西宁西门子S7-200代理商

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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tigao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tigao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=m。
　　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，tigao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。

的控制方式一般分为开环控制与闭环控制两种控制方式，其中开环控制步进电机简单的控制方式就是玎环控制系统，其原理框图如图5-1所示：

图5-1开环控制原理图在这种控制方式下，步进电机控制脉冲的输入并不依赖于转子的位置，而是按一固定的规律发出控制脉冲，步进电机仅依靠这一系列既定的脉冲而工作，这种控制方式由于步进电机的独特性而比较适合于控制步进电机，适合于我国的国情这种种控制方式的特点是：控制简单、实现容易、价格较低，这种控制方式特别在开环控制中，负载位置对控制电路没有反馈。

因此，步进电机必须『f确地响应每次励磁的变化，如果励磁变化太快，电机不能移动到新的位置，那么实际负载位置与理想位置就会产生一个偏差，在负载基本不变时，控制脉冲序列的产生较为简单，但是在负载的变化可能较大的场合，控制脉冲序列的产生就很难照顾全面，就有可能出现失步等现象目前随着微机的应用普及，依靠微机，可以实现一些较复杂的步进电机的控制脉冲序列的产生。

但是，这种控制方式也有如下的缺点：电机的输出转矩和速度不仅与负载有很大的关系，而且在很大程度上还取决于驱动和控制的实现方式，精度不高，有时还会有失步、振荡等现象，但由于它较易实现，价格低廉，故目前所采用的控制方式大多数为开环控制。

闭环控制由于步进电机开环控制系统有精度不高、丢步等缺点，故在精度要求较高的场合可以采用步进电机的闭环控制系统，其原理框图如图5-2所示：

反应式步进特新研究22 图5-2闭环控制原理图

这种控制方式是直接或间接地检测出转予(或负载)的位置或速度，然后通过反馈和适当的处理，自动地给出步进电机的驱动脉冲序列，这个驱动脉冲序列是根据负载或转子的位置而随时变化的这种控制方式的实现方法很多，在要求精度很高的场合，结合微步驱动技术及微型技术，可以实现很高的位置精度要求。

水平有了极大的tigao。在实际应用中，森兰SB70变频器与国外变频器相比毫不逊色，在氧化铝行业成功地替代了国外品牌变频器，而且价格要便宜。

一、氧化铝生产流程
      从铝矾土矿石生产出合格的氧化铝需要经过原料、溶出、沉降、分解、焙烧等几大个生产流程，按工艺流程的次序组织为原料、溶出、沉降、分解、焙烧等几大车间，为充分利用母液，再设置一个蒸发工序车间。原料车间用以制备粒度、成份比例等指标都符合要求的原矿浆；溶出车间通过多级预热套管及压煮器为原矿浆提供高温、高压环境，并保证足够的溶出时间，以使原矿浆中的氧化铝成份溶出至铝酸钠溶液中。沉降车间通过沉降和多次反向洗涤，将料浆中的粗液及附着碱与各种杂质构成的赤泥进行分离，分离出的粗液经叶滤机过滤后制得精液，再送至分解车间与晶种混合，逐级进入各分解槽进行降温、搅拌，以充分析出氢氧化铝，析出的氢氧化铝浆液经分级后细料进种子过滤制备晶种，粗料送焙烧车间经过滤后进行高温焙烧，终制得成品氧化铝。蒸发车间用于对循环母液进行浓缩处理，以除去在流程中进入母液中的多余水分，达到工艺要求的母液浓度。

二、氧化铝生产对变频器的要求
      整个氧化铝生产过程对物料的运送由浆泵、进料泵、出料泵、母液泵、碱液泵、循环泵等各种各样的泵承担。生产过程中，物料及反应容器的温度、压力、配料liuliang等指标的控制非常严格；同时为保证分解槽搅拌等要求不间断运转设备的连续运行，以及隔膜泵、压煮器等高温、高压、高碱设备和焙烧系统易燃易爆设备的安全运行，要求对运送物料的各种泵能够在DCS的控制下变速运行。氧化铝生产工序比较复杂，生产环境差，温度高，粉尘多，对变频器的主要要求有：
      1、浆泵、进料泵、出料泵等的工作介质是非常粘稠的矿浆，其负载特性接近恒转矩负载特性。由于某种原因使生产短时停顿，粘稠的矿浆会产生沉降，恢复生产再次起动时，这些泵的起动力矩非常大，因此要求变频器有足够大的起动力矩和较高的过载能力。
      2、氧化铝生产线占地的面积很大，其电气控制设备和变频器均安装在配电房内，大部分的电机与变频器的距离在100-300米，要求变频器的输出接上100-300米电缆能够正常工作。
      3、变频器的输出含有高次谐波，现场使用的变频器的数量多，必须考虑谐波对DCS控制系统和现场控制仪表干扰，要求变频的输出谐波含量较低，低于国家标准GB12668-2.2002、GB12668-3.2003所要求的谐波含量。
      4、氧化铝生产具有连续性，生产过程中因某台设备故障引起全线停产，将带来极大的损失，因此，对变频器的可靠性要求极高。

三、SB70系列变频器在氧化铝生产线上的应用
      由上可见，氧化铝生产对变频器提出了很高的要求，铝镁设计院在做设计时，都毫无例外地选用ABB、施耐得、西门子、AB等国外变频器。近几年来，国产变频器技术有了长足的进步，转子磁链定向无速度传感器矢量控制已研发成功，其技术性能接近国外变频器先进水平，再加上工艺技术和管理水平的tigao，生产出满足氧化铝生产线要求的高性能、高可靠的矢量控制变频器也不是难事，且与国外变频器比较价格较低，在与国外变频器竞争中有一定优势。
      河南某中外合资氧化铝生产企业，其年生产氧化铝120万吨，根据生产工艺的要求，选用希望森兰变频器制造有限公司自主开发的新一代低噪音、高性能、采用转子磁场定向的SB70无速度传感器矢量控制变频器，对其生产过程的每一道工序提供变频调速（功率从22kW到450kW），共安装使用78台，具体使用工位如下表：

      SB70G系列变频器为希望森兰变频器制造公司自主开发的新一代低噪音、高性能、可靠性高、功能强大的工程型变频器，采用转子磁场定向的矢量控制方式，实现了对电机大转矩高精度的控制。其操作面板具有编程、操作、参数复制、热拨插功能，大大方便了操作人员对参数的修改（仅对一台变频器设置参数，其它均可进行参数复制，减少调试过程中的工作量），速定给定可通过端子切换，减少了外部繁锁的连接线。瞬时掉电时，通过母线电压控制，实现不间断运行；还可根据负载特性和环境温度，自动调整载波频率。
      针对氧化铝生产对变频器的主要要求，高性能的SB70无速度传感器矢量控制变频器1Hz时的转矩可达200%，无需闭环运行；考虑到过载因素，在实际应用时电动机的容量会加大一档，变频器的容量也适当增大；SB70变频器采用了多种谐波抑制技术，总谐波含量已低于国家标准。考虑到整个生产线使用变频器较多，还需要在变频器的输入侧加装输入电抗器和输入滤波器，保证在任何情况下都不会对计算控制系统和数字仪表造成干扰；变频器输出电缆的限制距离一般在50米内，输出电缆的长度增加，分布电容和分布电感也相应增加，对某次谐波可能会引起震荡或形成驻波，这将严重影响电动机的运行。设计变频控制系统时在变频器的输出侧加装输出电抗器或再加输出滤波器，平抑变频器输出的dU/dt尖脉冲。

四、变频器接线图及功能设置
1、接线图

变频器段子功能如下表

2、变频器功能设置表：

      每个工序的变频器控制原理基本相同，因此只画一张图作为代表。另外，工段和工序不同，功能设置也有一些差别，表中仅列出泥浆泵SB70G220变频器功能设置参数，仅供参考。

五、结束语
      SB70变频器在氧化铝生产线安装投入运行到现在已近一年，未出现过任何故障，可靠率达到，具有非常高的可靠性，与国外变频器相比毫不逊色。森兰SB70在氧化铝行业成功地替代了国外品牌变频器，而且价格要便宜的多，深得用户的满意

1、 PLC的选择
　　利用可编程序控制器（PLC）组成自动监控系统时，首先遇到的是PLC的选型问题。
　　在选用PLC时，除把可靠性、环境适应性放在首位外，还要根据具体应用场合尽量选用合适的可编程序控制器。
系统各部件的选择步骤。
　　2、PLC构成的控制系统
　　设计一个由构成的应用系统要经过很多步骤，从课题调研开始。
　　与常用的继电器控制逻辑设计比较，组件的选择代替了原来的部件选择，程序设计代替了原来的硬件设计。
　　采用了一台PLC控制油循环系统。用于监测对象（仪器）所处的地理位置比较接近，且相互之间有一定联系的场合。
　　PLC在监测系统中要完成信号数据实时采样、开关量检测、预警报信号监测与报警输出等，并通过各种二次仪表与传感器连接，PLC作为一种控制设备，用它单独构成一个监测系统是有局限性的，主要是无法进行复杂运算，无法显示各种实时图形和保存大量历史数据，也不能显示汉字或方便地打印报表，没有良好的界面。这些不足可用上位微机来弥补。上位微机完成监测数据的存储、处理与输出，以图形或表格形式对现场进行动态模拟显示，分析上下限值或警报信息，驱动打印机打印各种图表。
　　为tigaoPLC及系统的抗干扰能力，在硬件配置与安装上，交流电源使用双层隔离，输入信号光电隔离，远离强电布线，模拟量信号和开关量信号采用屏蔽线传送，采用放射性一点接地等措施，消除或减弱共模和瞬变干扰。

3、系统软件的设计
　　PLC梯形图所用逻辑符号与继电器、接触器系统原理图的相应符号极其相似，人们能迅速熟悉该种编程语言。一般设计梯形图程序大都采用继电器系统电路图的设计方法。对于复杂的系统，在梯形图设计中采用大量的中间单元来完成记忆、联锁、互锁等功能，由于需要考虑的问题较多，分析起来非常困难，并且很容易遗漏一些该考虑的问题，且修改和阅读也很困难。根据功能图表设计PLC的梯形图程序，可以有效地解决以上问题，达到事半功倍的效果。
　　下位机PLC采用梯形图来编制程序。
　　在编制软件前先要定义输入、输出号，然后才能在程序中调用，输入、输出定义号系统也会自动分配，但必须以插槽的顺序为依据，因此调整I/0模块的顺序也会改变输入、输出定义号。
　　下位机PLC软件用来实现数据采集、开关量控制、逻辑判断及声光报警输出。
　　上位微机机软件用来实现数据通讯、查询显示、数据通讯完成微机与PLC间数据和命令的传送，并将得到的数据按系统要求的格式分离成系统变量和数据。
　　显示模块将实时数据显示在屏幕上，以图形或表格形式分屏循环显示。
　　系统维护模块可用来修改设定参数、口令及限值等。

4、油循环系统的控制
　　油循环系统的过程控制如下：
　　(1)当起动按钮SBl按下时，泵1、泵2通电运行，由泵1将油从循环槽打入淬火槽，经沉淀槽，再由泵2打入循环槽，运行15min后，泵l、泵2停。
　　(2)在泵1、泵2运行期间，当沉淀槽液位到达高液位时，液位传感器SL1接通，此时泵l停，泵2继续运行lmin。
　　(3)在泵1、泵2运行期间，沉淀槽液位到达低液位时，液位传感器SL2由接通变为断开，泵2停，泵1继续运行lmin。
　　(4)当停止按钮SB2按下，泵1、泵2停。

用PLC实现控制要求，可按下列步骤进行：
　　步：设置I/0点输入/输出的设置，如图6所示。
　　输入：X00 起动按钮SB1
　　　　　X01 停止按钮SB2
　　　　　X02 高液位传感器接点SL1
　　　　　X03 低液位传感器接点SL2
　　输出：Y30　　　泵1接触器KM1
　　　　　Y31　　　泵2接触器KM2
　　第二步：设计梯形图
　　系统工作过程如下：
　　当按下启动按钮X00时，Y30、Y31线圈接通，泵1、泵2开始运行，同时由于Ml00接通，T50开始计时，到达预定时间15min时，T50的常闭接点断开，Y30、Y31线圈断开，泵1、泵2停。另一个T50的常闭接点使M100线圈断开，为下次操作做好准备。

在泵1、泵2运行期间，如果当沉淀槽液位到达高液位时，液面传感器SL1的常开接点接通，X02有输入，X02的常闭接点断开，Y30线圈断开，泵1停：同时X02的常开接点闭合，M101产生一脉冲使T51线圈接通，延时lmin后，T51的常闭接点断开，Y31线圈断开，泵2停。在延时lmin期间即使沉淀槽液位下降，SLI常开接点断开，泵2仍运行，直到延时lmin时间到。
　　同理，当沉淀槽的液位下降到低液位时，SL2的常开接点由接通变为断开，X03的常开接点断开，Y31线圈断开，泵2停、同时X03的常闭接点接通，M103接点产生一下降沿脉冲，使T52线国接通，延时lmin后，T52的常闭接点断开，Y30线圈断开，泵1停。在延时lmin期间，即使沉淀槽液位上升，SL2的常开接点接通，泵1仍运行，直到延时lmin时间到。
　　5、结论
　　根据油循环系统的要求，采用PLC来实现对系统的控制，并以微机为人机界面。这种监控系统运行可靠，使用寿命长，可实现脱机工作，很好地解决了对工作在恶劣环境系统的监测监控。