6ES7214-1HF40-0XB0详细说明

引言：

    在工业生产的很多行业，都要进行**的张力控制，保持张力的恒定，以提高产品的质量。诸如造纸、印刷印染、包装、电线电缆、光纤电缆、纺织、皮革、金属箔加工、纤维、橡胶、冶金等行业都被广泛应用。在变频技术还没有成熟以前，通常采用直流控制，以获得良好的控制性能。随着变频技术的日趋成熟，出现了矢量控制变频器、张力控制专用变频器等一些高性能的变频器。其控制性能已能和直流控制性能相媲美。由于交流电动机的结构、性价比、使用、维护等很多方面都优于直流电动机，矢量变频控制正在这些行业被越来越广泛的应用，有取代直流控制的趋势。

    张力控制的目的就是保持线材或带材上的张力恒定，矢量控制变频器可以通过两种途径达到目的：一、通过控制电机的转速来实现；另一种是通过控制电机输出转矩来实现。

    速度模式下的张力闭环控制

    速度模式下的张力闭环控制是通过调节电机转速达到张力恒定的。首先由带（线）的线速度和卷筒的卷径实时计算出同步匹配频率指令，然后通过张力检测装置反馈的张力信号与张力设定值构成PID闭环，调整变频器的频率指令。

    同步匹配频率指令的公式如下：

    F=（V×p×i）/（π×D）

    其中：F变频器同步匹配频率指令V材料线速度p电机极对数（变频器根据电机参数自动获得）i机械传动比D卷筒的卷径

    变频器的品牌不同、设计者的用法不同，获得以上各变量的途径也不同，特别是材料的线速度（V）和卷筒的卷径（D），计算方法多种多样，在此不一一列举。

    这种控制模式下要求变频器的PID调节性能要好，同步匹配频率指令要准确，这样系统更容易稳定，否则系统就会震荡、不稳定。这种模式多用在拉丝机的连拉和轧机的连轧传动控制中。若采用转矩控制模式，当材料的机械性能出现波动，就会出现拉丝困难，轧机轧不动等不正常情况。

    转矩模式下的张力控制

    一、转矩模式下的张力开环控制

    在这种模式下，无需张力检测反馈装置，就可以获得更为稳定的张力控制效果，结构简洁，效果较好。但变频器需工作在闭环矢量控制方式，必须安装测速电机或编码器，以便对电机的转速做**测量反馈。

    转矩的计算公式如下：

    T=（F×D）/（2×i）

    其中：T变频器输出转矩指令F张力设定指令i机械传动比D卷筒的卷径

    电机的转矩被计算出来后，用来控制变频器的电流环，这样就可以控制电机的输出转矩。

所以转矩计算非常重要。这种控制多用在对张力精度要求不高的场合，在我鑫科公司就有广泛的应用。如精带公司的脱脂机、气垫炉的收卷控制中都采用了这中控制模式。

    二、转矩模式下转矩模式下的张力开环控制

    张力闭环控制是在张力开环控制的基础上增加了张力反馈闭环调节。通过张力检测装置反馈张力信号与张力设定值构成PID闭环调节，调整变频器输出转矩指令，这样可以获得更高的张力控制精度。其张力计算与开环控制相同。不论采用张力开环模式还是闭环模式，在系统加、减速的过程中，需要提供额外的转矩用于克服整个系统的转动惯量。如果不加补偿，将出现收卷过程加速时张力偏小，减速时张力偏大，放卷过程加速时张力偏大，减速时张力偏小的现象。

    这种控制模式多用在造纸、纺织等卷取微张力控制的场合下。在我公司尚无需这种控制。

    卷径计算

    在所有的模式中都需要用到卷筒的卷径，大家知道，在生产过程中开卷机的卷径是在不断变小，卷取机的卷径在不断变大，也就是说转矩必须随着卷径的变化而变化，才能获得稳定的张力控制。可见卷筒的卷径计算是多么地重要。卷径的计算有两中途径：一种是通过外部将计算好的卷径直接传送给变频器，一般是在PLC中运算获得。另一种是变频器自己运算获得，矢量控制型变频器都具有卷径计算功能，在大多数的应用中都是通过变频器自己运算获得。这样可以减少PLC程序的复杂性和调试难度、降低成本。

    变频器自己计算卷径的方法有三种：

    1、速度计算法：

    通过系统当前线速度和变频器输出频率计算卷径。

    其公式如下：

    D=（i×V）/（π×n）D所求卷径I机械传动比n电机转速V线速度

    当系统运行速度较低时，材料线速度和变频器输出频率都较低，较小的检测误差就会使卷径计算产生较大的误差，所以要设定一个低线速度，当材料线速度低于此值时卷径计算停止，卷径当前值保持不变。此值应设为正常工作线速度以下。多数应用场合下的变频器都使用这种方法进行卷径计算。

    2、度积分法：

    根据材料厚度按卷筒旋转圈数进行卷径累加或递减，对于线材还需设定每层的圈数。

    这种方法计算要求输入材料厚度，若厚度是固定不变的，可以在变频器中设定。此方法在单一产品的生产场合被广泛应用。

    若厚度是需要经常变化的，需要通过人机界面HMI或智能仪表将厚度信号传送到PLC，由PLC或仪表进行运算后再传送给变频器。这种计算方法可以获得比较**的卷径。在一般的国产设备上应用较少，我公司的进口设备，气垫炉的收、放卷控制上就采用这种计算方式。

    3、模拟量输入

    当选用外部卷径传感器时，卷径信号通过模拟输入口输入给变频器。由于卷径传感器的性能、价格、使用环境等原因，在国内鲜有使用。

    结束语：

    矢量变频技术在卷取应用中的方法多种多样，在当前技术条件下，上述模式是具有代表性的。无论是设计还是维修，了解你所使用设备的工作模式和控制特点是非常重要的。变频技术还在高速发展，新的理论和控制技术将不断涌现，控制模式还将继续推陈出新。我们期待着更**、更实用的技术不断出现，以此来改变我们的生活

程控系统的组成:

· 本系统由五个基本的子系统组成：
— 水力除灰程控系统
— 5＃机组石子煤程控系统
— 6＃机组石子煤程控系统
— 5＃机组捞渣机程控系统
— 6＃机组捞渣机程控系统

其中水力除灰程控系统、5＃石子煤程控系统、6＃石子煤程控系统由我公司提供硬件、软件系统、程序编制及 网络组态，5＃捞渣机程控系统、6＃捞渣机程控系统由 德国TECHNIP公司提供。

· 本系统两台上位监控计算机采用西门子RACK PCIL40工 控机，配置CP1613工业以太网通讯处理器，WINCC组 态软件(64K开发版)，利用S7-REDCONNECT软件构建起 冗余的以太网通讯。PLC控制系统采用西门子S7-414H双 机热备CPU，PS407双电源模板，CP443-1双以太网通讯 模板，由CP443-1模板与CP1613通讯处理器组成冗余的 以太网通讯网络。三个远程I/O控制站采用西门子ET200M 由IM153-2和S7300的标准模块组成，与S7414H的DP通 讯接口组成冗余的PROFIBUS-DP网络。三个远程I/O控 制站分别控制水力除灰程控系统、5＃石子煤程控系统 和6＃石子煤程控系统，5＃捞渣机程控系统、6＃捞渣 机程控系统采用西门子S7300(CPU315-2DP)系列PLC, 配置CP343-1以太网通讯模块和OP7系列操作面板作为 就地监控界面。我公司通过光纤与其建立以太网通讯网 络，利用西门子高速、稳定的网络通讯功能，实现了五 个系统的集中监控。

水力除灰除渣程控系统:

(一) 水力除灰除渣程控系统由以下几部分组成：
· 灰浆泵及水力除灰系统：
· 冲洗水泵系统：
· 密封冷却水泵系统：
· 排浆泵系统：
· 排水泵系统：
· 加湿水泵系统：
· 5号捞渣机系统：
· 6号捞渣机系统：
· 石子煤沟系统：

(二) 在系统界面上，可以选择手动或程控方式对上述系统 的各个设备进行控制，监控设备的运行状态及故障信 息，记录、显示设备的运行参数。(参见附图)

程序及流程控制：（以灰浆泵系统为例）

1#灰浆泵系统：

· 手动功能： 点击1#灰浆泵，弹出手动—程控功能选择窗口，点击旋 钮，选择手动功能。
⑴ 1#灰浆泵启动和停止操作，并有相应的状态指示。 条件：1#灰浆泵在远方操作状态 1#灰浆泵无故障 灰浆泵房前池无低液位报警
⑵ 1#灰浆泵冷却水电动门打开和关闭操作，并有相应 的到位状态指示。
⑶ 1#灰浆泵灌引水电动门打开、关闭和停止操作，并 有相应的到位状态指示。
⑷ 1#灰浆泵出口电动门打开、关闭和停止操作，并有 相应的到位状态指示。

· 程控功能：
点击1#灰浆泵，弹出 手动—程控功能选 择窗口，点击旋钮, 选择程控功能。
⑴ 程控启动流程:
( 注意：执行程 控启动时，应有 程控关闭完成的 状态指示) 条件：灰浆泵房 冲洗水总电动门 打开
①、1#灰浆泵冷 却水电动门 打开。2分钟 内无到位状 态指示或电 动门故障时,系统报警。
②、1#灰浆泵灌引水电动门打开。2分钟内无到位状态 指示或电动门故障时，系统报警。
③、1#灰浆泵启动。5秒钟内无启动状态指示或泵故障 时，系统报警。 启动条件：1#灰浆泵冷却水电动门打开到位；1#灰
　　　　　浆泵灌引水电动门打开到位；灰浆泵房
　　　　　前池无低液位报警；1#灰浆泵无故障;
　　　　　1#灰浆泵在远方操作状态；密封冷却 水泵系统运行
　停止条件：1#灰浆泵故障；灰浆泵房前池低液位报警
④、1#灰浆泵出口电动门打开。1#灰浆泵电流值上升 到额定电流的百分之八十（约75A）时，出口电动 门停止，打开超时或电动门故障时，系统报警。
⑤、1#灰浆泵运行3分钟后，1#灰浆泵灌引水电动门关闭。2分钟内无到位状态指示或电动门故障时，系统报警。 启动完成，有相应的启动完成状态指示。

⑵ 程控关闭流程：(注意：执行程控关闭时，应有程控启 动完成的状态指示) 条件：灰浆泵房冲洗水总电动门打开
①、1#灰浆泵灌引水电动门打开。2分钟内无到位状态 指示或电动门故障时，系统报警
②、1#灰浆泵灌引水电动门打开到位，延时3分钟，1# 灰浆泵出口电动门关闭。4分钟内无到位状态指示 或电动门故障时，系统报警。
③、1#灰浆泵停止。 条件：1#灰浆泵出口电动门关闭到位；1#灰浆泵在远方操作状态
④、1#灰浆泵停止后，1#灰浆泵灌引水电动门关闭,2分钟内无到位状态指示或电动门故障时，系统 报警。
⑤、1#灰浆泵停止3分钟 后，1#灰浆泵冷却 水电动门关闭，2分 钟内无到位状态指 示或电动门故障时， 系统报警。关闭完成，有相应的关闭完成状态指示。

⑶ 故障联锁功能：
1#灰浆泵系统在下列条 件同时满足时，程控功 能自动启动。 条件：1#灰浆泵系统在程控状态；1#灰浆泵系统联锁投入；2#灰浆泵系 统在手动或程控状态启动时，出现综合故障；2#灰浆泵未运行。
▲ 注意：①、1#灰浆泵系统由故障联锁自动启动后，不能 执行手动或程控关闭功能，联锁切断后，才 能执行手动或程控关闭功能。
②、2#灰浆泵系统出现综合故障时，排除故障 好在手动状态。

(三) 在系统界面上，可以对德国TECHNIP公司的捞渣机程控系统实现远程的启动和停止控制，监控各设备的运行状态及故障信息，实时显示设备的运行参数。(见下图)

捞渣机系统： 手动功能：5/6号炉溢流水沟激流喷嘴冲洗水总电动门打开和关闭操作，并有相应的到位状态指示。

程控功能：5/6号捞渣机系统远程启动和停止操作，并有相 应的状态指示。 条件：5/6号捞渣机系统在远控状态

石子煤程控系统

· 石子煤程控系统由以下两个子系统组成：
① 5号石子煤系统；
② 6号石子煤系统。

· 在系统界面上，可以选择手动或程控方式对上述系统的 各个设备进行控制，监控设备的运行状态及故障信息, 记录、显示设备的运行参数。（参见下图）

该子系统主要功能：
A、手动功能； B、程控功能； C、旁路功能； D、急停功能； E、报警功能。

系统综合功能：

· 系统报警及打印功能：
点击系统总览画面中的报警总览按键，进入报警记录画面，在该画面中，可查看 所有报警点的详细信息，发生、离开和确认的时间等。

报警发生时，系统发出报警声响、报警指示灯亮，报警 总览画面自动弹出，显示报 警信息，系统配置的针式打 印机自动打印报警信息，点 击报警总览画面中的消音按 键或操作电源控制柜面板上 的报警确认按钮，可以消除 报警声响，报警未离开时, 报警指示灯闪烁。点击报警 总览画面左下角的返回按 键，返回系统总览画面。

· 系统历史趋势图及查询功能：
点击系统总览画面中的趋势图按键，进入历史趋势图画 面，在该画面中，可以动态的、时实的查看系统采集的 运行参数和数据，利用其功能，可以查询一段时间内历 史数据。

· 系统数据报表及打印功能：点击系统总览画面中的报表 打印按键，进入数据报表画面，在该报表中，系统运行 参数和数据每一小时刷新并记录一次，保留后八小时 的全部数据。

结束语：

本系统已投入实际运行，系统性能稳定可靠，满足工艺要 求，各项技术指标达到了基本的设计要求。由于工期紧、调 试周期短，在系统程序和监控界面上还存在进一步细化的 空间，一个技术完善、功能齐全、界面友好的控制系统，应 用于实践中能发挥良好的经济和社会效益，在火力发电行业机组的辅机控制中也有着日益广阔的前景。