西门子PLC 6ES7214-1BG40-0XB0安装调试

西门子PLC 6ES7214-1BG40-0XB0安装调试

  一．引言

    随着经济的快速发展，电能的短缺问题越来越突出，节能也越来越受到人们的关注。由于变频器具有显著的节能效果和优良的调速性能等优点，因此在现代化的生产企业中用变频器来驱动电动机应用越来越广泛。在宣伟涂料一期工程中，就大量使用了罗克韦尔公司A-B品牌的PowerFlex700的变频器。

    宣伟（Sherwin－Williams）涂料有限公司于1866年成立，具有一百多年的历史，是美国大的涂料生产商和供应商，是世界500强企业之一。目前在中国设有两家分厂，广东东莞和上海嘉定。

    上海慧桥电气自动化有限公司是RockwellAutomation在华东地区全系列产品代理商。公司从事工业自动化产品的分销和自动化系统工程集成。公司拥有一支高素质、高效率的销售和工程技术队伍，为用户提供**、可靠、实用的的自动化产品和系统的解决方案。

    二．工程系统概述

    宣伟涂料FBCS控制系统PLC采用Rockwell公司SLC500系列PLC，共有一个机架和五个RemotI/O机架；主机架与从机架采用RemoteI/O通讯方式，用RemoteI/O电缆连接，共两路；共有五个防爆控制柜和一个控制柜，防爆控制柜上均有一触摸屏，每个触摸屏均可运行RSViewMEStationRuntime对现场设备进行就地控制操作，每个触摸屏与PLCCPU采用EthernetTCP/IP通讯方式，光缆连接；网络机柜一个，在涂料办公室内，柜内共有3COM16口SwitchHub一个、光电转换器六个，均为机架式装配。

罗克韦尔变频器在宣伟涂料工厂中的应用

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    A-B品牌的PowerFlex700变频器具有优良的调速性能和显著的节能效果。控制方式有无速度矢量传感器控制、转矩直接控制和传统的电压/频率控制。其中矢量控制采用了A-B获专利的磁场定向控制方法，具有分开独立控制电动机的磁场和转矩，使得变频器在零速时仍能产生满转矩。其性能可与直流调速相媲美。灵活的控制方法和强大的网络通讯能力使得PF700应用在各种不同的领域和满足苛刻的控制要求。

    下图是搅拌机调速系统的组成图：

罗克韦尔变频器在宣伟涂料工厂中的应用

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    变频器控制接线图： 

罗克韦尔变频器在宣伟涂料工厂中的应用

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    变频器网络系统组成图：

罗克韦尔变频器在宣伟涂料工厂中的应用

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    根据生产需要和要求，变频器既可以在设备旁由操作工进行现场控制，同时也可以通过网络在远端监控变频器。如果采用ControlNet网，在PowerFlex700上加一块ControlNet网卡就可以进行实时的监测和控制了。这样的话，只要在办公室就可以通过电脑查看到每一个变频器的运行状态。

    三.系统功能及应用

    1．变频器的安装

罗克韦尔变频器在宣伟涂料工厂中的应用

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    PF700变频器采用柜内安装，安装十分简单，除了通常的三根电源线输入，三根输出以外，变频器的接地也十分重要。由于电动机距离变频器有一百多米，输入和输出侧都安装了电抗器用来滤波和抑制反射波电压。

    2．系统的调试

    根据现场的实际要求，该工程中用了以下几个功能：

    (1).自动整定

    调试的步就是把电动机的铭牌数据准确无误的输入到变频器中，然后变频器的微处理器就根据所输入的电动机数据建立一个数学模型，为了使这个数学模型和实际的电动机的特性一一匹配，要进行参数的整定。

    异步电动机的矢量控制系统是基于转子磁通保持不变的、用磁场定向方式以达到瞬时转矩可控的高精度驱动系统。矢量控制的质量依存于电动机参数的正确程度。通常，电动机参数是根据电动机空载、堵转试验的结果再用公式进行计算求出。若把它们用于一般传动的稳态特性计算，可以认为符合精度要求。但若用于矢量控制的高精度系统，尚须再运行中对参数进行修正。实现矢量控制的前提是正确设定电动机等效电路的参数，亦即逆变器与电动机参数必须匹配成为一对一的整体。由于在运行中电动机温升变化引起转子电阻和时间常数变化，将影响磁场定向。因此，需要在运行中对系统的某几个参数（如定子电阻、转子电阻、放大系数等）进行自动侦测和调整。自动整定分为动态整定和静态整定，区别是动态整定电动机是要旋转的，而静态整定是不旋转的。

    (2).网络通讯与监控

    PF700变频器具有强大的网络通讯能力，可以应用在各种不同的网络上，如：ControlNet,DeviceNet,EtherNet/IP,RS485,RemoteI/O等。变频器有各种网络的适配卡，只要把网络适配卡安装在变频器上，就可以轻松进行网络通讯和网络控制，以及和PLC、上位机联网通讯。上位机使用的是A-B的触摸屏PanelView，使用ControlNet网络来和PLC、上位机通讯。通过网络，厂长就可以在办公室轻松查看全厂设备的运行状况。通过ContralNet网络，工程师可以在办公室实现对全厂变频器的参数的监测和控制，可以根据生产工艺的变化而方便调整变频器的各项参数的设定。

    (3).飞速启动功能设置

    在混合的化工原料中，有的是呈浆糊状的，有的是呈液体状的。如果是液体状的，在高速旋转的电动机由于某种原因停止了，发现后会很快的又再次启动，这时电动机还没有完全停止旋转，往往会发生过流故障而使变频器无法启动，为了避免这种情况的发生，我们使能了飞速启动功能。

    飞速启动功能适用于将已经旋转的电动机尽可能快地与变频器连接，并继续平稳地工作，对负载或速度带来尽可能小的影响。当变频器执行一个常规的起动时，通常会从0Hz的初始启动频率按斜坡上升到一个指定的频率。如果此时电动机有一定的旋转速度，就会产生很大的电流，如果限流装置的反应不够及时，将导致过流跳闸。变频器启动时，在旋转的电动机上有残磁存在的话，过流跳闸的可能性就更大。即使限流装置反应足够及时，能避免过流跳闸，结果也是将电动机减速到一个极慢的速度，再重新加速到设定的频率。这样的话在设备上会产生一个极大的机械冲击力，潜在地增加停工和维修费用的可能。

    用飞速启动模式，变频器接到启动命令，开始识别电动机的转速，使变频器的初始输出与旋转的电机在频率、幅度和相位上保持同步，然后在当时的转速下与电动机进行电气连接，然后平滑地加速到设定的频率。这样就避免了过流跳闸的可能，并极大地缩短了电动机到达设定频率地时间。由于电动机是在自身的旋转速度下与变频器进行平滑连接，然后按斜坡加速到指定的速度，在整个过程中几乎没有或很少产生机械冲击。

    （4）.过载保护

    过载能力的高低直接影响到生产的连续性。一般来说，过载保护能力是衡量变频器可靠性的一个重要指标。过载能力的强弱与允许过载的时间和允许过载的百分比有关，呈反时限特征。PF700变频器的间歇过载时间是：110％过载可持续1分钟；150％过载可持续3秒。如果是重载应用的话是150％的过载可持续1分钟。电流限制的极限值可从20％～160％编程设定。由于有的化工原料混在一起后就成了呈浆糊状，特别粘稠，在搅拌的过程中，阻力特别大，很容易过流，这时就要电流限制，否则就很容易烧马达。

    （5）.跳跃频率

    旋转的机械设备自身具有机械谐振点，因此在调速的过程中必须要避开这些谐振频率点，防止损害设备。PF700变频器具有跳跃频率或临界避免频率的功能，可以保证电动机不会持续运行在一个或多个具有损害性的谐振频率。谐振频率被编入跳跃频率参数中，在这些频率附近编一个带宽，创建一个跳跃带以避开引起共振的区域。变频器提供了3个跳跃频率来对付不同的谐振点。

    正常的加速和减速是不会受这些跳跃频率的影响的，因为驱动器的输出将按斜线连续地穿越整个频带。当要求地变频器连续运行在建立的频带范围内时，变频器会改变输出频率，保持在频带之外，直到给定新的速度命令。

    （6）.S曲线

    宣伟涂料搅拌机是通过电动机带动传送带来使搅拌片旋转起来的。为了防止启动时的突加转矩作用于传送带上，会导致皮带飞脱和断裂，使用S曲线功能来避免这种现象的发生。

    当负载从稳速变为加速或减速时，这种过渡通常是瞬时的，反之亦然。这种现象如同在换档的车上踩离合器。这种突然的动作会在机械上产生相当大的冲击力。在传动带驱动系统中，会造成传动带飞脱或断裂。变频器可以使用这个功能有效的控制这种突然变化和加速度的速率。

    四．结束语

    变频器使用半年多来，工作稳定，加上其完善的功能，高可靠性和卓越的控制性能，至今未出现任何问题，应用十分成功，收到了良好的效果，客户十分满意。

随着经济和工业的快速发展，中国已经成为全球的制造中心。小型PLC在制造业，尤其是OEM制造业中，成为大部分控制系统的核心，OEM厂商因此越来越关注PLC的性能和价格。在工业自动化传感器领域具有地位的美国邦纳公司，顺应中国的发展趋势和用户需求，从“工业传感器专家”向“传感|检测|自动化技术专家”全面转型，日前成功发布了SHP系列小型PLC家族的新成员—SHP一体式控制器，凭借简单、经济和高效三大理念，立刻吸引住了所有OEM制造商的目光，以下以纺织机械行业为例介绍邦纳SHP一体式控制器在纺机上的应用。

背景：

      纺织生产是从纺织原料加工到生产出高质量纺织产品的复杂过程，应用的纺织机械达2千多个品种、5万多种型号，归纳起来大体可分为三个主要加工过程和五大类纺织机械。以下以图示表示纺织机械的分类：

系统概述：

      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。传统细纱机的牵伸原理与粗纱机基本相同，而卷绕和加捻则是由钢领和钢丝圈来完成的。环锭细纱机和传统粗纱机一样由一台电机传动，通过齿轮箱变换各机构需要的速度。在环锭细纱机各组成部分中，牵伸系统是反映细纱机性能和影响纱线质量的关键因素，而新型的紧密纺纱技术通过对牵伸部分进行创造性改造，将牵伸区和集合区分离，在环锭纺罗拉牵伸与加捻之间叠加对纤维须条的气动凝聚或集聚技术，增加了须条的紧密度，毛羽减少约20％，强力则提高约10％，同时，条干均匀度、机器效率等也有不同程度的提高，不仅可以降低加工成本，同时可以减少后加工工序。紧密纺的另一优点是与原细纱机完全一致，只多出一对集聚罗拉，在原环锭细纱机上也可进行改装，具有广阔的市场前景。

      紧密纺细纱机的控制系统较环锭细纱机复杂许多，首先是前后罗拉的严格同步，实现牵伸倍数和捻度的精密控制，保证高支数纱线的成纱质量；其次是通过取消钢领板的传动齿轮，采用**的伺服控制技术实现卷装的电子成形技术，从而实现了机械机构的简化、生产速度的提高、以及纱线支数和管纱成形的自动调节。
控制系统结构：

图3　紧密纺细纱机传动方案原理图

      在紧密纺细纱机的控制系统，采用了三套伺服驱动系统和无刷伺服电机，分别控制前、后罗拉以及钢领板；采用1台变频器控制主传动电机，采用1台变频器控制风机；整个系统采用邦纳SHP一体式控制器进行控制和监控，SHP一体式控制器与变频器及伺服间采用高速CANopen总线进行通讯，同时采用SHP集成的触摸屏进行系统操作和监控。

控制要点：

      1． 可编程控制器：由邦纳SHP一体式控制器实现整机的逻辑控制和参数计算，实现整机的优控制。
      SHP控制器是与传统的控制产品不同，新型的邦纳SHP控制器可以同时完成PLC和触摸屏的功能，集成I/O和网络接口人机界面，成本大大低于同性能PLC与人机界面组合，此款设备包括控制器，人机界面，内置I/O，网络和可移动的大容量数据存储器，成为一个一体化单元，是一款功能强大，可信赖的控制产品，画面和控制程序用同一个工业级软件BAPS完成。由SHP一体式集成的触摸屏实现纺纱参数的设定、显示和故障监控。
      2． 细纱的成形：由伺服控制钢领板升降。
      应用伺服控制器的电子凸轮功能， 预先下载两条曲线至伺服驱动器，在机器启动后，伺服接受信号输入启动凸轮曲线后两条曲线交替切换工作。用户可从人机界面上输入相关参数，然后通过通讯传到伺服相关参数可以修正曲线以适应不同的产品需求。关于停电后恢复生产的功能，电子凸轮提供实时读取当前主轴位置的功能，TLC6的内存区内可以提供若干断电记忆的变量区间，我们利用这些功能将断电前瞬间的位置记住，在恢复电源之后重新进行生产过程。

图4  钢领板升降电子凸轮曲线

      3． 自动落纱:由位置型伺服实现细纱的高速、、全自动落纱。
      应用伺服控制器的(位置型) 点到点**定位，同时应用伺服控制器的内置编程功能实现停电时的位置记忆。
      4． SHP一体式集成触摸屏：
      清晰的操作屏幕：12” TFT， 800 x 600像素， 实现32768色彩色控制和监视；
      5． 现场总线通讯：速率高达1M的CANopen总线。
      CANopen总线是基于CAN BUS的高层协议，秉承了CAN总线的抗干扰性强、高速、实时的优点，另外CANopen应用PDO、SDO、NMT等通讯对象，方便了总线的管理和应用。邦纳SHP一体式控制器具有强大通讯能力：内置10/100M以太网接口，支持3个串口，可用Modbus/RTU master 或slave, Modbus/TCP, ASCII读写和调制解调器，除支持CANopen通迅之外还支持Profibus通讯。SHP一体式控制器的采用不仅可获得高性能的总线通讯，而且非常经济。