基于SIMOTIOND的编码器切换技术在木板横截锯中的应用.docx

第 37 卷 第 8 期林 业 机 械 与 木 工 设 备Vo1 37 No. 82009 年 8 月FORESTRY MACHINERY & WOODWORKING EQUIPMENTAug. 2009推广应用基于 SIMOTION D 的编码器切换技术在木板横截锯中的应用奚家星， 丁庆新， 赵宏林， 张仕民， 孙广斌， 李小春（中国石油大学（北京）机电工程学院，北京 102249）摘 要：介绍了木板横截锯锯切区的工艺流程，分析其锯切控制难点。为解决这一难点问题，应用了基于 SIMOTIOND 的编码器切换技术，并阐述了该技术的实现过程。关键词：木板横截锯；编码器切换；SIMOTION中图分类号：TP271文献标识码：A文章编号：1001- 4462（2009）08- 0038- 03Application of SIMOTION D-based Switching Technology of an Encoder in Board Cross-cut-off SawsXI Jia-xing, DING Qing-xin, ZHAO Hong-lin, ZHANG Shi-min, SUN Guang-bin, LI Xiao-chun（College of Electromechanical Engineering, China University of Petroleum（Beijing）, Beijing 102249, China）Abstract：The technology process of a board cross- cut- off saw is introduced and the control difficulty is analyzed. IMOTION D- based switching technology of an encoder is applied in order to solve the problem and the realization process of the technology is stated.Key words：board cross- cut- off saw; encoder switching; SIMOTION木板横截锯是对木板材进行纵向优化、横向截 断的大型木工锯切全自动设备，其不仅具有普通手 工截断锯的横向截断功能，而且还具有优选、统计及 调度等功能，可大幅度提高木板出材率和生产效率， 并实现木板横截产品的精确统计。在配料加工工序 中，使用木板横截锯可满足工厂大规模生产的需求， 解决工厂配料过程中生产效率低、浪费严重及管理 困难等问题。木板横截锯机械动作多，各部分运动复杂，锯切精 度高，因此对控制系统的要求非常严格。由于传统的接1木板横截锯锯切区工艺流程如图 1 所示，木板由传送皮带送至锯切区，当木板 到达光电传感器 1 时，压轮 1 压下，使木板随着驱动轮 运动；木板到达光电传感器 2 时，压轮 2 压下，伺服电 机位置归零，然后运行定位程序使木板的端头与锯切 口对齐，压轮 3 压下；这时电机根据预先设定的锯切清 单运行相应的长度后定位，并抬起锯片，随着木板末端 离开各个压轮（压轮相应抬起），即完成对当前木板的 锯切加工，电机回到空转速度，等待加工下一块木板。外部编码器 光电传感器 2 压轮（数个）触器、继电器和逻辑元件等控制方式故障率高，智能化程序低，所以必须采用新型的运动控制系统才能达到 设计要求。本文介绍基于 SIMOTION 运动控制平台的 编码器切换技术在木板横截锯中的应用。收稿日期：20090310* 通讯作者：丁庆新，教授，主要研究方向为机械设计及其锯片进料轮光电传感器木板伺服电机图 1 木板横截锯锯切区工艺流程示意图理论第 8 期奚家星，等：基于 SIMOTION D 的编码器切换技术在木板横截锯中的应用392 木板横截锯锯切区控制要求 由上述工艺流程可知，木板的定位精度直接影响木板横截锯的锯切精度，而木板在锯切台上随驱动轮前进 时由于存在打滑现象，使木板的长度定位存在误差。为 了解决这个问题，我们创新采用了编码器切换技术，即 在压轮 3 上加装一个外部编码器，当木板端头到达锯切 口时，将电机的内部编码器切换至外部编码器。这样就 能消除木板打滑对其定位的影响，保证木板定位准确。 当木板被锯切完毕离开外部编码器时，再将电机的外部 编码器切换回内部编码器，以防电机过流停机。3 系统硬件组成 在运动控制领域，一般的电机驱动器均可提供丰富的运动控制功能，但逻辑控制和复杂运算功能却相 当弱，虽然传统的 PLC 提供了全面的逻辑控制功能，但 又很难具备运动控制的全部功能。传统的应用方式是 将 PLC 和伺服控制器配合使用，但这种方式又存在高 速数据传输、数据同步和精确控制等方面的问题。西 门 子 公 司 推出的新一代运动控制平台 SIMOTION 是专为运动控制起主导作用的机器而设计 的，其集成了逻辑控制与运动控制等功能，可独立完成 传统的 PLC 加电机调速器的所有功能，主要应用于控 制要求复杂、控制速度快、要求运动精确的场合。SIMOTION D 是基于 SINAMICSS120 驱动平台的驱动系统，其具有强大的控制功能，SIMOTION D 有若 干种规格，每种规格的功能不同，其中 SIMOTION D425 适用于中等规模的应用，它带有两个具有时钟同步的 PROFIBUS 接口和两个以太网口，可通过 DRIVE-CLiQ 接口与 SINAMICS S120 的其它模块进行数据交换，通 过外扩 CU320，一个 SIMOTION D425 最多能控制 16 个轴。本系统基于 SIMOTION D 运动控制平台，锯切区 硬件结构框图如图 2 所示。4.1控制器组态 要实现编码器的切换，首先需要对电机轴进行双编码器的组态。对驱动进行组态。如图 3 所示，选择 Encoder 2， 键入 Encoder 2 的名称。图 3 编码器在 SCOUT 中的组态输入外部编码器的类型参数。如图 4 所示，本系 统采用的是旋转编码器（sine/cosine 型），旋转一周产生 2500 点。图 4 编码器参数在 SCOUT 中的设定对控制器进行组态。在控制器组态中创建一个 实轴，分别在实轴基础上组态两个编码器，组态完成后 应能显示每个编码器的数据，如图 5 所示。传感器气缸伺服驱动编码器伺服电机Simotion D4.2编程实现图 5 实轴参数显示图 2 锯切区控制系统框图4 系统软件实现 软件部分包括组态和编程。对运动控制器和驱动器的组态及编程都是在西门子调试软件 Scout 中实现 的。Scout 中有 ST、LAD 和 MCC 三种编程语言，本系统 主要采用 ST 语言编程。在机器运行过程中编码器的切换需要在伺服电机 静止的状态下进行，否则电机会在一段时间内没有编 码器的闭环回路，这时容易发生飞车，引起系统的崩 溃，所以要把握好切换的时机。工作中当木板端头定位 完成及抬锯锯切板材时电机是静止的，所以当木板端 头定位完成以及锯切最后一段木板时即可切换编码 器，编码器切换程序流程图如图 6 所示。编码器切换在 scout 中的实现可分为三步，分别调 用三个函数：40林 业 机 械 与 木 工 设 备开始否锯切段数是否大于 3 段是否端头定位完成是 外部编码器到位是切换至外部编码器是否锯切最后一段否是切换至内部编码器结束（）指令。第 37 卷图 6 编码器切换程序流程图获取当前电机运行状态参数，采用 _setAndGetEncoderValue（）指令;将获取的状态参数赋给切换完的编码器，采用_setAxisDataSetActive()指令;判断切换是否完成，采用 _getStateOfAxisCommand5 小 结 编码器切换技术的实现避免了由于木板行进过程中打滑而引起的长度定位误差，可大幅提高木板横截锯 的锯切精度。经应用编码器切换技术测试，在 240m/min 的进料速度下，木板（2m 长）的长度定位误差由原来的 15mm 降为 0.8mm，可见应用编码器切换技术完全达到 了预计的效果。参考文献：1 西门子 （中国） 有限公司自动化与驱动集团运动控制部.SIMOTION D V4.0 快速入门Z.2007.2 Siemens. Sinamics S120 commissioning manual Z.2006.3 Siemens. SIMOTION ST Structured Text Z.2006.4 王礼，贺刚，朱良波，等.西门子 SIMOTIOND 在高速纸箱包装机 上的应用J.变频器世界，2006（12）.5 毛志辉，李成铁，赵强，等.基于 PLC 的运动控制系统在印刷开 槽机中的应用J.仪器仪表学报，2006，26（6），增刊. 主要作者简介：奚家星，硕士研究生，主要研究方向为机电系统控制及其自动化；丁庆新，教授，主要研究方向为机械 设计及其理论。（上接第 37 页）产生式的含义是如果前提 P 满足，则可推出结论Q 或执行 Q 所规定的操作。3.2产生式表示法实例及优点采用产生式表示法表示绿化林带虫害诊断知识。 例如：IF（发生虫害部位=“茎或枝干”）AND（虫害颜色= “黑色”）AND（虫害特征 1=“鞘翅基部光滑”）AND（虫害 特征 2=“表面各具 20 多个大小不等的白色毛斑，略呈 不规则的横列”）AND（虫害特征 3=“头部和体腹面为银 灰和蓝灰色细毛”）THEN（虫害=“光肩星天牛”）上述实例表明，产生式表示法应用于城市绿化林 带专家系统中的主要优点有：产生式表示法用“IfThen”的形式表示知识， 这种表示形式与人类的判断性知识基本一致，直观、自 然，便于推理。产生式表示法可以有效地表示病虫害的预测和 防治知识，便于推理。产生式表示法是规则库中最基本的知识单元，各 规则之间不能相互调用，增加了规则的模块性，有利于 对知识进行增加、删除和修改等操作。4 知识库管理知识库采用 MYSQL 数据库，这种数据库存储结构便于管理、查询和使用。数据库中最为重要也是使用频 率最高的就是查询操作，MYSQL 数据库是使用简单的 SQL 语句进行查询。此外，还可以用不同的 SQL 语句完成添加、修改和 删除等操作。5 小 结本文重点讨论了系统知识库的组织与设计技术， 阐述了产生式表示法的含义和优点，实现知识库的组 建。但专家系统在城市绿化带病虫害预测和防治方面 还有待于进一步完善，相关知识和技术还有待于提高， 如知识匹配、知识表示方法等重要问题还需要进行深 入研究和实践。参考文献:1 金文坚试论高校图书馆参考咨询专家系统中知识库的建立J 江西行政学院学报，2006（2）：78-802 陈敏，李兴明，等网络故障诊断专家系统中知识库的设计J电 子科技大学学报，2005（6）：996-9993