PLC的高速计数器功能的应用解析

　　1引言

　　切纸机械是印刷和包装行业最常用的设备之一。paper cutter造纸工业中切裁成平板纸的设备。分为甩刀切纸机（又分单刀和双刀两种）和平刀切纸机两类。甩刀切纸机包括由上刀、下刀组成的纵切机构，回转长刀与固定底刀组成的横切机构。可同时分切6~10个纸卷。平刀切纸机是平台上有可升降的闸刀，将平张纸再切规定的尺寸。用于将大张纸切成小尺寸纸用。切纸机械由生活用纸切纸机和工业用切纸机组成，种类繁多，自动化程度不一。目前国内进行切纸设备进给定位系统改造主要有两种方式，一是利用单片机结合变频器实现，一是利用单片机结合伺服系统实现，不过此两种改造方案成本都在两万元以上。并且单片机系统是由专业开发公司设计，技术保守，一旦出现故障只能交还原公司维修或更换，维修周期长且成本高，不利于改造后设备的维护和使用。HMI是Human Machine Interface的缩写，“人机接口”，也叫人机界面。人机界面（又称用户界面或使用者界面）是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。

　　人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存储单元等，其中处理器的性能决定了HMI产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、32位的处理器。HMI软件一般分为两部分，即运行于HMI硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件（如JB－HMI画面组态软件）。使用者都必须先使用HMI的画面组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。

　　2改造的可行性分析

　　现在的大多PLC都具有高速计数器功能，不需增加特殊功能单元就可以处理频率高达几十或上百KHz的脉冲信号，而切纸机对进给系统的精度和响应速度要求不是很高。可以通过对切纸机进给系统相关参数的计算，合理的选用编码器，让脉冲频率即能在PLC处理的范围内又可以满足进给的精度要求。在进给过程中，让PLC对所接收的脉冲数与设定数值进行比较，根据比较结果驱动相应的输出点对变频器进行输出频率的控制，实现接近设定值时进给速度变慢，从而减小系统惯性，达到精确定位的目的。

　　3主要控制部件的选取

　　3.1 PLC的选取

　　设备需要的输入输出信号如下：

　　x0脉冲输入

　　x1脉冲输入

　　x2前限位

　　x3后限位y3前进！

　　x4前减速位y4后退

　　x5电机运转信号y5高速

　　x6刀上位y6中速

　　x7滑刀保护y7低速

　　x10压纸器上位y10

　　x11光电保护y11

　　x12小车后位y12进给离合

　　x13双手下刀按钮y13压板下

　　x14停止按钮y14刀离合

　　x15连杆保护y15电机禁启动

　　x16刀回复到位

　　针对这些必需的输入点数，选用了FX1s－30MR的PLC，因为选用了人机界面，其它一些手动动作，如前进、后退、换刀等都通过人机界面实现，不需占用PLC输入点，从而为选用低价位的FX1s系列PLC成为可能，因为FX1s系列PLC输入点最多只有16点。另外此系列PLC的高速计数器具有处理频率高达60千赫的脉冲的能力，足可以满足切纸机对精度的要求。

　　PLC = Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC.但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC，plc自1966年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。

　　3.2编码器的选取

　　编码器的选取要符合两个方面，一是PLC接收的最高脉冲频率，二是进给的精度。我们选用的是编码器分辨率是500P/R（每转每相输出500个脉冲）的。通过验正可以知道此分辨率可以满足上面两个条件。验证如下：

　　本系统脉冲最高频率＝25转/秒×500个/转×2（A/B两相）＝25KHz

　　理论进给分辨率＝10mm/500=0.02mm

　　同时由上面的数据知道进给系统每走1mm编码器发出50（此数据很重要，在PLC程序的数据处理中要用到）个脉冲信号。由于此工程中对编码器的A/B相脉冲进行了分别计数，使用了两个高速计数器，且在程序中应用了高速定位指令，则此PLC可处理的最高脉冲频率为30千赫，因此满足了第一个条件；我们的切纸机的载切精度要求是0.2mm，可知理论精度完全满足此要求。

　　3.3变频器和HMI的选取

　　这两个部件我们都选用了三菱公司的产品，分别是FR-E540-0.75K-CH和F920GOT-BBD-K-C.