西门子模块6ES7223-1PH22-0XA8选型说明

1 引言

铸造是人类掌握早的一种金属热加工成形工艺，已有约6000年的历史，是现代机械制造工业的基础工艺。铸造过程是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件(零件或毛坯)的工艺过程。铸造生产的毛坯成本低廉，对于形状复杂、特别是具有复杂内腔的零件，更能显示出它的经济性；同时它的适应性较广，且具有较好的综合机械性能。

低压铸造是使液体金属在压力作用下充填型腔，以形成铸件的一种方法。由于所用的压力较低，所以叫做低压铸造。其工艺过程是：在密封的坩埚(或电炉)中，通入干燥的压缩空气，金属液在气体压力的作用下，沿升液管上升，通过浇口平稳地进入型腔(金属型)，并保持坩埚(或电炉)内液面上的气体压力，经过一段时间的保压，直到铸件完全凝固为止。然后解除液面上的气体压力，使升液管中未凝固的金属液流坩埚(电炉)，再由气缸开型并推出铸件。低压铸造独特的优点表现在以下几个方面：液体金属充型比较平稳；铸件成形性好，有利于形成轮廓清晰、表面光洁的铸件，对于大型薄壁铸件的成形更为有利；铸件组织致密，机械性能高。低压铸造是一种低压强与低速度的充型铸造方法，利用压缩空气作为充型动力，液体金属充型要求平稳；保压性好，铸件成形性好，轮廓清晰、铸件表面光洁；要求模具冷却性好，铸件组织致密，机械性能高。

2 低压铸造自动化系统

2.1 系统结构

工控机和plc在低压铸造中的系统构成为了满足低压铸造的要求，把工控机和plc组成一个有机系统，如图1所示。本系统采用分级控制方式。由工控机完成液面压力控制和铸型温度(冷却)控压铸造的要求。

图1 低压铸造自动化系统

2.2 系统原理

低压铸造机压力/温度控制系统的计算机控制系统原理如图2所示。

图2 系统原理

(1) 压力控制：低压铸造机压力控制系统的气动原理如图3所示，工控机和由其控制的液面压力i/o模板对数字组合阀岛进行控制，实现了低压铸造压力控制。工控机系统采用灵敏的压力传感器和软件式pid控制器，在计算机屏幕上同时显示铸造过程的设定压力曲线和实际控制压力曲线，并进行叠加比较。在计算机屏幕上以四种颜色显示四个测温点的实时温度曲线。另外用图形来指示保温炉内铝液液面情况，以提醒操作人员注意：当炉内金属液少于低限时，系统自动停止加压。

图3 压力控制系统

y1～y9：调节阀(常闭)；

y11：进气主阀(常闭)；

y13：炉子慢泄压(常开)；

y14：炉子全部泄压(常开)；

yk1：压力开关，监测“0”mbar时的炉内压力。出厂时调节为约50mbar；

yk2：压力开关，监测大炉内压力，出厂时调节为约950mbar；

b1：压力传感器，0～1600mbar，4～20ma。检测炉膛压力；

b2：压力传感器，0～7000mbar，4～20ma。检测进气管气源压力。

(2) 冷却控制：工控机和由其控制的冷却控制i/o模板控制了12个(5路风冷、7路风冷+水冷)冷却通道，可任意选择若干个通道工作。对每路冷却通道均提供了“on”、“off”、“auto”三种工作方式和按时间控制、按温度控制两种控制模式。人机界面有冷却画面，可任意开关调整电磁阀的通断。

2.3 硬件配置

低压控制系统配置如下：

(1) panel870面板式工控机：piii700以上cpu、40g硬盘、128m内存、12〞液晶显示屏、触摸键盘、带软驱和dvd光驱、usb接口和rj45接口；

(2) 板卡：813b a/d板一套、1751d i/o板一套、7216继电器板一套(包括odc5或idc5b固态继电器)、785继电器板一套；

(3) s7-300 系列plc：

cpu模块：cpu314一套，flash eprom 内存卡(64k)一个，ps307电源5a一个，sm321输入模块(32点 24v dc)3套，sm322输出模块(16点 24v dc)4套，40针端子3个，20针端子4个，480mm导轨1个。

3 项目评价

(1) 控制系统实现对机器运行、液压机械动作、铸造工艺过程、保温炉加热、铸型冷却过程中包括压力、温度、时间、位置在内的工艺参数进行有效控制。系统具有数据保存功能，能够存取、调整和管理铸造参数。

(2) 控制精度高，充型、保压阶段压力偏差值≤3mbar，升液阶段压力偏差值≤5mbar，升压阶段压力偏差值≤10mbar。

(3) 具有压力自动补偿能力，保温炉内的压力可以根据设定的曲线jingque、重复再现，而不受保温炉泄漏、供气管路气压波动和金属液位变动的影响(保温炉严重泄漏除外)。

(4) 可根据工艺需要自由设定多达八段的升压曲线和一段保压曲线。对于炉膛容积≤800l的炉型，大升压速度可达100mbar/s。

(5) 具有友好的人机界面，可以方便的输入各类工艺参数。

(6) 具有数据保存及调用功能。每个轮型的铸造工艺参数可以输入并确认后自动保存，以后可以直接从系统中调用。

(7) 低压铸造控制系统具有故障自检功能，维修方便。

1 引言
包钢炼铁厂综合料场皮带传送系统采用132kw两台电机(一主一从)进行传动。原有系统采用接触器启动。传送皮带长度大约在500m左右。正常情况下直接启动对系统没有影响，但是当发生送料过程中有意外故障而造成停机时，系统检修结束后要求再启动时，就会出现启动非常困难，造成接触器过热烧毁甚至发生因过电流造成相间短路的现象。若采用一般常用的降压软启动方式，由于启动力矩与电压的平方成正比，因此根本无法实现重载启动。为此，笔者采用艾默生公司的ev3000系列高转矩、高精度变频器作为电机控制核心，配合ec20系列plc实现2台变频器的主从控制，实现2台电机同频率或负荷平衡运转。

2 变频控制系统
2.1系统参数
(1) 皮带电机为132kw，电流245a，四极，转速1480 r/min；
(2) 设计采用ev3000-4t132g(高性能)系列变频器；
(3) 配合ec20系列plc及模拟量组合模块5am(四模入、一模出)，通过plc作pid闭环控制。
其中主变频器的给定采用数字量设定或模拟量设定均可，将主变频器的输出频率作为pid的给定量，将从变频器的输出频率作为pid反馈环节，pid输出量作为从变频器的给定值，从而实现主、从变频器的频率一致运行。具体原理参见图1和图2。

图1 主变频器具体原理

图2 从变频器具体原理

2.2变频参数设置
(1) 主变频
f0.02=4：v/f控制；f0.03=0：数字设定，由面板给出；
f0.04=50：主机给定；f0.05=1：端子控制；
f0.10=60s：加速时间；f0.11=20：减速时间。
由于现场不具备电机调谐运行(接手无法打开)，因此控制方式采用v/f控制，电机参数f1.00-1.08按电机实际参数设置。
f2.09=1：停机方式为自由停车；
f6.08=0：ao1输出信号为实际运行频率；
f6.09=3：ao2输出信号为实际运行电流；
f6.12=20%：ao2信号输出偏置为20%。
具体原因是：由于ao2信号送入楼上控制站计算机室，控制站plc要求信号为4-20ma。因此，当变频器输出电流信号为4ma时，对应实际电流为0；即将4ma/20ma=20% ，输出偏置即位20%。
(2) 从变频
f0.02=4：v/f控制；
f0.03=5：模拟设定，由plc给出；
f0.05=1：端子控制；
f0.10=60s：加速时间；
f0.11=20：减速时间；
f2.09=1：停机方式为自由停车；
f6.08=0：ao1输出信号为实际运行频率；
f6.09=3：ao2输出信号为实际运行电流；
f6.12=20%：ao2信号输出偏置为20%。

3 plc控制系统
3.1 plc硬件配置
由主机ec20-1410bra、模拟量组合ec20-5am (四入一出)构成。其中输入的一通道为主变频器的实际运行频率；二通道为从变频器的实际运行频率，输入信号均为4-20ma；输出为从变频器的给定值，信号为0-10v。
3.2变频控制pid程序
ld sm1
to 0 400 16#1 1 5am模块初始化
ld sm1
to 0 600 16#3311 1 输入1、2通道为电流信号3、4通道关闭。
ld sm1
to 0 650 16#0 1 输出通道为0-10v信号
ld sm1
to 0 500 16#1 1 通道设置更改允许
ld sm1
to 0 800 16#1 1 输入通道设置更改确认
ld sm1
to 0 801 16#1 1 输出通道设置更改确认
ld sm0
from 0 100 d100 1 读通道1数值(主变频运行频率)
ld sm0
from 0 101 d101 1 读通道2数值(从变频运行频率)
ld sm0
mov d101 d21 通道2数值作为pid反馈值。
ld sm0
to 0 0 d22 1 pid 输出信号从输出通道输出(作为从变频给定)
ld sm0
call pid_exe 调用pid执行程序
ld sm0
call pid_set 调用pid设置程序

pid子程序
ld sm0
pid d20 d21 d0 d22 //子程序的pid指令生成公式pid s1 s2 s3 d
ld sm0
mov d100 d20 //设定目标值
mov 10 d0 //采样时间(ts) 范围为1～32767(ms)但比运算周期短的时间数值无法执行
mov 33 d1 //动作方向
mov 0 d2 //滤波时间常数
mov 1000 d3 //比例增益(kp)
mov 1 d4 //积分时间ti ms
mov 0 d5 //微分增益(kd)
mov 0 d6 //微分时间
mov 0 d15 //输入变化量
mov 0 d16 //输入变化量
mov 2000 d17 //输出上限设
mov 0 d18 //输出下限设
3.3实际参数调整设置
后经多次修改和调试，确定比例系数为10，积分时间为100ms，微分时间为0。经过运行发现能够满足现场的生产工艺，主、从皮带平稳启动。

4 连锁控制
连锁控制主要实现如下功能：
(1) 启动时主、从变频器一起启动，一起停止；
(2) 任何一台变频器故障，则另外一台变频器立即停止。
连锁控制的实现通过中间继电器(设计院设计，可以通过plc实现)。

5 结束语
经过2个月左右的运行发现，系统能够运行非常稳定，皮带启动电流为120a左右，主、从变频器启动频率完全一致，启动电流主变频器略大于从变频器，启动平稳可靠，完全能够满足生产要求。 ev3000变频器设置面板具有中文显示功能，而且参数设置非常简单，便于现场的维护；该系列变频器在过载能力方面非常的强。由于变频器在初期调试时，皮带电机的抱闸没有打开，且减速机的油泵电机没有启动，当时的过载电流几乎达到450a，在大电流限幅下运行了十几秒，变频器没有发生任何故障。

用变频调速器改装的自动络筒机有控制灵活、调速简便、便于微机集中控制和PLC控制的优点，深得用户的欢迎。

采用变频器的新型自动络筒机系统框图如图所示。每个变频器控制一个单锭的工作，并通过通讯口实现与控制台及其他变频器的数据通讯，从而完成集中操作、参数设定、纱长统计、络筒个数统计、转速调整等功能。工作过程中任何一台单锭停车，并不影响系统其他锭子的正常工作。断纱或清纱信号可使变频器停车，待捻接后重新按运行键可继续工作。