SIEMENS/西门子6ES7215-1BG40-0XB0

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1 前言 

当前我国经济的快速发展和现代化水平的不断提高，木工行业的发展突飞猛进。尤其是近年来作为国民经济支柱行业的房地产迅速崛起，使得人们对于家具的要求越来越高，这就刺激了各种木工行业的快速发展。近十年来，木工加工制造业经历了许多加工控制和自动控制的技术改革。许多应用设备从原始的机械控制开始，逐渐发展到结合机械结构的继电器逻辑控制，但是传统的继电器控制存在控制效率低，抗干扰性差，设备故障率高等问题，随着当前自动化控制技术的发展，已经逐渐为PLC和变频器的控制所代替。随着木工行业的发展，相应的对于木工机械设备的要求越来越高，相应的控制难度也越来越高，控制系统自动化程度要求也愈来愈高，根据设备不同会应用到不同种类的工业自动化产品，客户需要根据控制对象的不同选择相应的设备来进行控制系统的构建。 

台达机电至今已经能为客户提供PLC控制器、温度控制器、计数器、人机界面、变频驱动器、伺服驱动器、数控系统等一系列产品，可以向客户提供完善可靠的机电一体化解决方案。本文基于台达产品构建了一套先进的砂光机控制系统，实现砂光机的高效工作和电气控制，值得业界借鉴并推广。 

2 工艺分析 

木工砂光机通常指利用砂带、砂布(纸)砂光工件表面的木工机床。带式木工砂光机把无端的环形砂带张紧在 2个或3个带轮上,驱动砂带作连续运动，一个张紧轮还作少量翘动使砂带产生横向窜动。用于平面加工的砂光机有固定的或移动的工作台。本文系统中的砂光机用于板材的抛光，根据设备的工位可分有八道工序，即：粗铣－精铣－摆动砂光－摆动砂光－第二次粗铣－第二次精铣－固定砂光－固定砂光。设备要求不管长短板都能自动砂光，而且可以任意调整砂光板的长短。 

3 控制系统 

3.1 系统组成 

系统硬件配置如表1所示：

表1 控制系统硬件配置表 

控制系统框图如图1所示：

 
图1 控制系统框图

3.2 设备分析 

（1）可编程控制器 

系统中采用台达DVP60ES00R2 PLC，保证了系统具备较高的动态响应能力,又满足了木工行业对成本控制的要求。通过RS485和变频器进行通讯,通过网络给定控制频率和读取各个工序的输出频率，电流及相应的报警信息。 

（2）台达变频器 

系统选用台达VFD-EL系列变频器。八道工序每道工序配置一台1.5Kw的变频器，再加上一台2.2Kw的输送带变频器，共配备了九台变频器。 

（3）触摸屏操作面板 

本系统人机对话友好，配置了一台DOP-B05S100触摸屏用于显示运行状况和修改工序的电气参数，方便了工艺操作和系统维护，提高了设备的档次。 

4 上位机画面及功能 

（1）功能菜单画面如图2所示。 

功能菜单包含了参数，状态监控，手动操作，故障检查功能。

 
图2 功能菜单画面

（2） 参数设置画面。 

各个工位的变频器频率通过人机输入，经PLC通过RS485传送道变频器中；通过各个工位时间的设置，可以调整木板砂光的位置。参数设置画面如图3所示。

 
图3 参数设置画面

（3）手动画面，可以通过手动操作控制各个工位，便于维护，如图4所示。

 
图4 手动操作画面

（4）状态监控画面，可以监控设备的运行状态，通过RS485及时读取变频器的输出频率及工作电流。如图5所示。

（5）系统报警画面，监控各个工位是否正常，如图6所示。

5 结语 

木工是一个环境非常恶劣的行业，工作环境对工人的身心健康影响很大，越来越多的木材加工厂开始引进自动化加工设备。本次合作的设备厂家是广东地区生产该类设备的大厂，在本行业具有很强的影响力。系统运行实践证明：台达机电产品组成的强大的整合能力及高性价比的变频器运行稳定，安全可靠，效率极高，完全能满足行业各种运行环境的要求，必将在木工行业得到广泛的推广和应用。 

细纱工序是成纱的*后一道工序，是将粗纱进一步牵伸30～50倍并加捻，纺成具有一定特数、符合相关质量标准的细纱，供捻线、机织或针织使用。细纱机有低速运行、高速运行、吹吸风、落纱等过程。落纱分为自动落纱和中途落纱（暂停工作），自动落纱又分定长落纱和定时落纱。自动落纱的方式、落纱时间及长度均可设置，并能掉电保持。纺织厂生产规模的大小是以细纱机总锭数表示的；细纱产量是决定各工序数量的依据；细纱的质量水平、原料物料耗电量等指标、劳动生产率等是技术和管理水平的体现，因此，细纱工序在纺织厂中占有重要的地位。由于传统的电气控制设备存在精度低、安全性差及故障率高等缺点已经逐渐为现代化自动控制设备所代替。现今细纱机设备的自动化控制程度愈来愈高，根据设备不同会应用到不同种类的工业自动化产品，如：人机界面、PLC、变频器、伺服系统、编码器、温控仪表等各类产品。客户往往可以根据控制对象的不同选择相应的设备来进行控制系统的构建。 

台达机电至今已经能为客户提供PLC控制器、温度控制器、计数器、人机界面、变频驱动器、伺服驱动器、数控系统等一系列产品，可以向客户提供完善可靠的机电一体化解决方案。本文基于台达自动化产品实现环锭细纱机的有效控制，值得业界借鉴并推广。 

2控制系统 

2.1 系统结构框图 

系统结构框图如图1所示：

 
图1 系统结构框图

本控制系统采用了台达DVP32ES00R2作为控制器，同时采用台达DOP-B05S100人机界面进行系统I/0与纺纱工艺数据的监控，并采用台达VFD-B-P系列纺机专用变频器控制主传动电机。 

2.2 系统功能概述 

系统功能概述如下： 

（1） 用PLC控制整个纺纱过程，具有程序开车、钢领板自动升降、中途停车后自动跟踪开车、自动落纱、自动留头等。 
（2）设定纺纱的工艺参数，依据工艺要求自动控制；实现定长落纱和锭子速度曲线控制。 
（3）显示纺纱过程的锭速、牵引倍数、细纱号数、捻度以及班产累计等。 
（4）采用数字通信，提高了系统的抗干扰性。 

2.3 各部分控制特点 

（1）传动部分：包括主电机、吸风电机、钢领板升降电机、油泵电机及润滑装置、主变频器、升降变频器、清洁器装置、各种低压开关及接触器等。 

（2）三自动检测部分：该部分由三自动行程开关、停主电机接近开关、下钢领板接近开关、刹车片构成。其作用为落纱信号给出后能自动适应停车，自动留头，为重新开车降低断头创造条件。 

（3）变频器锭子速度控制：该部分由变频器、锭子传动部分、主电机构成，其作用是变频器依据程控器传输的锭子速度控制十点曲线自动调整锭子运行，提高纱线质量和产量。 

（4）数据检测部分：该部分由主轴、前罗拉测速光电管组成。功能为自动检测纺纱过程中主轴、前罗拉的运行数据，为计算班产量、锭速、前罗拉转速、前罗拉线速、捻度等工艺参数以及锭子速度曲线控制提供数据。 

（5）PLC控制部分：该部分由PLC主单元及IO扩展模块构成，完成全机开关量输入、数据检测以及计算和过程控制，实现纺纱过程自动化和对机器运行情况进行监控。 

（6）显示单元部分：HMI与PLC之间以通讯线实现连接，完成纺纱过程工艺参数显示设定，可直接设定锭子运行十点曲线，实现控制柔性化，同时对细纱机运行过程中出现的故障，以对话框的方式进行实时反馈。 

（7）通讯部分：由PLC的Port1通讯接口通过RS232C方式与HMI实现参数设定及显示，由PLC的Port2通讯接口通过RS485的方式控制变频器的频率值，从而实现控制锭子运行速度曲线，整机的可靠性、稳定性得到极大的提高。 

3上位机软件设计 

上位机控制软件分为：参数设定显示程序、控制主程序、计算采样子程序、通讯子程序和锭子运行曲线子程序。 

（1）控制主程序： 

软件主控制程序部分，依据工艺要求编制的程序，上电后自动检测各开关量和传感器输入的数据，完成整个纺纱过程自动控制和调用子程序。 

（2）参数设定显示程序： 

主要依据DOP-B05S100配置完成参数设定显示，包括班次设定、错误设置提示，总产量、班产量累计显示、锭子速度、前罗拉速度、牵引倍数、捻度、产量、细纱号数等参数显示。如图2所示：

 
图2 参数设定显示界面

（3）计算采样子程序： 

主要依据主轴、前罗拉、后罗拉数据检测传感器采样结果以及设计参数完成系统计算，用以完成各类显示参数的计算及定长落纱等功能。如图3所示。 

 
图3 计算采样显示界面

（4）通讯部分程序及锭子运行曲线子程序： 

主要采用MODBUS ASCII通讯协议完成与变频器的数据传输，进而控制锭子运行速度曲线。PLC程序如图4所示，锭速曲线图如图5所示。 

 
图4 PLC程序梯形图

 
图5 锭速曲线图

4 结语 

本系统采用了台达控制系统解决方案，全机控制采取数字通讯方式，控制精度高，可靠性和抗干扰性能大大提高，并利用“提高软件设计水平来降低硬件投入”原则，不仅降低了系统成本，而且提高了产品的市场竞争能力。运行实践表明，系统比原来旧系统在安全性、可靠性和控制精度上都有了较大的提升，值得业界同行借鉴和推广