基于PCC的软件框架设计
系统软件采用模块式编程，软件部分主要由“PT界面设计”、“主从通讯”、“变频器控制”、 “伺服电机控制”及“张力调节”等模块组成。这里主要介绍张力调节模块的设计。
4.1 PCC控制的软件框架
开关量和4个伺服的控制程序及驱动程序等在PCC中编写。PCC的软件框架图如图4.1所示。
图4.1PCC的软件框架图
4.2 PCC的软件框架
上导伺服5和4个变频器的控制程序放在PCC中编写。PCC的软件框架图如图4.2所示。
图4.2PCC的软件框架图
4.3张力调节模块设计
由于伺服控制系统不仅能控制速度，还能控制位置，与变频调速相比，伺服控制更**、可靠。本设计中张力调节控制采用的是伺服控制系统，其控制软件采用PCC的内置PID调节。
4.3.1 PID控制系统框图
PID调节器由比例调节器(P)，积分调节器(I)和微分调节器(D)构成，图4.3所示为PID控制系统框图。
图4.3PID控制系统框图
图中R为设定的期望值，Y为控制变量，S为实际输出值，e为控制偏差值(e=R-S)。
工作原理：直接采用PCC里面具备的PID指令编程模块，从模拟量输入通道获取指定的张力信号--->AD--->张力数字量--->进入PID模块，按照设定参数（比例系数、微分时间、积分时间等）通过PID计算---->调整后的张力值，将运算结果放到输出通道。通过公式转换计算出调整后的频率值。
4.3.2 PID控制算法
PID控制是根据给定值R(t)与实际输出值S(t)之间的偏差e(t)来进行控制的。将偏差的比例(P)，积分(I)，和微分(D)通过线性组合构成控制量，对受控对象进行控制 。
PID控制算法的基本运算式如下：
将各变量用数字量表示，公式如下：
在张力控制中，综合考虑PCC的运算速度和伺服控制系统转速以及控制精度的要求，采样周期设为200ms。
式中SK为第K次伺服电机输出脉冲频率，控制伺服电机的速度。SK-1 为上一次脉冲输出频率值。
△ek为实际输出的脉冲数和应该要输出的脉冲数之差。
△ek= ek- ek-1为第K次采样所获得的偏差数。
△ek-1= ek-1- ek-2为第K-1次采样所获得的偏差数。
Kp,Ki,Kd分别为比例系数、积分系数、微分系数。
实际调试过程可对Kp,Ki,Kd进行调试，选定合理的值，保证偏差控制在合理的范围之内。
4.3.3 张力控制程序流程图
张力控制程序流程图如图4.4所示。
图4.4张力控制程序流程图
张力传感器的值被传送到PCC的模拟输入通道，通过模拟量转换为数字量，之后可以先进行张力预紧，使运行前各张力达到设定值的70%左右，以免全机启动后张力立即松掉。
全机启动后，伺服和变频控制系统由0开始加速运转，进行加速过程中张力的实时控制。在加速15s后系统进入匀速运转阶段，此时，加速张力控制关闭，开启匀速状态张力控制来实现匀速状态下张力的实时控制。在匀速状态改变设定值，就进入加速或减速状态，时间为5s。张力控制采用传统的PID控制。全机停止时，开启减速张力控制，直到机器停止。
5 结束语
本设计主要从控制系统工作原理、硬件结构及软件模块设计等方面探讨了磨毛整理机电控系统。采用PCC作为核心控制单元，将导布系统用伺服控制系统代替变频控制系统后，使磨毛机运行过程中各张力值更加稳定。实现了技术突破，大大提高了生产效率和系统稳定性。织物经磨毛机加工后，手感柔软滑爽，绒毛短匀，有的织物可达到观之无毛摸之柔爽的效果，极大的提高了织物的附加值。
注塑机是注塑成型的主设备，注塑机的技术参和性能与塑料性质和注塑成型工艺有着密切的关系。注塑成型设备的完善和发展必将推动注塑成型技术的进步，为注塑制品的开发和应用创造条件[1]。老式中小型注塑机的电气控制系统大多采用继电器控制，线路复杂，故障率高，维修麻烦。而可编程序控制器是专为工业环境下应用而设计的工业计算机，由于它具有可靠性高、编程方便、抗干扰能力强、维修方便等特点，广泛用于各种类型的机械或生产过程的控制[2]。
2 注塑机的工作原理
注塑机是借助螺杆(或柱塞)的推力，将已塑化好的熔融状态(即粘流态)的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制柜操作和液压系统操作三个方面。分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出型式的选择，料筒各段温度及电流、电压的监控，注射压力和背压压力的调节等。注塑机生产一个产品的工作循环包括(1)快速合模；(2)慢速合模；(3)模板锁合；(4)射台前移到位；(5)注塑；(6)冷却和保压；(7)预塑；(8)射台后退；(9)开模；(10)顶出制品。工艺流程如图1所示。
图1 注塑机工艺流程
注塑机在操作过程中需要实现手动控制、半自动控制和全自动控制。手动控制是在一个生产周期中，每一个动作都是由操作者拨动操作开关，控制相应的电磁铁得电而实现液压系统的控制。手动操作一般在试机调模时才选用。注塑机运行通常工作在半自动或全自动状态。半自动操作时，机器可以自动完成一个工作周期的动作，但每一个生产周期完毕后，操作者必须拉开安全门，取下工件，再关上安全门，机器方可以继续下一个周期的生产。如果顶出装置能将工件可靠地从模具中顶出，注塑机可以工作于全自动状态。全自动操作时注塑机在完成一个工作周期的动作后，可自动进入下一个工作周期，生产效率更高。
3 plc控制系统开发
3.1 输入输出点数的确定
m230注塑机生产工艺要求有多种操作方式转换，并以行程控制和时间控制来实现动作的转换等特点，其控制是典型的顺序控制，适合选择采用可编程序控制器实现注塑机的各个工步的控制。在选择可编程序控制器时，需要知道系统开关信号的输入点数和输出点数。本控制系统的输入设备有启动按钮sb1、停止按钮sb2，限位开关sq1～sq12，半自动需要检测安全门限位开关sa4。工作方式的选择对应**转换开关sa1～sa3输入，加上控制面板上的12个控制按钮，需要输入点数30个。输出需要控制21个开关电磁阀，实现快速合模、慢速合模、锁模等注塑机的15个状态控制，需输出点数21个。
3.2 plc选型
本系统选用三菱公司的fx-2系列的fx2-64mr。该型号的plc具有丰富的指令系统，快速的输入响应功能以及完善的脉冲输出功能，为64点i/o型，其中输入点数为32点，输出点数为32点，继电器型，可直接驱动开关电磁阀，满足系统要求[3]。
3.3 plc输入输出接线图设计
本系统设计有启动按钮sb1、停止按钮sb2，限位开关sq1～sq12，半自动需要控制安全门开关sa4，工作方式选择的**转换开关sa1～sa3，以及控制面板上的12个控制按钮。输出需要21个电磁阀来控制15个状态。输入信号分别接到fx2的x接线端，控制输出分别接到输出接线端，系统输入输出接线如图2所示。
图2 plc输入输出接线图
3.4 梯形图设计
注塑机的控制是典型的顺序控制，它的工作循环是从慢速合模工步开始，一步一步有条不紊进行，每一个工步执行都使相应电磁阀动作，用行程开关或定时器定时来判断每一步是否完成，并决定是否启动下一个工步，采用步进梯形指令可以方便地完成相应的控制过程。本系统的设计有手动、半自动和全自动多种工作方式，采用条件控制指令来实现工作方式的选择。半自动与全自动的控制程序基本相同，手动控制是将控制面板上的闭模、锁模(芯移入)、射台前进、注射、保压、预塑、抽胶、射台退回、芯移出、开模、顶出的12个控制按钮接入plc，将**转换开关打到手动档，x15接通，中间继电器m300得电，启动后进入手动控制子程序。全自动时，安全们不用打开，注塑机自动完成闭模、锁模(芯移入)、射台前进、注射、保压、预塑、抽胶、射台退回、芯移出、开模、顶出等过程。半自动时主要是防止顶出动作完成后，产品不能自动从模具中脱离，应此在开模时需要打开安全门，人工取下产品，关闭安全门，开始下一个产品生产周期，比全自动多了打开安全门和关闭安全门的动作。全自动控制部分梯形图如图3所示。
图3所示的全自动控制程序采用步进梯形指令，注塑机每一个工步与一条set指令对应，设计方便，易于实现。
图3 全自动控制梯形图
4 结束语
本设计针对m230型注塑机，根据其工艺流程，使用三菱公司的fx2可编程序控制器作为注塑机的核心控制部件，实现了注塑机系统的全自动控制、半自动控制和手动控制过程，实际系统运行表明，设计的系统操作简便，运行可靠