西门子6ES7223-1BL22-0XA8产品特点

一、节能原理及效果
我们知道，用调整电机转速的方法同样可以调整供气量。由于空压机基本上属于恒转矩负载，用变频调速的方法调整供气量能使电机的输出功率基本与转速（供气量）成正比关系，达到很好的节电效果。两种调节方法用电情况如图1所示。
我们采用具有矢量控制功能的LG变频器，可使电机在低速时也能提供满足负载需要的转矩。同时，LG变频器的自动节能模式，可使电机在满足负载转矩要求下以小电流运行，达到更好的节电效果。
采用恒压供气变频控制系统所带来的效果如下：

图1 功率-liuliang曲线图
（1）、出气口释放阀全部关闭，取消用出气口释放阀调节供气量方式，以避免由此导致的电能浪费。代之以变频器调整电机的转速来调整气体liuliang，使电机输出的功率与liuliang需求基本上成正比关系（如图1所示），始终使电机高效率工作，以达到明显的节电效果。例如当用气量是额定供气量的50%时，节电率可达40%以上；
（2）、利用变频器的节能模式，可使电机在轻载时以高效率运行，减少不必要的电能损耗；
（3）、根据严格的EMS标准，高效的PWM变频器使用高速低耗的IGBT，降低谐波失真和电机的电能损失。
（4）、可使电机起动、加载时的电流平缓上升，没有任何冲击；可使电机实现软停，避免反生电流造成的危害，有利于延长设备的使用寿命；避免因电流峰值带来的电力公司的罚款；
（5）、采用变频控制系统后，可以实时监测供气管路中气体的压力，使供气管路中的气体的压力保持恒定，tigao生产效率和产品质量；
（6）、由于电机在高效率状态下运行，功率因数较高，降低了无功损耗，节约了大量电能（如图2所示）。
（7）、保存原释放阀系统，在必要时可参加调节，增强系统的可靠性。
采用恒压供气智能控制系统后，不但可节约30～40%的电力费用，延长压缩机的使用寿命，并可实现"恒压供气"的目的，tigao生产效率和产品质量。

二、空压机变频控制系统说明
（一）、概述
空气压缩机恒压供气智能控制系统是由变频器、压力传感器、可编程控制器（PLC）控制单元、软件控制单元等组成。此控制系统根据压力传感器检测到的空压机出口的压力值，通过可编程控制器（PLC）调节计算和变频器调整压缩机电机的工作状态，在jingque地控制空压机出口的压力的同时，延长压缩机系统的使用寿命，并大幅度地节约电能。
(二)、产品特点
1、实现压缩机的软启动，无峰值电流，启动平稳；
2、大幅度降低压缩机系统的噪声；
3、自动控制，简便高效，可靠和自保护，无需专人看护；
4、运转平稳，延长压缩机系统寿命，减少维护量；
5、保证供气压力恒定，tigao供气质量；
6、大量节约电能：
7、保存原软启动系统，本控制系统的变频-工频切换功能可以使变频控制系统发生故障时将压缩机电机切换到原软启动系统工频工作，以确保压缩机组可以正常工作。

三、改造方案
空压机在启动时，内部有少量的滞留气压，启动和加减速运行时要求变频器反应快速，因此，我们选用LG变频器。调节方式采用闭环自动调节，控制系统根据压力传感器检测到空压机出口的压力信号值，经过A/D模拟数字转换单元的信号转换后，通过可编程控制器（PLC）和变频器调整单台压缩机电机的转速，保证电机以小的功率输出。在jingque控制压力的同时，实现电机的软启动以及延长压缩机的使用寿命。当变频器及PLC发生故障时，自动切换到原软启动柜工频电源运行，以保证压缩机的正常工作。改造方案如图所示。系统框图如图6所示。

图6 主电路框图

三、案例分析
1、配置的选型
空气压缩机是厂里的重要设备，必须保证每天24小时能够正常运转。空压机台数：4用2备，功率：130KW。为了使改造后的控制系统和压缩机组的可靠性都得到有效的保证，并使原机组的性能和节电率得到大幅度的tigao，我们选用了LG变频器，OMRON PLC及其它进口配件。LG变频器的主要性能特点：
（1）、运用转矩计算软件控制，能保证在整个频率范围内实现jingque的转矩控制；
（2）、采用高速微处理器并装备DSP，大大tigao响应速度；
（3）、当线电压下降时，有自动电压调节功能（AVR），可维持高起动转矩；
（4）、它的自动调节方式使变频器与电机参数调整的步骤自动进行；
（5）、可根据电机负载和制动要求自动计算佳的加/减速时间；
（6）、节能模式：它会自动选择参数，使电机在满足负载转矩要求下，自动节能，以小电流运行，以达到节能目的；
（7）、PM智能功率模块降低电机运行时的噪音。

：焊丝层绕机是焊丝生产的关键设备之一,其控制的好坏直接影响到焊丝的质量。目前的层绕机多采用零度角排线，可靠性低。采用角度控制的排线系统实现了自动层绕与平稳换向。角度传感器和数字交流伺服电机的组合实现了恒角度与变角度的排线控制。实践表明tigao了机器的层绕质量和生产效率，角度检测的分辨率为0.09°。

关键词：PLC; 伺服电机; 角度传感器; 焊丝排线系统

0 引言

　　目前国内同类设备多是垂直层绕（焊丝与收线轴垂直），设备易受干扰，停车频繁，焊丝的张力不均。基于滞后角控制的自动排线系统可tigao排线的精度和性能。通过可编程控制器PLC进行角度闭环控制，使焊丝以固定的滞后角度 β在工字轮上进行高速层绕。PLC检测到角度值并与设定值比较，偏差使PLC发出脉冲信号给伺服电机驱动直线单元运动，使偏差趋于零，以达到焊丝以固定滞后角层绕。利用人机界面完成设备数据的输入和实时监测。设计实现了在换向区外正常速度跟踪，换向开关动作后快速追赶至同步速度跟踪，焊丝到达工字轮边缘后再次形成新的滞后跟踪的自动排线系统的控制，满足了排线系统自动平稳排线的要求[1]-[2]。

1 层绕的工艺原理

　　自动排线器的结构如图1所示。排线器采用滞后角排线，伺服电机通过滚轴丝杠及滑轨推动排线器以一定的角度排线。在收线工字轮的内径区域，当从一侧向另一侧排线时，整个区域分成一般跟踪和换向跟踪两个区域。在一般跟踪区域采用固定滞后角跟踪模式，在换向区内采用变角度跟踪模式。由于焊丝在层绕至工字轮边缘时，会自动向相反方向层绕，在这个过程中，不允许焊丝有超前角度层绕，否则焊丝间会出现缝隙，下一层将出现瑕疵，层绕将被迫中断。因此换向区内的角度检测与控制至关重要。

Fig1 Automatic Arranging Welding Wire System
图1 焊丝层绕机自动排线器

Fig2 The Change Process of Angle in reversing Area
图2 换向区内角度的变化过程

　　通过换向开关动作自动形成直线单元移动方向标志，左换向开关置位右行标志，复位左行标志;右换向开关置位左行标志，复位右行标志。收线与倒线开关的上升沿将对直线单元的左右行走标志取反。以收线右换向为例，当右换向开关动作瞬间，直线单元以6倍基速快速推进至β≤0;当主电机继续旋转，直线单元以基速继续跟踪，当焊丝缠绕接近至工字轮的右边一圈线时，直线单元停止，同时复位直线单元右行标志，置位左行标志。收线左换向同理于收线右换向。收线左行时，角度α维持≤中心角+滞后角;右行时，角度α维持≥中心角-滞后角。换向区内角度的变化过程如图2所示。

2 控制系统结构以及工作原理

　　2.1控制系统结构

Fig3 The Control System for Arranging Welding Wire
图3 排线器控制系统

Fig4 The Control Block
图4 控制方框图

　　根据排线器的排线原理，控制系统首先必须完成排线角度的实时检测。设计采用1000线增量式编码器与PLC程序的结合实现的数字角度传感器进行排线角度的实时检测，传感器的分辨率为0.09°，满足小线径为0.8mm的焊丝在主轴上层绕一圈角度检测的要求;通过接近开关的动作来实现直线单元正常区域和换向区域的跟踪;通过PLC的输出脉冲控制伺服电机驱动直线单元的运行[3]。

　　2.2直线单元工作原理

　　直线单元的行进速度应与主轴转速相匹配。通过主轴上安装的速度传感器，测算出主轴的旋转角速度N（转/秒）。工字轮上焊丝沿轴向的移动速度为V= N＊Φ ，其中Φ为焊丝线径，单位mm，V的单位为mm/s。为保持排线机构与主轴上焊丝移动速度的同步，即保持固定的滞后角，直线单元的推进速度应等于V。为确保滞后角的jingque同步，直线单元的行进速度应等于V加上角度回路输出值（偏移量），V转换成伺服电机的转速（脉冲数/秒）为：

　　脉冲速率=M＊N＊Φ/d（个/秒）（1）

　　其中, N为主轴的旋转角速度（转/秒）, Φ为焊丝线径（毫米）, M为伺服电机的码盘的每圈线数，d为滚轴丝杠的导程（毫米/转）。

　　根据式2-1伺服电机给定脉冲速率的计算公式，其取值范围为0～25000 P/S，故MV的输出饱和上限值应设为2500 P/S。

3 基于角度控制的程序编制

　　3.1排线角度检测

Program1 Angle Measuring
程序1 角度检测