西门子模块6ES7222-1BF22-0XA8常规现货

一、概述

拉丝机系统是一个对速度的控制要求非常高的一种机械设备，要求控制系统能够提供非常jingque、平滑的线速度。而用于拉金丝的拉丝机较普通的拉丝机要求更高。整个系统较复杂，控制设备多，各个电机之间要求很高的协调性。该系统采用4套伺服电机控制，而每套伺服之间均有实时数据交换，Kinco伺服支持的总线通讯能力完全可以满足各个轴之间的数据实时交互。

鉴于系统中要求快速的交互电机轴之间数据，为了确保排丝能够按照要求的算法快速计算出来轨迹并排丝到位，我们还充分利用了kinco伺服的内部firmware功能，通过驱动器自行计算，自行驱动电机排丝，极大省略了传统拉丝机控制系统通过控制器计算排丝位置然后再传输到驱动器造成的时间延误，确保了排丝延迟的小化，下面简单介绍下这套系统。

二、系统框图

三、工艺流程

1．未拉的金丝通过一个阻力装置（主要是一个夹板之类的东西，它用来提供一定的张力，同时也起到了防止线跳的作用），然后进入细拉槽；

2．进入细拉槽的金丝在细拉塔轮和微拉塔轮的多次拉制后（由粗变细），成为所需要的丝（两个塔轮间的隔板安放了一个磨具，这个磨具的形状是“〕” ，即一边孔粗一边孔细）；

3．拉细后的丝经过滑差轮，这个轮的作用主要是保持恒定张力；

4．从滑差轮出来后的金丝经过测速论，测速轮的作用就是测出当前丝的线速度，用于反馈；

5．经过测速轮的金丝再经过一个中间环节，然后通过摆丝杆，后把丝卷绕到收卷轮上；

四、系统控制框架

框架图：

整个系统要求的控制难点主要有以下4个部分：

1. 放丝伺服的恒线速度控制；
2. 调节伺服的跟随控制；
3. 卷绕伺服的恒线速度（恒张力）控制，即要求卷绕伺服在半径不断增大的情况下保持与调节伺服的线速度相等；
4. 摆丝伺服的位置控制；

由于系统要求具有CANopen总线通讯能力，综合考虑了国内各厂家现有的CANopen控制器方案后，我们选择了施耐德的Twido系列PLC及CANopen模块。

五、控制方案介绍

1．“放丝伺服”的恒线速度控制

该伺服电机的控制采用带加减速的控制模式（Kinco伺服的速度3模式）来完成。对于该系统来说，要求主轴放丝电机能够大程度上抗干扰，并尽量在一个稳定的速度下运行，并且由于拉丝工艺的要求，必须确保在起到和停止时具备平滑的加减速功能。驱动器工作在速度3模式下，完全可以满足要求极其稳定的速度控制要求。

2．“调节伺服”的跟随控制

该伺服电机的控制采用跟随控制模式（-4模式）来完成。 对该电机控制要求极高，其速度需要完全跟随放丝电机来运行，如果出现了较大偏差，金丝就会被拉断，而这对金丝拉制是绝不允许的！。Kinco伺服驱动器在“-4”模式下工作时，拥有非常jingque、灵敏的速度跟随性，不但可以满足严格的跟随要求，同时可以动态修改跟随齿轮比来实现线速度在±5%之间波动（确保张力）。

3．卷绕伺服的恒线速度（恒张力）控制

该电机的控制是整个系统的重中之重，要想绕出来的线平滑、不塌边，那么就要求卷绕电机的线速度与调节电机的线速度相等。而要实现恒线速度控制，必须通过一个反馈回路来检测实际的绕线轮的线速度，客户过去的系统采用张力杆来完成的，张力杆反馈回去的是个张力信号，而且张力杆还有个中间过渡环节，如果卷绕电机的线速度与调节电机的线速度相差比较大时，通过机械结构先行补偿，然后再加上电气补偿，这就相当于两个补偿环节，减小了断线的机率。这样的系统在目前很多拉丝机中使用。而当前这台拉丝机是专门用来拉金丝的，金丝表面要求很高的洁净度，需要尽量减少中间过度环节，所以客户取消了张力杆，而直接采用了测速轮来作为反馈回路。这样就增加了控制难道。

首先，我们通过信号采集到测速轮的线速度，然后通过和调节轮的线速度进行比较后并通过我们的PID计算，终将计算结果补充到当前卷绕轮速度上去。除通过实时PID计算补充卷绕轮的转速外，在控制卷绕轮转速时，我们还通过计算绕线的层数做为计算的基础，从而确保了卷绕轮不会因为直径的不断增加而导致误差的增加。

4．摆丝伺服的位置控制

摆丝伺服的控制主要是保证绕制出来的线均匀的排列在线轴上，下图是要求的排丝效果图：

该电机控制的难点就在于换向部分，为了在换向处平滑过度，而不出现螺纹，电机在换向的时候要确保避免累加误差，由于Kinco伺服的定位模式，利用firmware内部计算，确保了定位在后一圈内完成。

下表给出了这些参数的工作特性：

    功能码名称设定值内容

    F0.00频率给定通道选择2数字给定3，串行口给定

    F0.03运行命令通道选择2串行口运行命令通道

    F0.05大输出频率60.00Hz

    F0.12上限频率60.00Hz

    F2.08停机方式1自由停车

    F5.00闭环运行控制选择1闭环运行控制选择有效

    F5.01给定通道选择0数字给定

    F5.02反馈通道选择6脉冲

    F5.07脉冲编码器每转脉冲数1

    F5.12比例增益KP0.05需要现场调整

    F5.13积分增益Ki0.05

    F5.14采样周期T0.5s

    F5.15偏差极限0

    F7.07多功能输入端子X8功能选择46单相测速输入

    需要注意的是：对于速度闭环参数P（比例）、I（积分时间）、T（采样周期）及偏差极限的设定需要在实际的现场中调整。

    六、实际应用效果

    通过用户一年多的长期使用表明，弹力丝生产线上采用EV1000变频器加转速传感器构成转速闭环控制并通过RS485通讯介质构成一个由PLC和多个变频器组成的通讯链路来实现弹力丝生产线控制是一种十分经济、可靠和理想的控制方案，该技术有许多值得借鉴的优点：

    1）采用通讯控制变频器，具有硬件结构简单，抗干扰能力强的特点。

    2）采用变频器自带的闭环PI调节功能，减少了系统的硬件成本及编程量。而且动态响应快，转速控制精度高，可以控制速度在±1转/分左右，完全满足工艺控制要求，使产品质量明显提高。

    3）操作简单，速度的设定调整只需在文本显示器上设置基准速度和牵伸比即可，系统的开机、关机也只需按文本显示器上相应的按钮即可。

    4）实时监控性能高，可以在文本显示器上清楚地看到实时的各轴速度及各种报警事件。使用户能够快速、及时地掌握系统设备的运行状态。

    总之将此技术运用到弹力丝控制系统上，可以使整个系统精度高、响应快，故障很少且易于排除，产品质量也有了显著提高，得到用户的好评，应用效果十分明显。

  一、引言

    随着电力电子技术和控制技术的飞速发展，交流调速性能的持续不断的改进已经使之可以与直流调速相媲美，由于交流调速较直流调速维护简单、成本低廉，因此变频器调速技术已逐步替代直流调速广泛应用于机械、冶金、化工等各个领域。本文将介绍艾默生公司EV1000变频器在弹力丝机控制系统中的应用并着重介绍该系列变频器在闭环控制上的实现。该系统是根据化纤行业弹力丝机的工艺要求，采用PLC和数台艾默生公司生产的EV1000变频器组成RS485通讯网络，实现多个变频器的闭环控制和PLC集中监控。

    二、弹力丝机工艺要求和工作原理

    弹力丝机的弹力丝机传动结构如图1，该系统左右完全对称共有七台变频器，每个罗拉、黑辊均由一台变频器拖动，假捻器由一台变频器拖动。其主要工作过程为：丝从纱锭经一罗拉牵引，经上温箱加热后，再由二罗拉牵引经假捻后通过下温箱定型，后由黑辊牵引经油箱并后卷绕到纱筒上。工艺上设定二罗拉的线速度为基准速度，并按一定的牵伸比设定给一罗拉、黑辊、假捻器。因为牵伸比的不同使得一罗拉和二罗拉，二罗拉和黑辊之间存在着弹力。该系统线速度控制要求高，仅靠开环控制不能达到控制要求，因此需要采用变频器的PI闭环控制功能。

    三、电气传动系统构成

    我们根据该设备工艺要求组成如图2所示的传动控制系统，可编程控制器通过RS485转换器与EV1000自带的RS485接口组成通讯链路，文本显示器通过RS232和PLC连接。

    在系统设计中，可编程控制器为整个系统的核心，执行各种系统操作及计算。文本显示器为整个系统的操作设置显示单元。在文本显示器上可以实现整个系统的控制，如变频器的启动、停止，工艺参数的设定。并且可以实时监控全机的工作运行状态、动作过程及全机的故障查询等。系统中有关的参数设定和各种操作都通过文本显示器实现人机对话和操作。

    在变频器设计方面，EV1000系列变频器自带RS485接口的通讯单元，符合RS485通讯规范，用于实现PLC与多台变频器的联网。根据一定的通讯协议，我们可以通过RS485网络轻松实现对变频器的运行控制。由于RS485通讯链路传输距离远、配线简单、抗干扰能力强、可靠性高，因此在设计中，我们省略了变频器的外部起停控制线路，对变频器的所有控制都通过RS485通讯链路来完成。

    在转速控制方面，我们利用EV1000系列变频器的闭环控制功能，用霍尔传感器测量电机的实际转速并反馈给变频器，这样就组成了速度闭环。EV1000系列变频器内置的PI闭环控制的动态响应好、控制精度高、使用简单灵活。现场试验表明，采用这个方案可以使电机的转速稳定在1转范围内，能有效防止因负载的变化而引起的电机转速的变化，满足了弹力丝机的控制要求。对于单回路PI控制对象而言，EV1000优异的控制性能是采用PLC程序控制来完成回路调节所无法比拟的。

    四、PLC与EV1000系列变频器的通讯

    1．通讯链路的构成

    在系统中，主机PLC和EV1000系列变频器RS485总线构成一个通讯链路，在协议层次采用广播式主—从协议，所有的通讯发起都从主站开始，从站响应主站的各项通讯指令。

   2．通讯协议简述

    在网络中，PLC为主站，EV1000变频器分别设定为地址互不相同的从站，设定范围为1—31，这样各站点由唯一的标志码识别。EV1000变频器采用主机“轮询”，从机“应答”方式。其通信方式为RS-485；数据格式为1位起始位、8位数据位、1位停止位、无校验；波特率为9.6Kbps。变频器接收控制的通讯协议如下：

    格式解释：

    1）帧头：7EH“~”

    2）从机地址：1~1267FH127号地址为广播通信地址

    3)主机命令/从机响应：主机发送的命令从机对命令的应答

    4）索引区：

    数据含义包括辅助索引字节和命令索引字节

    对于主机辅助索引预留命令索引用于配合主机命令实现具体功能

    对于从机辅助索引用于从机上报故障状态码命令索引不作改动直接上报

    5）设定数据据/运行数据：

    数据含义配合具体的命令响应码提供主机设定或从机响应数据

    6）校验和：

    计算方法从“从机地址”到“运行数据”已经转换为ASCII码的全部字节连续累加和。

    7）帧尾：0DH

    3．系统的通讯实现方法概述

    根据弹力丝机的功能要求，本系统主要使用以下通讯指令：

    ●从机开机

    ●从机停机

    ●速度闭环给定

    ●无单位显示量

    其中需要注意的是从机的地址及相应的校验和。速度闭环给定指的就是工艺更改时，我们根据基准速度和各轴的牵伸比算出各轴的目标转速并发给相应的变频器。无单位显示量指的是读相应地址变频器的实际反馈转速。

    设计中需用到具体操作命令的通讯协议如下表：

    名称上位机命令辅助索引命令索引运行数据设定范围上位控制变频器（C语言字符串格式，从机地址为1）运行数据精度说明

    从机开机O20O0O无~010200000183\r无

    从机停机O20OO7无~01020007018A\r无

    速度闭环给定F5.06O40O6C0~9858~0104006C03E80271\r1rpm设置功能码F5.06=1000rpm

    无单位显示量O10OO4无~01010040186\r无

    五、控制系统中变频器参数的设定

    变频器的参数设定是系统实现中的一个重要环节，本文针对与本系统重要相关的参数作一个简介

   1 引言

    电源监控是铁路信号的重要的监控系统。在此之前信号的电源监控系统基本上是采用单片机作为信号采集系统的核心。单片机监控系统一方面存在采集速度慢、界面不友好、操作不方便等技术局限，另一方面由于其中的电源模块部分的监控相对独立，对电源系统带来了诸多不便，比如维护困难、界面显示繁琐等。基于以上原因本项目配套开发了基于台达PLC作为信号采集核心、台达HMI触摸屏作为操作和监视界面的电源监控系统。监控子系统与电源模块通过工业总线网络互连实现整合的经济实用、技术先进的铁路信号的电源监控系统。    

    2 硬软件系统设计

    2.1硬件体系设计

    铁路信号电源监控硬件体系设计参见图1。系统规模：44个数字量输入；1个数字量输出；6个电源模块；39路模拟量输入。

    控制

    系统配置如下：触摸屏：DOPA75CSTD；PLC：DVP16EH00T＋1个DVP04AD-H＋3个DVP16HM11N；电源模块通讯卡1块；分时采集电路卡1块。

    触摸屏主要是用来显示采集数据、报警、报警上下限设定、采集数据显示微调、报警数据显示、历史趋势图显示等。PLC主要是采集数据并计算，由于考虑系统对模拟量采集的速度要求不是很高，为了节省成本，系统中使用了1个DVP04AD-H对39路模拟量进行了分时采集，为了实现这个功能我们与厂家共同实验开发了一个电子开关电路，对39路模拟量分了十组、每组4路，通过输出不同的组别进行采集。电源通讯卡主要负责把6块电源模块的数据汇总并且通过RS484接口以MODBUS协议与PLC通讯，使PLC采集得到6块电源模块的数据，为实现这个功能我们公司的电源研发部门做了大量的工作，终使PLC与电源模块的通讯卡实现了通讯，电源模块的信息得到了采集。

    2.2软件体系设计

    （1）系统功能设计：44个数字量采集显示，故障判断；6个电源模块的数据采集显示、显示电源模块的工作状态并判断报警；39路模拟量显示、并判断上下限报警；显示报警画面、报警信息、当前报警、报警频次；报警上下限设定；数据微调功能，并且显示微调值；

    历史趋势图显示；不同画面开启权限设定；

    以上有必要说明的是数据微调功能，由于现场的一次测量元件测量会有误差，而且此误差是固定的，短时间内是不变的，所以在程序当中增加这部分功能，使终显示出来的数值是消除误差之后的值；

    （2）系统结构设计分为HMI人机对话界面部分和PLC现场监控部分。HMI部分主要构架参见图2。

    PLC监控部分主要包括：电源模块通讯；分时采集40路模拟量，每次采集4路；对采集的模拟量根据量程进行计算得出显示值，显示电源模块的工作状态并判断报警；微调值计算，显示值微调，并做负值消除；故障和报警；数字量采集显示，故障判断；

    3 工程调试

    调试分时采集功能时需要注意分时采集的时间，过大会影响整体数据采集的时间，过小会造成采集数据混乱，另外需要在两次采集数据之间加一段间隔时间，避免两组数据的重叠。对采集的模拟量根据量程进行计算得出显示值。微调值计算，显示值微调，并做负值消除；注意微调时可能会出现负值情况，所以要考虑负值的消除。电源模块通讯注意电源通讯时的通讯协议一定要在通讯卡中设置好，包括站号设定，另外注意地址对应。故障和报警；因为报警点共有79个，很繁琐，需要思路清晰。

    4 结束语

    基于中达电通公司提供的解决方案的典型案例整合了两种不同种类的产品，体现出单一技术平台在集成工程中的一体化特点。

一、前言：

    直流电源系统主要应用于电力系统中各类发电厂、水电站和各类变电站，用作断路器分合闸以及控制、保护和事故照明的电源。系统采用PLC或工控机，进行对电池、控制母线和馈电回路进行自动在线监测，并具有遥测、遥信、遥控和遥调功能，通过RS-232/RS-485接口通讯，接受控制并上传信息。系统采用触摸屏或者大屏幕汉显液晶与用户接口，可显示直流系统的当前运行状态，系统运行异常信息自动显示和报警。操作简单方便。系统一般采用双电源输入，自动备用和投切。

    二、系统主要由以下部分组成：

    交流配电、充电模块、直流馈电系统、配电监控模块（模拟量和开关信号量）、监控模块（系统的智能管理，实现与触摸屏的通讯和后台机的远程监控，完成四遥功能）、触摸屏（人机会话接口）、绝缘检测仪（系统母线和支路的绝缘监测）、蓄电池、电池检测仪。系统检测传感器目前有两种方案，一种是模拟量输出（一般是频率输出、跟踪电压输出等）上位机通过PLC实现数据采集与控制、和主控机房通信。本方案基于传统微机直流屏的监测要求，系统结构比较固定，屏内布线安装较复杂，总成本较高，得到普遍应用。2002年以来，维博公司率先针对微机直流屏推出了总线式（RS485输出）传感器，特别是总线式直流漏电流传感器，通过RS485直接与工控机通信。从系统上简化了设计、大幅降低了成本、极大提高了可靠性，得到一批生产设计能力强大的直流屏厂商的青睐，开始大批量配套。

    三、系统基本“四遥”功能概述

    遥测项目：

    两路交流输入三相电压、电流；直流输电压、电流

    蓄电池组电压、电流、容量；系统运行历史记录

    遥信项目：

    交流电源故障（过压、欠压、缺相、失压、直流母线过压、欠压）

    直流母线过压、欠压模块故障；蓄电池组开关脱扣（或熔断器熔断）；历史故障记录

    遥控项目：

    系统开机、关机；各充电模块开机、关机

    均充/浮充电压设置、状态转换；蓄电池充电电流设置

    输入、输出报警设置

    遥调项目：

    均充电压、浮充电压、控母电压

4 倍福PAC在变流器中的应用    

  图3：倍福PAC在变流器中的应用框图

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    4.1系统介绍

    整个系统可以实现对变流器运行的全方位监控，其中以太网门接口用于连接风场集中控制站，交换机2可以实现与其他变流器的信息互联。触摸屏用于本地变流器状态信息的查看和设置，主控器通过Prifibus总线与变流器PLC，机舱PLC，低压PLC的连接，具体负责现场各点的模拟量与数字量的采集和控制。

    4.2主控制器部分

    作为现场总线的主站，负责系统的整体控制，主要由以下几部分组成

    CX1020-0111：CPU模块，带以太网接口和USB/DVI接口。

    CX1020-0002：电源模块。

    CX1500-M310:现场总线主站

    4.3变流器PLC部分

    作为现场总线的从站，负责变流器功率控制电路模拟量和开关量的采集和控制，主要有以部分组成：

    BK3150：现场总线耦合器。

    KL9210：电源模块。

    KL1104：数字量输入模块。

    KL2134:数字量输出模块。

    KL6904：数字量输出模块，安全端子。

    KL1904：数字量输入模块，安全端子。

    KL3404：模拟量输入模块。

    KL4032：模拟量输出模块。

    KL9010：总线末端模块。

    4．4低压PLC部分

    作为现场总线的从站，负责变流器低压电器部分（空气开关，断路器等）模拟量和开关量的采集和控制，在数字量与模拟量模块的数量上与变流器PLC有所区别。 

                图4：应用于PowerWinVert-A型风电变流器中的倍福PAC实物图