼脈衝”；D3500：用於設定“下刀時間”，為定時器T0的定時時間設定。畫面設定資料是由文字屏下傳至PLC程式電路，此類資料暫存器，應選中“設定”！

上行箭頭功能鍵：

定義為“畫面跳轉”、“1”。文字提示：返回。

按此鍵時返回1號開機畫面；

5-8號畫面，是操作說明的文字處理畫面，

畫面底部的按鍵，設定的都是畫面跳轉功能。

下行箭頭功能鍵：

定義為“畫面跳轉”、“6”。文字提示：下頁。

轉6號“操作說明2”畫面；

上行箭頭功能鍵：

定義為“畫面跳轉”、“1”。文字提示：上頁。

返回1號開機畫面。

圖5-37 6號畫面。畫面描述：操作說明2

下行箭頭功能鍵：

定義為“畫面跳轉”、“7”。文字提示：下頁。

轉7號“操作說明3”畫面；

上行箭頭功能鍵：

定義為“畫面跳轉”、“5”。文字提示：上頁。

轉5號“操作說明1”畫面。

圖5-38 7號畫面。畫面描述：操作說明3

下行箭頭功能鍵：

定義為“畫面跳轉”、“8”。文字提示：下頁。

轉8號“操作說明4”畫面；

上行箭頭功能鍵：

定義為“畫面跳轉”、“6”。文字提示：上頁。

轉6號“操作說明2”畫面。

圖5-39 8號畫面。畫面描述：操作說明4

上行箭頭功能鍵：

定義為“畫面跳轉”、“7”。文字提示：上頁。

轉7號“操作說明3”畫面；

右行箭頭功能鍵：

定義為“畫面跳轉”、“1”。文字提示：返回。

返回1號開機畫面。

畫面元件的定義和使用特點：

1）使用暫存器的編號為3500以後的編號，具有斷電保持功能，便於本班產量等的計數保持，斷電後，重新啟動裝置後，能在原計數值上繼續累加。如不考慮斷電保持功能，則可以採用任意編號的暫存器，如D1、D2；

2）同一功能鍵，在不同畫面，可設定為不同的功能或相同的功能，如上行箭頭鍵，可設定為上頁跳轉；在另一面面，又被設定為向開機畫面的跳轉。可以被重複設定和使用；

3）在設定介面，按SET鍵在各個要設定資料之間切換，按左右鍵切換到需要修改的資料位。按上下鍵修改資料，修改完成按ENT 確認資料修改。

4、程式電路解析

1、算術指令的應用：

MUL ，乘法指令；DIV ，除法指令；ADD ，加法指令；SUB ，減法指令。16位資料處理指令；

將指令前面加D，變為DMUL、DDIV、DADD、DSUB，則變為處理32位資料的算術指令。

注意：

高速計數器的計數範圍為十進位制32位，其設定值也為十進位制32位。當利用傳送或算術指令對高速計數進行處理時，應該採用32資料處理指令。當誤用16位資料處理指令時，會出現程式電路不被執行或運算資料錯誤的狀況。遇到這種情況，可以改變資料格式（如將UML指令改為DUML指令）試之。這也是在程式設計中經常遇到的問題。

算術指令不能直接與左母線連線，故用F0000（執行中接通）特殊輔助繼電器觸點，連線算術程式電路。

圖5-40 可調定長裁切裝置PLC程式電路中的算術指令電路

此段程式為本程式的中心部分，配合文字屏的資料設定，對暫存器中的資料進行加、減、乘、除運算，對板材長度和減速距離進行計算，用於下刀裁切控制和裁切前變頻器的低速執行控制。決定裁切長度的三個量：編碼器脈衝數/周、主軸周長和長度設定值。因為是採取旋轉編碼器來計數的，一張皮子的總長度，對應的是編碼器的脈衝數，而上段程式中，加、減、乘、除運算的任務，便是根據編碼器的旋轉一週的脈衝數和機器主軸一週所運轉的線距離和長度設定值，算出總長度脈衝數的。

為了計算方便，假設主軸周長為100釐米，編碼器脈衝數/周為100，即一個脈衝數對應傳送帶輸送長度為1釐米。那麼現在設定長度為1000釐米，編碼器應該輸送出多少個脈衝（總長度脈衝數）？

這是一個簡單的數學計算題，可列出下面一個等式：

因為：主軸周長/編碼器脈衝＝設定長度/總長度脈衝數

所以：總長度脈衝數＝編碼脈衝×長度設定/主軸周長 （100×1000/100＝1000個脈衝數）

程式電路中，也是按上述算式，採用兩個計算步驟來完成總長度脈衝數的計算的。電路第一行，先完成編碼脈衝×長度設定，將乘積存入於D3516暫存器；電路第二行，再將D3516（乘積）/主軸周長，從而得出設定長度對對應的總長度脈衝數（數值存於D3518）。

將計算所得總長度脈衝數（D3518）與旋轉編碼器實際輸入脈衝數（D5）相比較，當兩者相等時，裁切刀具動作，即得到按長度設定所要求的板材長度。

第三、四、五行電路，是對開始減速脈衝數的計算電路。裁切長度為1000毫米，要求輸送長度達800毫米時，控制變頻器用點動速度（低速）執行，以提高裁切精度和裁切質量。需計算出800毫米所對應的編碼器脈衝數，在實際編碼器輸入脈衝數與此相等時，PLC的40接點停止輸出，變頻器高速執行停止，43輸出接點接通，變頻器以設定點動速度（低速）執行。根據機械裝置執行狀態，減速距離可由屏面進行設定。

計算步驟與版式：

第一步，先算出減速距離的脈衝數——200毫米所對應的脈衝數，再將總長度脈衝數減去減速距離脈衝數，即得出開始減速脈衝數了。減速距離的計算用如下算式：

減速距離脈衝數＝減速距離×編碼脈衝/主軸周長

減速距離的計算由第三、四行電路完成。

第五行電路為減法算式：

總長度脈衝 - 減速距離脈衝數＝開始減速脈衝數

將計算所得開始減速脈衝數（D3520）與旋轉編碼器實際輸入脈衝數（D5）相比較，當兩者相等時，PLC的P43接點動作，變頻器轉換成低速執行，為下刀裁切做好準備。

圖5-42 可調定長裁切裝置PLC程式電路中的低速命令電路

下刀命令與低速命令程式電路，使用了觸點（條件）比較指令。

程式電路第六、七行，是對當前長度值的計算，所得結果上傳到屏面，用於對當前長度值的監控：待裁切板材已被輸送多少毫米？計算方式同總長度脈衝數的方法一樣。

2、高速計數功能的啟用

圖5-43 可調定長裁切裝置PLC程式電路中高速計數處理電路

該程式中啟用了程式設計器中的高速計數有效（HSCST）功能。旋轉編碼器輸入的A、B兩相脈衝訊號分別從PLC的P0、P1兩個端子輸入。計數形式為兩相CW/CC計數模式。高速計數功能（對應P0端子輸入）可透過程式設計軟體左上側的引數工具設定。當設定為CW/CCW兩相計數模式時，P1端子也被自動佔用。高速計數的設定畫面如下：

圖5-44 可調定長裁切裝置PLC程式電路中高速計數的設定

將P0端子輸入高速計數設定為：線性計數器。兩相CW/CCW模式。

高速計數指令含義。HSCST 0000 0009999999 D5：HSCST 00000為P0、P1端子輸入的CW/CCW（正轉/反轉）計數脈衝；0009999999，為計數設定值，當設定值到時，相對應特殊繼電器動作，在這裡只是應用其計數功能，不取用對應位元件的開關量訊號，故將設定值設得大一點，滿足設定長度的要求即可以了；D5，為計數當前值暫存器，若在程式監控狀態，可看D5右邊顯示的當前計數值。這裡是將計數當前值，放入D5暫存器中，用於下刀命令和低速命令電路的比較條件。

5-31程式電路中，當（P40端子接點）下刀電磁閥動作一次，即將資料0傳送（DMOV）至D5中，完成對當前計數值的清零，為下一次裁切做好長度計數準備。MOV，16位資料傳送指令；在指令前加D，為32位資料傳送指令。高速計數的計數當前值，為32位十進位制資料，故需用DMOV指令。