陇南西门子S7-200代理商

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一、引 言
     浸渍机主要用于傢俱板三聚氰胺贴面纸、防火板牛皮纸、面纸、覆铜板绝缘纸、强化木地板耐磨纸以及平衡纸等的生产与加工，根据生产工艺分为一次浸渍机与二次浸渍机两种。本文以某公司生产的ST-B型卧式二次浸渍机生产线为例，说明其主要工作原理及万盛达变频器在浸渍机生产线中的应用。
二、浸渍机工作原理
     浸渍机主要由开卷机、浸渍上胶、干燥、牵引、切纸、堆纸升降台等部分构成，其结构示意如图1所示。

1.开卷机 2.一次浸渍挤胶 3.一次干燥段 4.一次排湿 5. 二次覆涂 6. 二次干燥段 7.二次排湿 8.调偏机 9.牵引机 10.切纸机　11.堆纸升降台

2.1主要工艺流程
    原筒纸从开卷机经进纸辊传入背涂辊进行背涂，通过一次浸胶、挤胶、抹平后进入一次烘箱段干燥、冷却，经一次纠编后由二次覆涂机进行正反两面覆涂及二次抹平，接着进入二次烘箱段进行干燥，经冷却后纸张经调偏机的检测机构，对纸张的偏移进行自动纠偏，在牵引辊筒的牵引、冷却作用下进入切纸机进行高精度切纸，后由升降台进行堆垛。
2.2主要技术参数:
以某公司生产的ST2700B卧式二次浸渍机为例，主要工艺参数如下：
工作幅宽： 2440mm 
机械速度： 0-60m/min 
上 胶 量： 60-270% 
挥发含量： 6-7.5% 
热 源： 饱和蒸汽/导热油 
导热油入口温度： 大于200℃ 
装机容量： 82Kw（ST1500B四呎） 
浸渍材料:： 高、低压三聚氰胺树脂、脲醛树脂、酚醛树脂 
加工产品： 耐磨纸、装饰纸、水泥模板纸、绝缘纸 
2.3浸渍机的电气控制 
     该浸渍机生产线采用人机界面+PLC+变频器方式，实现单动与联动控制（见图2）。

 
图2 浸渍机生产线电气示意图

    浸渍机生产线中，各单元的运行速度可通过触摸屏直接设定，根据浸渍纸张力不同可调整相关单元的速度。其主要电气传动部分有：开卷电机、进纸辊电机、上胶辊电机、抹平辊电机、牵引链电机和切刀电机，以上电机由均适宜采用变频控制。
     本条生产线变频控制部分，采用万盛达科技股份有限公司生产的第二代WISKOM-E70系列变频器进行控制；上位机采用日本三菱FX2N-128MT可编程控制器；人机界面选用HITECH的PWS1711-STN，各单元控制功能，如运行速度、加减速时间等，均可在触摸屏上直接设定。
3.1进纸辊、上胶辊、抹平辊、牵引链变频控制
     为保持原料纸在加工过程中不被拉断或产生皱折，浸渍机的进纸辊、上胶辊、抹平辊、牵引链等单元需要保持同步运行。万盛达变频器配备有标准的RS-485通讯接口，采用PLC与变频器的通讯功能可实现多台变频器的同步启动、停止及调速，其示意如图2所示。

 
图2浸渍机同步控制单元

1、 变频器主要参数设定
    以上各单元变频器主要参数设定一致，以牵引链电机WISKOM-E70为例，参数设定如表2所示。

表2 牵引链电机变频器的参数设定列表
 

3.1 万盛达变频器的RS-485通讯协议
     万盛WISKOM-E70达系列变频器中提供了RS485通讯接口，用户可通过PC/PLC实现集中监控，以适应特定的使用要求。其中，RS-485协议主要包含以下内容：
（1） 数据格式及波特率
（2） 万盛达RS-485协议具有3种数据传输格式可选：
1位起始位、8位数据位、1位停止位、无校验；
1位起始位、8位数据位、1位停止位、奇校验；
1位起始位、8位数据位、1位停止位、偶校验。
波特率有5种设置可选：1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps，从机变频器选用默认值。
（2） 报文结构
万盛达变频器RS-485通讯协议中每个报文由11个字节组成，如表3所示。

     报文分为主机发送的数据报文（即主机命令帧）和从机变频器发送的数据报文（即从机响应帧），分别如表4和表5所示。

表4 主机命令帧
 

   用户数据包括参数数据和过程数据，其中，参数数据指主机发送的命令码或从机对命令的响应码，过程数据指主机控制从机运行或从机返回当前运行状态。详细参数表可参照万盛达变频器的操作说明书。
（3）编程思路
     该生产线主机（上位机）为PLC，各单元变频器为从机，通讯程序采用主机轮询方式，将从机地址建立在一张轮询表内，主机定期轮询从机单元。表6给出了各从机的通讯地址设置。在万盛达变频器的RS-485通讯协议中，当从机在一定时间间隔内（1000ms）内未收到任何报文时，认为发生通讯故障，因而采用主机轮询方式时，主机需定期轮询从机，并且轮询周期小于1000ms，否则会报告通讯故障。

表6 从机通讯地址设置
 

3.2 剪切机的变频控制
     根据客户要求需要将加工纸剪切成不同长度规格，其主要通过剪切装置实现。切纸单元的变频控制示意图如图4所示。

 
图4：切纸单元变频控制

    该系统中，剪刀电机由一台5.5KW变频器控制。光电编码器将检测信号送给PLC，当加工纸达到设定长度时，由PLC发出剪切变频器动作信号，带动切刀完成剪切，根据不同要求可在触摸屏上直接设定加工纸长度。由于加工纸厚度较薄，在剪切时要求剪刀能快速动作。该浸渍纸机剪切装置采用旋转式双面切刀，为保持剪切纸长度一致（精度在+2mm内），切刀前后半周要求停止在同一位置，因而切刀变频器必须快速起动与停止。为实现准确停车，采用万盛达变频器的直流制动功能。表7给出了切刀变频器的主要参数设定。

表7 切刀变频器主要参数设定

 
     切刀变频器的起动与停止信号由PLC直接给出，通过外部信号起动，其中切刀变频器加减时间和直流制动有关参数可根据切刀实际位置进行调整。
3.3烘箱温度控制
     原料纸上胶后进入烘箱干燥，烘箱采用热煤油加热，由风机进行冷却。每个烘箱分成5段，风机变频器控制部份（两个烘箱控制相同）如图5所示。

     烘箱内每段安装有温度传感器（热电偶），将检测信号送给PLC。当温度超过设定值时，由PLC输出模拟信号系统加快该段风机速度；相反，当温度低于设定值时，则减小该段风机速度。风机变频器起动信号由外部端子给定，调速信号由PLC模拟信号模块输出0～10V信号调节。采用变频器控制，一方面可节约能量，同时可根据工艺要求随时自动调节烘箱温度，提高了设备的自动化控制程度。
     风机变频器采用万盛达风机水泵专用型第二代WISKOM-E70系列，主要参数设定如表8所示。

表8 风机变频器主要参数设定列表
 

四、结 论
     该生产线采用RS485通讯技术，实现了人机界面（液晶显示触摸屏）、PLC与变频器的通讯控制，取代传统的面板控制，提高了整机的自动化程度，从而提高产品质量、生产效率以及系统运行的稳定性。简捷的人机界面具有系统参数调节、在线故障监测和报警功能。整条生产线采用变频器控制，其调节范围宽、精度高、动态响应快，使得电机实现高效、低耗运行，并确保了整个系统的同步控制。

型材辊压生产线是生产汽车门、窗等型材的关键设备，其剪切系统自动化程度及定尺精度的高低将直接影响企业生产效率及产品质量。型材剪切一般有定尺停剪和飞剪两种。定尺停剪控制简单，定尺精度高，但生产效率低，特别是对于有缝焊机的辊压线，频繁起停将会影响焊机焊极的使用寿命；飞剪控制比较复杂，方法也较多，相对简单的一种就是由型材本身带动剪切工作台实现飞剪的方法[1～2]。这种剪切方法只适用于刚性较大的型材，而对于截面积较小的型材必须加牵引机，控制复杂。针对上述不足，我们设计了一种采用直流伺服机驱动、PLC控制剪切工作台实现连续不停机剪切的飞剪控制系统。应用结果表明，该系统运行可靠，同步精度较高，定尺误差较小，适用于剪切各种规格的型材，不仅提高了企业生产效率及产品质量，而且具有广泛的推广应用价值。
1　采用伺服机的型材辊压生产线飞剪控制系统的组成
　　型材飞剪系统是一种连续剪切型材的加工机械，相对于定尺停剪系统，可提高生产效率。采用伺服机的型材辊压生产线飞剪控制系统原理如图1所示。

　　图中，S1、S2、S3为接近开关，S4、S5、S6为滚轮式行程开关，负责工作台的终端停车及超程保护。伺服机通过丝杠拖动工作台运动，由液压缸带动刀具完成冲切任务，其运行过程如下：
　　(1)型材以恒速向前移动，由测长轮测定型材长度，当到达预定值时，起动伺服机，工作台开始移动。
　　(2)当工作台与型材的移动速度达到同步时，液压缸动作，刀具开始冲切，接近开关S2检测到冲切到位信号时，刀具抬起。
　　(3)工作台继续移动，当刀具回到初始位置时，接近开关S1有信号输出，伺服机反转，工作台高速返回。
　　(4)到接近开关S3位置时，工作台停止，根据切割的根数，决定是继续运行还是停车。
2　飞剪伺服同步控制系统的组成与参数计算
　　伺服同步控制系统由直流伺服驱动器、伺服同步控制器、PLC及测长轮等组成，其控制系统结构框图如图2所示。

　　测长轮光电编码器输出的脉冲信号分两路，一路送给PLC的高速计数口，做测长用；另一路先经光电隔离及F/V环节将频率信号转换成电压信号，再经放大器放大后，作为伺服驱动器的速度给定信号。连续剪切时，必须保证工作台的移动速度与型材线速度严格同步，在F/V变换器与伺服驱动器参数确定的情况下，放大器放大倍数的确定将是实现伺服同步的关键。已知系统参数如下：
　　F/V环节输入输出特性：Kf=(0～25kHz)/(0～5V)；
　　伺服驱动系统：大给定电压

额定转速ne=1500r/min，转速反馈系数α=

/ne=1/300(V．min．r－1)；
　　测长轮直径：DL=110mm=0.110m；
　　光电编码器每转脉冲数：N=5000；
　　型材大移动速度：Vm=15m/min=0.25m/s；
　　丝杠节距：T=10mm=0.01m。
　　当型材以线速度VL(单位为m/s)向前移动时，测长轮光电编码器输出脉冲的频率为

经F/V及放大环节加到伺服驱动器输入端的速度
给定电压为

式中KP为伺服同步控制器放大环节放大倍数。对应的工作台移动速度为

式中　　n为直流伺服电机转速。
　　由Vg=VL，解得

　　将已知参数代入，即可求得放大器放大倍数KP=6.908。为了保证同步精度，放大器中调节放大倍数的电位器RP1选用多圈精密电位器，放大器选用LF356，光电隔离选用TLP5212。
　　伺服驱动器的速度给定除同步给定信号U*nl外，还设有工作台高速返回、工作台前向点动和后向点动3个给定电位器。设置点动功能的目的是当需要定尺停剪时，可使工作台处于有效行程内的任意位置。4种给定信号通过PLC的Y117(伺服机速度同步给定)、Y116(工作台高速返回)、Y120(工作台前向点动)和Y121(工作台后向点动)进行控制。
3　PLC控制系统的组成及软件设计
　　型材辊压飞剪系统采用日本富士NB1系列可编程序控制器控制，可实现定尺停剪、飞剪及剪切长度、剪切根数的自动控制，同时具有自保护、自诊断和报警等功能。剪切长度及剪切根数等参数由PLC通过串行通信从上位机读入。PLC剪切控制系统的输入信号包括：测长轮光电编码器LF输出的电脉冲(A、B两相)，接近开关S1～S3，行程开关S4～S6，伺服准备好信号VRDY；输出信号包括：伺服上电SON1，伺服使能ENBL(Y115)，伺服速度给定Y117、Y116、Y120、Y121，冲切电磁阀、抬起电磁阀、加速阀及溢流阀等，其PLC外部接线图略。控制流程如图3所示。

　　系统通过对光电编码器LF输出脉冲的检测来计算对应的型材长度。NB1系列U型PLC的高速计数指令功能是当条件满足时发出一中断信号，并控制相应的动作。由于系统剪切长度是可以改变的，故需要通过PLC中算术运算将剪切长度转换成对应的脉冲数。
　　为了使系统能够安全可靠工作，对软件和硬件均作必要的处理。软件主要是延时保护，因为系统工作过程主要是顺序动作。当某一工序到下一工序的时间超过确定值时，说明该工序的相关部分出现故障，命令系统停止运行，等候维修。图中长度检测到延时是根据型材的剪切长度与轧制速度的比值来确定；剪切到位和刀具抬起延时是根据冲切刀具动作的快慢来确定，本系统取3s；Y115为伺服使能信号，延时打开的目的是保证工作台高速返回停车时有足够的制动时间。硬件是采用4个保护开关，前两个是接近开关S1、S2，主要是检测型材是否切下和刀具是否抬到位，若未按规定动作，则视为故障，系统停止运行；另两个是限位开关S4、S6，作用是在前面保护均失效，工作台到达S4(或S6)位时，强制系统停止运行。
　　本系统充分利用了PLC的逻辑运算、数值处理、高速计数、中断及沿触发等功能，使整个系统控制方便灵活，外围设备减少，并能大大缩短现场的安装和调试周期。
　　实际调试过程中发现，连续飞剪的定尺精度往往不如定尺停剪的精度高，其主要原因如下：　　(1)测长轮与型材之间有相对滑动，使计数不准，可设法增加测长轮与型材之间的摩擦力，如增大气阀压力等；
　　(2)工作台每次返回的初始位置不一致，可增加一初始位置定位系统，提高位移控制精度，但系统要相对复杂一些；
　　(3)伺服同步精度低，剪切时工作台相对于型材有相对运动，可适当调整电位器RP1。
　　(4)由于伺服同步控制器在转速环外，因此系统元件(包括放大器、F/V变换器和电阻等)参数值随环境温度的变化对定尺精度有一定的影响，可在此基础上增加一位置环