西门子6ES7214-1BD23-0XB8常备现货
一、前言
整经机是纺织行业不可缺少的设备，它将多个小盘上的线料整理到大盘上为后续织布做好准备。目前各个厂家整经机大致可分为三种控制方案：1）少数小型的整经机只控制线速恒定，不控制张力使收线盘收线里外松紧不均，这必然造成放线织布也松紧不均，严重影响布料的质量；2）张力和线速度分开控制，收线控制线速度后级用转矩模式控制其张力，这样容易造成张力与线速度控制相互影响，收线在做PID调节时造成张力的波动，且受惯量摩擦等的影响起停时容易造成松线和断线；3）采用伺服控制，成本太高系统复杂，也带来维修不便。本文以某机械厂的实例来介绍汇川MD系列变频器在整经机上的应用，它具有配置简练、逻辑清晰、控制效果好、成本低的优点。
二、系统构成
主要由两变频器控制的收线电机和张力调节电机及PLC、触摸屏、编码器、压力传感器和低压元件等组成。如下图所示
整经机示意图
三、控制要求
a、线收盘时线速度和张力恒定、波动小、可无级调节；
b、起停经线松紧均匀不断线；
c、必要的保护操作方便。
四、实现过程
a、恒线速度控制
收线变频器控制线速恒定。由罗拉轴上的编码器转过的脉冲频率和轴直径即可算出线料的实际线速度（V=a*π*D/b V-线速度；a-每秒脉冲数；D-轴直径；b-编码器转一圈产生的脉冲），通过DI5输入（编码器的B相）到变频器作为线速度反馈，给定量通过HMI设定输入PLC再通讯写入变频器，由变频器内部PID计算构成闭环控制。但变频器内没有线速度这一物理量，因为只要控制罗拉轴上每秒转过的脉冲数不变也就确保了线速度的恒定，为此DI5输入大频率的参数F4-30要设为高线速度时的脉冲频率（零到大脉冲频率对应零到大线速度，给定是设成由百分比其物理量为百分比再乘上大线速度）。
b、恒张力控制
张力控制几点说明
1）张力控制采用我司的简易伺服非标变频器，它的特点：要配PG卡（编码器反馈卡）；必须运行在有传感器矢量控制模式；输入DI5多少脉冲电机就转过相应的角度，其对应关系可通过FE-00脉冲比例系数来调整；用于小惯量位置控制。
2）FE-00脉冲比例设定是指从DI5输入的指令脉冲与变频器所带电机的编码器脉冲的比例，也就是当DI5输入一个脉冲需要电机转过几个脉冲。
3）FE-02：调节器比例。变频器对脉冲的调节是通过检测DI5输入的脉冲与编码器脉冲之间的误差（脉冲比例考虑在内）进行频率调节，该参数即为调节器系数。越强调节越快，但稳定性会便差，反之调节慢，稳定性好。
4）为了控制简单机械要求：张力传感器的前后级（前级指主收卷后级指简易伺服，以下相同）两罗拉轴直径相同；后级电机到罗拉轴的机械传动比为1；两个编码器的规格一样（每周脉冲量相同）。
张力控制原理：前级罗拉的编码器的b相输入到后级的DI5做为脉冲给定，当脉冲比例FE-00设为1时，后级电机转过的角度就与前级罗拉轴转过的角度相同，这样就保证了两罗拉轴同步运行。要保证张力恒定只需调整后级罗拉轴与前级罗拉轴的相对速度即可，根据压力传感器上的反馈张力和张力给定量（HMI设定输入PLC再通讯写入变频器）经PLC内部PI计算来调整（通讯更改）后级的脉冲比例系数FE-00来改变电机的相对转速，实现恒张力。
五、结论
该方案的张力控制由于采用收线罗拉上的编码器做为简易伺服变频器的脉冲给定，当前级控制速度PID调节时罗拉轴转速改变，输入到后级变频器上的脉冲相应改变，所以系统的后级张力调节是在跟踪前级速度基础上叠加一个量（改变脉冲比例系数），大大减少了速度调节对张力的影响。系统是用位置控制保证张力的，因此机械惯量摩擦等因素对张力影响很小，起停平稳张力控制精度有了很大tigao。本方案配置简练、逻辑清晰、控制效果好、成本低的优点已在纺织行业中广泛应用。
1．引言
B&R（贝加莱，www.br-automation.com）公司于1979年创建于奥地利。从创建以来，B&R一直致力于工业自动化技术创新并引领着技术发展的潮流。卓越并且开放性的产品大限度地满足了客户需求，使客户的产品和项目具个性与竞争力。1996年贝加莱来到中国，如今，贝加莱产品已在中国国内的塑料、包装、印刷、纺织、食品等多个行业的机械自动化及电力、冶金、石化、污水、市政工程等过程自动化领域中被广泛地采用。产品含盖PCC（可编程计算机控制器）、IPC（工控机），Panel System(人机界面)、ACOPOS (伺服产品)、X20，X67(分布式I/O)，APROL系统（DCS系统）等产品系列。丰富的控制部件和DCS系统被广泛应用在各大先进的污水处理控制系统中，目前已有上千套贝加莱的污水处理系统运行在全球的各个国家，系统性能有口皆碑。
2．污水工艺及特点
污水处理的工艺流程大体分为：格栅处理、泵房tisheng、沉砂处理、一次沉淀池、曝气池处理、二次沉淀池处理、泥浆制备、昭气利用。需要控制的区域主要有进水泵房，鼓风机房，脱水机房，变电所，加药间等区域。有栅格、总泵房、沉砂池、生物反应池、沉淀池、加氯间、污泥处理装置、变电站等控制对象。
在进水泵房，系统需要检测粗、细格栅前后的液位，及设备的故障工况，手动/自动控制粗、细格栅的运行；采集泵房内及水泵运行工况及液位参数，并根据泵的运行时间，先后开启水泵机组。
在鼓风机房，系统需要控制鼓风机组的开关机顺序，检测鼓风机组的故障报警，根据生化池中溶氧的浓度调节出风阀开启度，检测生化池等相关仪表的参数。在脱水机房系统需要采集脱水机房、污泥池内电气设备运行工况及附近的仪表参数并对相应电气设备进行控。在变电所需要采集鼓风机房高压变配电所设备的运行工况及对附近电气设备进行控制等。具有现场设备查询，故障记录及报警，各项数据曲线等功能。
3．贝加莱控制系统方案：
根据项目的需求及特点，贝加莱方案为监控中心采用先进的管理控制技术，系统设计为控制层、监控层、管理层三层进行监测和控制。控制层分若干个PCC子站分别对厂内设备、及监测点进行控制、监测，采集信号，控制生产设备；监控层，在厂内设中心控制室，对于独立运行的污水处理厂，中控室有二个功能，一是监控全厂的整个生产过程，二是将有关污水处理厂的运行状况上传污水处理厂监控中心；将污水处理厂监控中心执行指令下传各PCC，由PCC控制各现场仪器及仪表；管理层主要在污水处理厂监控中心完成。系统同时还充分考虑设计了特殊情况下的现场手动控制。
系统结构图:
系统设计在现场采用贝加莱的PP400系列控制器，贝加莱的PP400是一款集成触摸屏，控制器于一身的高性能控制器.一个设备同时实现现场的监控和操作以及I/O的处理.tigao整个污水系统的灵活度.支持100米I/O扩展的X20系统。各PCC站的通讯，采用CPU自带的以太网接口，实现个站间的通讯和与监控中心的数据交换。设计自控系统的组成主要包括：
1. 1#PCC，2#PCC，3#PCC控制站
主控制器选用X20的高性能X20CP1485控制器，自带以太网，和RS232或CAN通讯接口，其处理频率达到Celeron 400MHZ,达到400US的任务执行时间。通过预先编制好的控制程序，对现场控制站I/O模块进行数据采集和分析、运算并相应的输出结果。通过自带以太网接口实现与监控中心的数据通讯，并且采用容易扩展的X20的I/O单元，采用CAN，X2X通讯方式实现I/O的通讯，采集远程设备的数据信号。12路的I/O宽度仅为12.5mm,长为9.9mm.结构紧凑，功能齐全，，安装方便。
3个PCC站分别位于预处理站，鼓风机室，滤池和沉淀池。鼓风机房现场HMI采用贝加莱的PP100触摸屏，PP100采用266MH高性能处理器，128MB DRAM，TFT 640*480 真彩10.4寸的大尺寸，IP65的防水等级。全金属外壳。模拟电阻式触摸屏其特性决定了长寿命，正常使用可达6年以上。并且具有很强的抗干扰能力，并集成RS232，以太网，USB接口，方便用户的通讯或扩展。主控制器与触摸屏的通讯采用RS232。
2．变电站
控制器选用贝加莱的PP400，贝加莱的PP400是一款集成触摸屏，PCC控制器于一身的高性能控制器，采用高速266MHZ CPU ，可达8GB的大容量的存储器，具有IP65的防护等级，USB，以太网，RS232通讯接口丰富，256色真彩显示。10.4寸的PP400作为控制主站的控制器和人机界面的同时。还可通过屏查询设备状态，工作记录，数据报表，修改系统参数等功能。满足在变电站本地监控本地操作的功能，一体化的设计紧凑而小巧。I/O模块支持多种远程扩展方式，如CAN ，X2X， POWERbbbb，ProfibusDP，DeviceNet等。
3． ECU01-ECU10现场控制站
现场控制站的主要功能是远程I/O模块和通讯的功能，它主要包括模拟输入模块、数字输入模块、数字输出模块、以及通讯模块。采集10个滤池的信号监控等。控制器选用贝加莱的X20自带以太网，RS232，CAN接口紧凑型X20CP0291，达到2MS的快速扫描周期。采集10个滤池的控制信号，通过100M的以太网传输上下位的数据信息。I/O部分采用贝加莱的X20 I/O系统。如果滤池控制部分离其余控制部分有一定距离，并且I/O点不多。我们采用贝加莱的具有12M 通讯速度，站间距离可达100米的X2X通讯总线，进行远程扩展。方便现场的安装，满足实际客户要求。并且X20系统支持热插拔，即使个别模块或外围设备的故障也不会影响其余模块的正常工作，避免因一些小故障而导致整个系统瘫痪。节省维护和使用成本。
4． 监控中心
采用贝加莱无风扇无线缆，可免硬盘运行的工控机APC620，采集现场PCC的实时数据和记录状况报表及报警等。实现全厂的综合调度。两台工控机互为主备，tigao系统可靠性。控制系统具有全自动逻辑控制、在线工艺状态显示及参数记录、运行故障诊断记录、生产报表显示记录等功能。系统能长周期安全无故障运行。
5．网络通讯及结构
利用各PCC自带的以太网接口实现PCC站站以及ECU各站的通讯,以及与监控中心的数据通讯.光纤连接现场和监控中心。远程I/O的扩展采用12M速率的X2X总线。通过RS485接口模块控制现场变频器的运转，以及与仪器仪表的通讯连接。
贝加莱的控制系统支持分时多任务操作系统，触摸屏和PCC均采用一个开发软件来开发，面向对象的编程方式，除常规编程语言外，并且支持C语言，BASIC语言等多种编程语言。以及完善的PID算法完成生产过程压力、温度、liuliang等工艺参数的PID回路调节。高性能的控制器和支持带电插拔的X20 I/O 系统，单个模块或部件的损坏不会影响其他设备的正常运行，tigao污水系统可靠性，利于系统维护。I/O的就地接入，再通过通讯上送，通讯介质为屏蔽双绞线，减少布线成本，tigao电气系统可靠性。实现就近接线，远程监控。接口丰富，太网通讯接口， Modbus接口，CAN 通讯，RS485总线等与三方设备通讯的接口都包含在系统中，方便用户的扩展和使用。
4．结束语：
贝加莱的污水控制系统是以PCC、工控计算机、管理计算机、服务器、计算机网络及软件系统为核心的污水处理厂实时管理控制系统，自动监测或监控污水处理厂设备及生产运行，达到污水处理厂远程监测或监控自动化、管理信息化。 使污水处理厂内自动化控制及技术水平得到全面显著tisheng，可以安全、可靠地实现各种复杂的污水处理工艺流程，减少人为因素带来的可能事故和隐患，保证污水处理的质量，同时减轻劳动强度，tigao工作效率和经济效益，使传统污水处理厂生产运行及管理产生了质的变化。
高速卷绕头是化纤行业前纺的关键设备，其基本的结构：夹头和压紧辊，组成一个经典的卷绕装置，夹头相当于收卷卷筒，压紧辊相当于摩擦辊；槽筒用于横动控制，控制纤维卷绕时的成型角。高速卷绕头的基本控制要求为线速度恒定，速度精度高，一般的工艺要求为线速度精度达到万分之三。适用于涤纶、丙纶、锦纶 POY 丝或工业丝的卷绕成型。两台变频器分别控制卷筒进行收卷，在摩擦辊上安装用以速度检测的光电传感器，作为线速度的反馈信号。设备动作过程中要求完成卷筒的自动切换及卷绕作业。
早期的卷绕头为被动式，即动力驱动由压紧辊提供，这样就成为典型的表面卷绕，在卷绕的过程中卷筒直径逐步增大，而摩擦辊的直径不会改变，因此转速控制对象比较简单，一般用同步电机加变频调速器就能满足转速精度的要求。但是的卷绕头要求夹头直接驱动，压紧辊被动传动，这样就成为典型的中心卷绕。在中心卷绕中，由于卷筒直径不断增大，为保持线速度恒定，转速需要不断的减小。无锡某纺织机械有限公司开发了这样一种新型的高速卷绕头，这个系统的基本电气控制配置为：汇川 MD320 变频器控制夹头电机和槽筒电机；可编程控制器用的是富士 SPB 系列。
中心卷绕的高速卷绕头对变频器的要求可以从卷绕头的工艺参数推导出来：卷绕头的高线速度为 4000 米 / 分钟，夹头电机为两极变频异步电机，卷筒的初始直径为 126mm ，终直径为 430mm 。
初始卷绕时卷筒直径小，转速要求高：
4000 米 / 分钟
N0= -------------- = 10105 转 / 分钟，从而可以推导出变频器的高输出频
0.126 米 / 转
率为 170Hz 。
其次，为保证± 1 米的控制精度要求，对变频器的输出频率分辨率有基本要求，当卷筒直径大时，有大的频率分辨率要求：
1 米 / 分钟
± 1 米线速度，对应转速波动 = ±------------------ ≈ 0.740256 转 / 分钟；
0.43 米 / 转
0.740256 转 / 分钟
对应的频率波动 = ±------------------------ ≈ ± 23Hz ；
60 转 /Hz
汇川 MD320 变频器的分辨率为 Hz ，能很好满足其工艺要求。
由于客户卷绕头上的测速反馈装置反馈脉冲频率过低，而无法实现稳定的闭环矢量控制，在这种控制结构下，变频器要设为单纯的频率变换器，输出频率完全等于输入频率，而特殊电机曲线的设置值按夹头变频电机的值和负载特性调整到佳值。
为了达到高频率给定精度， PLC 需要通过串行通讯口控制变频器，汇川的 MD320 变频器可以支持多种现场总线通讯协议，可以方便的与各种 PLC 进行通讯，但在实际应用中，考虑的实际的成本，终采用的经济的 RS485 通讯。 MD320 需要扩展一块 RS485 通讯卡，通讯协议为标准的 MODBUS RTU 总线协议。
因为卷绕头的卷筒直径是在连续变化的，所以要实现稳定的线速度控制，用传统的 PID 闭坏控制，速度会有静差，不过在其公司技术人员的紧密配合下，这个问题被很好的解决了。
横动槽筒控制也是高速卷绕头这一产品获的成功的一个关键技术难点，以恒速控制槽筒，在特定的卷筒直径时会产生迭纱现象，所以通常要求横动槽筒变频器输出的频率一直波动变化， MD320 具有摆频功能，很好的满足卷绕的特殊要求。
结束语
汇川变频器的高精度和高性能，以及分销商强大的技术支持使汇川变频器成为高速卷绕头的理想驱动器，随着中国化纤机械工业的飞速发展，汇川变频器将有一个美好的明天。
1 前言
金属制品是冶金工业中的重要一环，但在我国该行业却是一个薄弱环节，机械、电气设备陈旧，阻碍了行业的发展。在金属加工中，直进式拉丝机是常见的一种，在以前通常都采用直流发电机－电动机组（F-D系统）来实现，现在随着工艺技术的进步和变频器的大量普及，变频控制开始在直进式拉丝机中大量使用，并可通过PLC来实现拉拔品种设定、操作自动化、生产过程控制、实时闭环控制、自动计米等功能。
采用变频调速系统的直进式拉丝机技术先进、节能显著，调速范围在正常工作时为30:1，同时在5%的额定转速时能提供超过1.5倍的额定转矩。
本文以某厂生产不锈钢丝的直进式拉丝机变频改造为例，来说明变频控制的应用过程及效果。
2 直进式拉丝机变频控制系统
该直进式拉丝机主要对精轧出来的不锈钢丝进行牵伸，设计的工艺要求为：（1）高拉丝速度600m/min；（2）加工品种主要三种，分别是进线2.8mm→出线1.2mm、2.5mm→1.0mm、2.0mm→0.8mm；（3）紧急停车断头不多于2个。
直进式拉丝机是拉丝机中难控制的一种，由于它是多台电机同时对金属丝进行拉伸，作业的效率很高。不象以前经常遇到的水箱拉丝机和活套式拉丝机，允许金属丝在各道模具之间打滑。同时它对电机的同步性以及动态响应的快速性都有较高的要求。由于不锈钢材料特性比较脆，缺少像高碳钢丝或者钢帘线那样的韧性，比较容易在作业过程中拉断。
本系统共有8台11KW变频器。系统的电气配置为活套一台，安装在级，作用是将成卷的不锈钢丝牵引到拉丝部分，由于活套可以自由打滑，因此这台电机不需要特别的控制。拉丝部分共有六个直径400mm的转鼓。每个转鼓之间安装有用于检测位置的气缸摆臂，采用位移传感器可以检测出摆臂的位置，当丝拉得紧的时候，丝会在摆臂的气缸上面产生压力使得摆臂下移。终是收卷电机，该部分采用自行滑动的锥形支架，整个过程卷径基本不变化，因此不需要用到卷径计算功能。八台电机功率采用变频专用电机，同时带有机械制动装置。
图一 直进式拉丝机控制示意
直进式拉丝机的系统逻辑控制较为复杂，有各种联动关系，由PLC实现。同步方面的控制则全部在汇川MD320变频器内部实现，不依赖外部控制。
其工作原理是：根据操作工在面板设定决定作业的速度，该速度的模拟信号进入PLC，PLC考虑加减速度的时间之后按照一定的斜率输出该模拟信号。这样做的目的主要是满足点动、穿丝等一些作业的需要。PLC输出的模拟电压信号同时接到所有变频器的AI2（AI1也可以）输入端，作为速度的主给定信号。各摆臂位移传感器的信号接入到对应的转鼓驱动变频器作为PID控制的反馈信号。根据摆臂在中间的位置，自己设定一个PID的给定值。这个系统是非常典型的带前馈的PID控制系统，一级串一级，PID作为微调量。
之所以选择汇川MD320变频器，就在于它能轻松实现主速度跟随加PID微调的功能，而无须额外的控制板。在本系统中参数设置如下：
F0-03=2：主频率源X为AI2
F0-04=8：辅助频率源Y为PID
F0-07=1：频率源选择为主频率源X+辅助频率源Y
FA-00=0：PID给定源为数字键盘给定
FA-01=4：PID的设定值（该值的基准值为系统的反馈量）
FA-02=0：PID的反馈值AI1
FA-03=0：PID的作用方向（当反馈信号大于PID的给定时，要求变频器频率输出下降，才能达到PID平衡）
FA-05=25：PID的P值
FA-06=1：PID的I值
FA-07=0.08：PID的D值
FA-08=0.1：PID的采样周期
FA-09=0：PID的偏差极限
由于系统的稳定在很大程度上取决于PID作用，因此对其参数的整定必须考虑周全，在低速、高速、升速和降速等情况都予以考虑。另外在本系统中必须加入微分限幅。
3 结束语
本系统在优化参数值之后，设备试机时速度600米/min非常稳定，完全解决了原来采用同步板高速度下面不稳的问题（原来只能开到300米/min）。通过各种工况下的对比测试，和采用进口直流驱动器的拉丝机性能一样，同时设备效率为90-95%、节电率为40%左右。而且本系统电气器件配置简练、逻辑清晰，成本与原来相比还有较大的降低，的确是个性价比优良的方案。
