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SIEMENS潯之漫智控技術(shù)（上海）有限公司

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KDF2纖維濾棒成型機(jī)組是煙廠(chǎng)生產(chǎn)卷煙濾棒的設(shè)備。經(jīng)過(guò)十幾年的應(yīng)用，原有機(jī)組逐漸顯示出技術(shù)上的局限性：機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜；電控系統(tǒng)相對(duì)落后；生產(chǎn)環(huán)境比較差，噪音響；維修難度高，能源利用率低等。因此，原有機(jī)組越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)要求。
　　 為此，筆者參照上*的高速濾棒成型設(shè)備的設(shè)計(jì)原理，結(jié)合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求和機(jī)組的特點(diǎn)，運(yùn)用伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)良特性及PLC在工業(yè)控制中的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了此套控制系統(tǒng)。
　　 1 系統(tǒng)概述
　　 纖維濾棒成型機(jī)組控制和傳動(dòng)系統(tǒng)采用了Lenze公司的伺服系統(tǒng)、Digital公司的觸摸式控制屏和西門(mén)子公司的PLC，分別通過(guò)MPI和DP通訊控制。

　　 纖維濾棒成型機(jī)通過(guò)二次開(kāi)松、增塑劑添加、卷制成形、刀盤(pán)切斷和排列裝盤(pán)的過(guò)程生產(chǎn)濾棒。　　　　
　　2 控制策略　　
　　(1) 對(duì)增塑劑添加的控制策略
　　 起初延用原系統(tǒng)的欠阻尼響應(yīng)曲線(xiàn)的控制方式。但是，在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該控制方式存在一定的缺陷，具體表現(xiàn)為：每天*次上電開(kāi)機(jī)時(shí)，增塑劑存儲(chǔ)器中增塑劑積累時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成一段時(shí)間內(nèi)濾棒增塑劑含量過(guò)低。根據(jù)售后服務(wù)部門(mén)的反饋，某些煙廠(chǎng)為保證濾棒質(zhì)量往往會(huì)剔除*盒濾棒。這樣會(huì)有較大的浪費(fèi)。　　
　　 產(chǎn)生這種情況是因?yàn)闊煆S(chǎng)每天工作結(jié)束時(shí)或者CPU重啟時(shí)機(jī)組都會(huì)停機(jī)，并排空存儲(chǔ)器中的增塑劑。由于欠阻尼響應(yīng)到達(dá)設(shè)定值時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成開(kāi)始階段濾棒增塑劑含量過(guò)低。日常生產(chǎn)班次中，每次停機(jī)不排空增塑劑，而是在存儲(chǔ)器中保有一定儲(chǔ)存量。　　
　　 根據(jù)自動(dòng)控制原理，車(chē)速斜坡響應(yīng)可以分為過(guò)阻尼響應(yīng)、臨界阻尼響應(yīng)和欠阻尼響應(yīng)。理論上說(shuō)，臨界阻尼響應(yīng)是的控制方式，這種響應(yīng)方式既實(shí)現(xiàn)了控制的快速性又實(shí)現(xiàn)了控制的穩(wěn)定性；過(guò)阻尼響應(yīng)是為了穩(wěn)定性犧牲快速性；欠阻尼響應(yīng)則是為了快速性犧牲穩(wěn)定性。然而，臨界阻尼由于條件過(guò)于苛刻，在實(shí)際控制中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。　　
　　 根據(jù)剩余的兩種響應(yīng)曲線(xiàn)的特性，筆者認(rèn)為CPU啟動(dòng)時(shí)使用欠阻尼響應(yīng)曲線(xiàn)，其理由是：CPU啟動(dòng)狀態(tài)下，對(duì)增塑劑積累時(shí)間的要求優(yōu)先于增塑劑含量的穩(wěn)定性；而其他狀態(tài)下使用過(guò)阻尼響應(yīng)曲線(xiàn)，此時(shí)對(duì)含量的穩(wěn)定要求優(yōu)先于積累的快速性。　
　　 因此，利用S7-300啟動(dòng)時(shí)的組織塊OB100在CPU啟動(dòng)中只執(zhí)行一次的特性，對(duì)增塑劑伺服電機(jī)的控制方式依據(jù)機(jī)組不同的啟動(dòng)狀態(tài)采取了不同響應(yīng)曲線(xiàn)下的控制方法。具體來(lái)說(shuō)，在CPU啟動(dòng)時(shí)（此時(shí)增塑劑存儲(chǔ)量必定為零），通過(guò)啟動(dòng)組織塊OB100中送出高速運(yùn)轉(zhuǎn)命令至增塑劑伺服電機(jī)，使控制曲線(xiàn)成為欠阻尼響應(yīng)狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)器中增塑劑的快速積累。而在非CPU啟動(dòng)狀態(tài)，控制增塑劑伺服電機(jī)的FC功能塊將送出普通速度命令，使控制曲線(xiàn)成為比較接近臨界阻尼的過(guò)阻尼響應(yīng)狀態(tài)。　
　　 新的設(shè)計(jì)*避免了CPU重啟時(shí)帶來(lái)的增塑劑積累過(guò)慢的問(wèn)題、減少了廢品數(shù)量，因此這樣的設(shè)計(jì)不會(huì)影響正常生產(chǎn)狀況時(shí)增塑劑含量的穩(wěn)定性。　　
　　(2) 對(duì)濾棒剔除支數(shù)的計(jì)算策略
　　 在纖維濾棒成型機(jī)的生產(chǎn)中，為保證濾棒質(zhì)量，每當(dāng)速度低于一定的設(shè)定值時(shí)，機(jī)組就會(huì)剔除此時(shí)的濾棒。此時(shí)機(jī)組的速度是不斷變化的，按通常方式無(wú)法計(jì)算出具體的剔除支數(shù)。這對(duì)統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)效率帶來(lái)了相當(dāng)?shù)睦щy。　　
　　 筆者可以得到動(dòng)態(tài)的車(chē)速反饋，但這條反饋曲線(xiàn)是不斷波動(dòng)和變化的非線(xiàn)性曲線(xiàn)。對(duì)于非線(xiàn)性曲線(xiàn)，數(shù)學(xué)上只能夠采用面積積分求解的計(jì)算方法。對(duì)于此項(xiàng)目就是要求給出一定時(shí)間內(nèi)主電機(jī)的圓周行程，即機(jī)組一段時(shí)間內(nèi)所生產(chǎn)的濾棒長(zhǎng)度。　
　　 從這一角度出發(fā)，筆者考慮采用了對(duì)車(chē)速進(jìn)行模擬積分的計(jì)算方法，即從積分的基本定義出發(fā)，求出剔除時(shí)間內(nèi)的濾棒生產(chǎn)長(zhǎng)度L=Σ(Δv*Δt)，再除以單個(gè)濾棒長(zhǎng)度得剔除支數(shù)的計(jì)算方法。　　
　　 按照積分的定義要求，積分求解是在一定條件下才能夠成立。這個(gè)條件就是Δt要足夠的小即Δt→0。在實(shí)際過(guò)程中，近似認(rèn)為Δt=20ms時(shí)可以滿(mǎn)足條件。此時(shí)，計(jì)算得出的濾棒支數(shù)與實(shí)際濾棒支數(shù)的誤差在±3支以?xún)?nèi)。在精度上，以zui高生產(chǎn)速度3300支/分鐘計(jì)（此時(shí)濾棒長(zhǎng)度為120mm），±3支的精度是*可以滿(mǎn)足精度要求。所以筆者認(rèn)為只要將Δt控制在20ms時(shí)就可以滿(mǎn)足積分求解的條件。　　
　　 原系統(tǒng)的PLC掃描一周的時(shí)間高達(dá)幾十毫秒，顯然不滿(mǎn)足要求。而此項(xiàng)目采用的S7-315-2DP，其單指令掃描周期為10μs級(jí)、整個(gè)掃描周期被縮短為7~8ms，這樣就滿(mǎn)足了積分計(jì)算的要求。