西门子模块6ES7212-1BB23-0XB8功能介绍
1 引言
浆纱机的张力大小直接影响产量。旧式浆纱机采用机械式传动机构，张力调节范围较窄。随着设备的老化机械零件的磨损，张力逐渐下降。更换机械零件不便及费用的居高不下促使企业下决心对其进行改造。
(1)改造对象：浆纱机——大雅兴业股份有限公司生产。
(2)改造思路：改造浆纱机织轴张力控制系统由变频器控制，使其张力大小易于调节;改造控制系统，使其半自动化，更易控制、方便监视、减少维修量。
2 改造方案
将浆纱机织轴张力控制系统由原来的机械张力控制改为由艾默生plc、变频器td3300系统集成控制。拆除浆纱机织轴的机械传动装置，将原浆纱机动力电机(22kw)经新增传动减速装置直接拖动浆纱机织轴，新增一普通电机(11kw)取代原动力电机拖动原系统的其他部分(精轴、锡林、压辊等)。保留浆纱机上的一次传感器。电控系统改造方案如图1所示。主要新增设备如表1所示。
表1 新增设备表
3 方案实施
3.1 砂浆机工艺参数
大雅浆纱机设备及工艺参数：车速(线速度)2~60米/分。一般正常车速38米/分。张力2000~5000牛/米。织轴空芯卷径116mm、220mm两种。织轴大卷径(满轴)小于500mm。主电机 y系列普通电机 4极 11kw。织轴电机 y系列普通电机 4极22kw。
图1 变频张力控制系统
3.2 传动参数设计
(1)计算张力电机到织轴的减速比：减速比<=织轴空芯卷径×3.14×电机额定转速/大车速(线速)=(0.116×3.14×1460)/60=8.87
(2)复核电机功率：电机功率>=(大张力×电机额定转速×大织轴半径)/(传动比×9549)=(5000×1460×0.25)/(8.87×9549)=21.5kw
(3)确定参数：经计算减速比应确定为8.8左右。厂方在改造时受自身条件影响，决定将减速比提高到1。大车速=织轴空芯卷径×3.14×电机额定转速/减速比=(0.116×3.14×1460)/1=40.46经厂方确认大车速满足工艺要求。随确定减速比为1。速度编码器选用600线旋转编码器，一并交厂方安装。(建议旋转编码器选用600线以上产品，太低影响系统性能;安装时要小心不要对其实施太大的冲击，以免损毁。)
(4)主变频器参数设定(如表2)：根据浆纱机实际情况张力控制系统的主机变频器选择无速度反馈开环矢量控制方式的td3000-t40110g变频器。变频器采用端子控制。
表2 主变频器参数设定表：(未涉及的参数采用出厂设定)
(5)张力变频器参数设定(如表3)：张力变频器(td3300-4t0300g)采用开环张力转矩模式(f3.06=3)，线速度采于主变频器的运行频率输出。控制方式同样采用端子控制方式。
表3 张力变频器参数表：(未涉及的参数采用出厂设定)
3.3 触摸屏组态
触摸屏选用hitech pws6600-s屏。为了提高系统的时效性能，plc与其交换数据的地址尽量选择一组连续的plc地址。组态画面图如图2所示。
图2 组态画面图
4 plc编程设计
4.1 接口硬件
如图1所示，plc是整个控制系统的中枢，由于浆纱机无现场模拟量输入输出故选用一台主机即可。本案选ec20-3232bra。其主要任务为控制两台变频器的动作并通过rs485通讯端口与变频器交换数据(考虑到通讯的延迟及准确性，开关量不采用通讯方式。数据交换采用周期读取模式并控制在1秒内)。
开关量包括主变频器运行停止动作(按钮控制);主变频器升降速动作(按钮控制);张力变频运行停止动作(保持型按钮控制);张力变频张力使能(为检修特设);张力变频卷径复位(按钮控制);确定打印输出。
通讯数据根据光电开关计算的车速(现速度);计算总长;计算匹长;计算匹数;读取张力变频器张力值;读取张力变频器计算的卷径值;改变张力变频器张力设定;改变张力变频器初始卷径;长度、匹数清零;确定系统所处的状态。
4.2 编程设计
大雅浆纱车车头装有一个测量行车长度的光电开关。经检测其输出脉冲为10公分一个脉冲。对于测量匹长完全满足工艺要求，但用于测量车速其刷新速度必然很慢。因此增加一个外部中断检测两个脉冲的间隔时间，换算出行车速度。
变频器td3300通讯，读取张力、卷径数值，如图3所示。
图3 变频器td3300通讯，读取张力、卷径数值图
5 张力变频器调试
5.1 参数设置
为保证参数的准确性，将艾默生td3300-4t0220g工程型矢量变频器参数初始化，恢复出厂设置。控制方式选择 f0.02=1(闭环矢量控制)检查编码器是否正常。fb.00=600;按运行键，查看运行是否正常。如果变频器只在2hz左右工作或启动过流，显示电流很大。则可能是编码器接线错误、每转脉冲错误、编码器的方向反等原因;如果是低速运行正常，高速过流则可能是编码器的联轴器松动高速打滑的原因。设定机械传动比：
f1.00=1(一定要准确)。电机调谐：按照电机设定电机参数。电机调谐时必须断开电机与负载的连接。调谐过程是自动完成的，如果调谐时电机长时间不能转动起来，说明电机参数严重不符或电机有故障。重新输入电机参数或更换电机。电机方向确认：一般定义为fwd控制时电机的运行方向为实际需要的方向。惯量调谐：将电机与负载(减速系统)断开(空载)调谐。
首先用默认参数调谐。完毕后将加减速时间1设为20秒，惯量自学习转矩设定1设定为10%，惯量自学习转矩2设定为20%，再进行调谐。完毕后，参数自动保存在fc.09——fc.12中。记录fc.09——fc.12的参数值，然后将fc.09——fc.12参数清零，待初调系统稳定后再输入。
5.2 张力控制试车
不挂纱测试整车按钮动作是否正常，并排除故障。通过触摸屏输入初始卷径、设定张力;查看触摸屏显示数值是否与变频器显示的数据一致。上纱。设定张力值为1000;启动主变频低速运行;上轴;手动将纱线绕轴一周并绷紧纱线;启动张力变频。查看张力是否合适。停车。修改设定张力。重复3至5步。直到满足工艺要求(注意：修改张力一定要停车)。
5.3 输入参数fc.11材料惯量补偿系数
fc.11用来补偿系统加减速过程中克服材料转动惯量所需的额外转矩，设定参数应为材料密度与卷轴长度的乘积，材料密度的单位为千克/米，卷轴长度单位为米。实际操作时输入计算值的1/3，并根据系统运行情况调整。本系统输入fc.11=200.
注意：此参数输入后有可能导致卷轴反转，手动调整此参数可避免反转。
5.4 调试中出现的问题
(1)惯量调谐电机不转：惯量自学习转矩设定1与惯量自学习转矩设定2数值偏小，适当加大即可。
(2)系统低速时抖动：浆纱机开车过程中在操作工整理纱线、换轴时不准停车，而是运行在一个特定的爬行速度。此速度主变频运行在2hz以下。此时张力变频器工作在开环张力转矩模式不满足张力变频器工作条件。由于速度很低纱线行走长度有限，经用户确认不影响整体工艺要求。
(3)换轴时加张力绷断纱线：此故障为操作工操作不当引起。换轴没有按规定按下卷径复位按钮。
1 引言
随着我国国民经济飞速的发展和企业现代化生产规模不断的扩大，现代物流系统从六十年代刚刚起步到现在蓬勃发展，其中立体仓库控制系统是不可缺少的重要部分。立体仓库控制系统是以PLC作为控制核心，集自动控制技术、计算机技术、通讯技术和机电一体化技术于一体的高科技控制设备。本文探讨了如何利用德国西门子PLC S7—200实现立体仓库控制，并分别从硬件和软件两个方面进行了分析和研究。
此自动控制系统已在营口红塔集团得到了很好的应用。
2 系统概况
自动化立体仓库又称自动存取系统(AS/RS)，是一种用高层立体货架储存物资，坩自动控制堆垛机进行存取作业和，f=I计算机监控管理的仓库。目前，立体仓库主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、圆形水平循环式等等。本系统采用巷道堆垛式立体仓库，此系统由PLC、堆垛机、计算机、货架、出入库输送机等设备构成。其巾PLC是控制核心，堆垛机是立体仓库的主要存取设备，它是由机架、行走机构、升降机构、载货台、伸叉、导轨构成。堆垛机执行PLC命令去高速度、高密度地自动存取货物，同时在上位机可进行实时监控。
3 系统硬件设计
根据立体仓库控制系统要求，我们采用了德国西门子PI C S7—200 CPU226型号，此类型PLC可以满足多种多样自动化控制的要求，它虽为小型机，但有些功能可与大中型PLC 媲美。S7—200具有很强大的指令系统，具有功能齐全的编程软件和界面友好的工业控制组态软件，同时它有多种功能模块，便于组网，有良好的扩展性。此外，低廉的价格，很高的性价比也是我们采用它的重要原因。尤其它的两路高速脉冲输出(Fro)功能在步进电机控制上非常的方便，它可以直接通过驱动模块来驱动步进电机实现不同的旋转要求，从而实现起步的加速或停止时的减速。
此系统为了保证堆垛机三维位置移动定位的** ，在同一位置误差不超过10毫米，我们采用两个步进电机控制堆 机的升降和行走。同时伸叉控制使用直流电动机为执行元件，完成伸出收回动作。堆垛机系统硬件结构图如图1所示。PLC把多种输入信号如控制面板信号和传感器信号采样进来，通过PLC内部逻辑控制和运算处理，输出步进电机驱动所需的Fro脉冲等信号，从而控制堆垛机通过导轨按其指定距离运动，同时输出变量控制直流电动机正反转从而控制伸叉的伸出和收回动作。
此系统的输入信号分为两部分，一是控制面板上的控制按钮，包括急停按钮、自动手动转换开关、左右按钮、上下按钮、伸出和收回按钮。另一部分是各方位的限位开关，包括：上下限位、左右限位、伸出限位和收回限位。此系统的输出相对要复杂一些，s7—200 CPU226支持两路的PTO脉冲输出，分别为QO.0和QO.1。PTO可以输出一串占空比50%的脉冲，我们可以控制脉冲的周期和个数，其中周期可以根据需要选用微秒或毫秒，脉冲个数是一个32位的无符号数。此系统用QO.0来控制上下电机的运动，QO.1来控制左右电机的运动。另外，步进电机还有正反转控制功能，用QO.2来控制上下电机的运动方向，用QO.3来控制左右电机的运行方向。同时，用QO.4和QO.5来控制伸叉电机的正反转。
此系统PLC硬件I/O端口分配表如表1所示，硬件接线图如图2所示。
4 系统软件设计
4.1 通讯协议的制定
当选择自动的工作方式，上位机可以通过通讯来控制PLC并终控制步进电机，实现堆垛机的送货和取货过程。
PLC通过串口与上位机做通讯，当有操作的时候会将控制信息发给PLC，PLC收到后发回一个接收到的信息，并在执行完发回一个完成信息。
我们采用计算机编程软件Ⅵsu Basic 6.0作为 佬 揿件，在PLC和VB编程的时f嚏设置，两边的波特率部为9600bps，每个字符的数据为8位，—个啪匕位。通信协议定义如下：
“#”+bybbb+byte2+byte3+chr(13)
其中，byte1为控制字符(cON)，设0为入库，设1为出库，设2回原点，设3为停止。byte2和byte3分别为货架左右和上下运动脉冲轮廓号。Chr(1 3)为回车符表示信息结束。
4.2 向导配置PTO 脉冲输出
西门子s7—200有两台PTO/PWM 生成器，建立高速脉冲链或脉冲宽度调节波形。一台生成器指定给数字输出点QO.0，另一台生成器指定给数字输出点QO.1。一个指定的特殊内存(SM)位置为每台生成器存储以下数据：一个控制字节、一个脉冲计数值和一个循环时间和脉冲宽度值。
我们使用S7-200编程软件STEP7所带的脉冲输出向导来进行脉冲串输出和运动轮廓的配置。PTO的输出直接控制步进电机驱动器的PLS接口，我们只要**地控制输出脉冲的数量和周期，那么电机就能实现相应的运动距离了。因为步进电机驱动器提供了细分功能，所以不同的细分方式下电机的相同转数则需要不同的脉冲个数。根据公式：(脉冲个数=运行距离/齿轮周长 步进电机每转步数 细分数)计算出运动一格的脉冲数添入向导所提供的轮廓中，在程序中根据各个情况调用不同的运动轮廓来实现运动距离。
立体仓库的入库程序流程图如图3所示，具体梯形图和VB程序省略。
5 结束语
PLC应用于立体仓库控制系统，与传统的继电接触器控制系统相比较，具有通用性强，可靠性高，操作方便，维护简单等优点。此控制系统经过两年多的实际运行，自动化程度高，空间利用率高，减轻了劳动强度，提高了生产效率，已取得了很好的经济效益，具有很好的应用前景。
