西门子模块6ES211-0BA23-0XB0大量现货

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、装置概况

　　高速拉丝机主要用于拉拔铜丝，其主电气传动部分由牵伸电机、收线电机、排线电机组成。设备其它辅助部分有摆杆（张力架）、定位轮、分线轮、往复排线杆等组成。牵伸电机驱动伸线轮运转，四级伸线轮经皮带联动，实现金属拉伸，收线电机实现收卷，设备概况及功能要求如下：

　　1．1 设备基本参数:

产品名称:高速细线伸线机
牵伸电机(KW): 11/4P
收线电机(KW): 4/4P
进线线径(mm): Φ0.6-1.20
出线线径(mm): Φ0.08-0.32
大机械速度(m/s): 2500(max)
张力架电阻值: 5KΩ

　　1．2 技术规格及要求：

◎ 设备启动升速时的同步要求;
◎ 设备运行时保持张力恒定;
◎ 停车时要求同步，不出现断丝或张力松弛;
◎ 设备安全生产要求的断线保护;
◎ 点动穿线功能;
◎ 外部按钮启动运行;
◎ 运行速度显示;
◎ 收卷轮空盘与满盘直径比约1:3;
◎ 满盘重量50kg左右;
◎ 高运行频率约70HZ.

　　二、系统构成

◎ 针对设备情况选用以下机型及组件作为电气传动设备
INV1: 牵伸变频器S011Z3
INV2: 收卷变频器 S004G3
制动电阻: 1000W/80Ω

◎ 牵伸电机采用S011Z3型变频器，收卷电机采用S004G3型卷绕专用型变频器（外配制动电阻）

[$page]◎ 以主机INV1的运转指令及输出频率信号作为从机INV2的运行指令及频率指令实现同步运行

◎ 停车时，对于重量较大的满盘以反方向制动防止因惯性引起的断线

◎ 以JOG功能实现穿线作业时的点动功能

◎ 以摆杆输出电压信号作为反馈信号进行内部可变PID补正控制，以SAJ变频器独特卷绕曲线进行速度预测图形运转，实现恒线速度收卷，满足工艺要求。

◎ 以摆杆输出电压信号作为反馈信号进行内部可变PID补正控制，以SAJ变频器独特卷绕曲线进行速度预测图形运转，实现恒线速度收卷，满足工艺要求。


　　三、结束语

　　高速细线伸线机在其整个工作过程中，其工艺要求主要是为了保持张力恒定的收卷。尤其在高速运行及重盘收卷时，对变频器的加减速同步控制及减速停车时由于收卷轮的惯性的控制要求较高。经过调试运行，SAJ系列变频器在加减速运行、高速运行、停车制动过程中均满足用户工艺要求。
为满足对安全生产的要求，SAJ系列变频器的断线保护功能，除正常的设定补正量保持区域以外，收卷变频器以INV1给定的频率值作为参考基准值，对因张力架的动作引起的PID调节作用予以限制。

引言

　　桥式起重机是工矿企业中应用十分广泛的一种起重机械，某机务段现配属多台桥式起重机，每天使用频繁，工作量很大。桥式起重机能否正常工作直接影响机车检修任务的完成和人身、设备的安全。

原使用的桥式起重机拖动系统采用绕线式交流异步电机，转子回路内串入多段外接电阻调速，采用凸轮控制器、继电器－接触器控制，这种控制系统主要缺点是:
(1) 电机转子串电阻调速属能耗型转差调速，能耗大，机械特性软，调速范围小，平滑性差;
(2) 继电器－接触器控制系统在频繁切换的情况下，冲击电流大，触头烧损、电刷冒火、电动机以及转子所串电阻烧损和断裂故障时有发生，故障率达每月2.5件;
(3) 调速平滑性差，对减速机、连轴器、钢丝绳的机械冲击大，影响使用寿命;
(4) 系统抱闸是在运动状态下进行的，对制动器损害很大，闸皮磨损严重。
因此，只有彻底改变原调速的方式才能从根本上解决桥式起重机故障率高的问题。随着电子技术的飞快发展，变频调速器的性能、可靠性都有了很大的提高，为在桥式起重机传动系统中的应用提供了有利的条件。我们首先对担负机车柴油机组装重要工作的架修库32吨桥式起重机的大小车拖动系统和吊钩提升系统进行变频改造，以改善其操作性能、降低了故障率。

　　改造方案

　　1、变频改造方案

　　桥式起重机的电气传动系统有大车电动机两台、小车电动机一台、32吨大钩、5吨小钩提升电动机各一台，这次改造总的思路是用四台变频器来控制五台电机，实现重载启动，变频调速。
主电路原理图如图1所示。



　　图1 桥式起重机变频调速主电路原理图

　　改造中电气控制系统除保留原凸轮控制器和各电机外，各控制柜和各继电器、接触器一律取消，变频器采用的是SAJ起重专用变频器，各传动机构配置如图1所示。

[$page]　　2、制动方法

　　通过变频调速系统对重物下降时电机制动再生的电能，采取由变频器直流回路内接入制动电阻消耗掉的方式，把运动中的大、小车和吊钩迅速而准确地将转速降为0。对于吊钩，常常需要重物在半空中停留一段时间(如重物在空中平移时)，而变频调速系统虽然能使重物停住，但因容易受到外界因素的干扰(如平移时常出现断电)，可靠性差。因此，还必须同时采取电磁制动器进行机械制动。

　　3、变频控制系统的控制要点

　　桥式起重机拖动系统的控制包括:大车的左、右行及速度档; 小车的前、后行及速度档; 吊钩的升、降及速度档等。这些都可以通过变频器可编程控制器进行无触点控制。
　　桥式起重机控制系统中需要引起注意的是关于防止溜钩的控制，在电磁制动器抱住之前和松开后的瞬间，极易发生重物由于停止状态下滑而产生溜钩。

　　（1） 起吊重物停住控制要点

　　通过设定停止起始频率，和的维持时间(应大于制动电磁铁抱闸时间0.6s)，当变频器的工作频率下降到时，变频器输出一个“频率到达信号”， 发出制动电磁铁断电指令，此时维持，随后变频器工作频率降为0。

　　（2） 起吊重物升降控制要点

　　设定“升降起始频率和“检测电流时间，当变频器达到的同时，变频器开始检测电流，确认电流足够大，产生的力矩能抵消下降力矩时发出松开指令，使制动电磁铁开始通电松开抱闸，应大于电磁铁松开时间。

　　（3） 自动转矩提升设置

　　在调试过程中适当地提高中频电压可以改善低频特性，提高启动转矩; 提高零频电压可以加大直流强励磁，可以使电机保持足够大的转矩防止溜钩。

　　（4） 各传动机构变频器的功能参数设置

　　桥式起重机各传动机构改造采用的SAJ系列变频器。

　　改造后的效果

　　从改造后运行来看，效果非常明显。主要效果如下:
　　(1) 桥式起重机的启动、制动、加速、减速等过程更加平稳快速，定位更加准确，减少了负载波动，安全性大幅提高;
　　(2) 电动机运行的开关器件实现了无触点化，具有半性的寿命;
　　(3) 由于电动机启动电流限制得较小，频繁启动和停止时电动机热耗减少，寿命延长;
　　(4) 电磁制动器在低速时动作, 其闸皮的磨损很小，使用寿命延长，保养时间和费用都得以减少。

　目前建筑陶瓷行业普遍采用的是隧道窑烧成工艺，在使用隧道窑进行陶瓷烧制的过程中，除了严格控制各被控点（车位）的温度和压力等物理参数外，jingque、准时地完成顶车、回车等循环过程，也是保证烧成质量的必要环节，随着计算机技术的发展，特别是可编程逻辑控制器（PLC）技术的广泛应用，使顶车工艺的控制实现了PLC自动控制，从而大大提高了系统的可靠性，保证了产品质量的稳步提高。本文以唐山陶瓷厂建筑陶瓷隧道窑的顶车工艺的控制为例，对PLC在隧道窑顺序控制中的应用进行探讨。
1.顶车工序的工艺过程
　　隧道窑是连续烧成的生产装置，通过有序的顶车操作与窑内各个被控点的严格控制相配合，使每个毛坯（半成品）在从窑头到窑尾的“流动”过程中，完成烧成曲线所要求的烧成过程。也就是说对于隧道窑的控制来讲，从宏观上看，每个被控点的参数是不变的，但对于窑内被烧制的毛坯来讲，必须严格按照烧成曲线的要求，准时经过每个被控点，才能达到理想的烧成制品。
　　，为了保证烧制的毛坯能够按烧成曲线的要求，准时地通过所有被控点，就要求窑内的窑车按时、有序地进行循环和流动，目前普遍采用的是基于逻辑控制的定时顶车控制工艺。隧道窑顶车工序的示意图如图1所示。

图1：隧道窑顶车工序示意图
　　由于窑尾与窑头的控制方式完全相同，为节省篇幅，本文仅就窑头的控制进行讨论，并假设窑尾完全能够满足窑头控制所需要的各种控制信号的要求。顶车工序的工艺过程为：
　　设：顶车定时时间到T0↑→托车前有窑车到位13XK↑→托车在回车线方向准确定位1XK↑→9XK、10XK同时↑→油泵启动→托车上无窑车11XK↓→夹紧装置为松开状态12XK↓→1DT↑→推车机启动推动窑车上托车→13XK↓→当窑车到位后11XK↑→2DT↑→推车机返回→推车机返回到位14XK↑→推车机停止→电磁夹紧装置将窑车夹紧→夹紧到位后12XK↑→托车电机低速正向启动，托车低速向窑头方向移动→2XK↑→托车电机转为正向高速→在接近窑头的时候3XK↑→切换为正向低速，继续向窑头方向移动→当4XK↑进入定位对轨状态→对轨成功后9XK、10XK同时↑→托车电机停止→窑门电机正向启动打开窑门→打开到位后7XK↑→窑门电机停止并抱闸→夹紧装置松开12XK↓→3DT↑→顶车机前进，将窑车顶入窑内→当顶车到位后6XK↑→3DT↓→4DT↑→顶车机返回→当返回到位后5XK↑→4DT↓→顶车机停止→窑门电机反向启动关闭窑门→关闭到位后8XK↑→窑门电机停止→托车电机反向高速启动→托车快速返回→2XK↑→转换为反向低速→1XK↑→进入反向对轨定位→9XK、10XK同时↑，定位结束，托车停止→人工将窑车推到13XK处→等待下一次定时时间到。
2.系统的硬件设计
　　本系统仅涉及开关量的控制，故采用日本东芝公司的EX40-PLUS作为控制器。EX40具有基本I/O点40个，其中输入24点，输出16点，大继电器方式输出电流可达2A，完全能够满足本系统的控制要求。系统的硬件原理图如图2所示。
　　为保障系统安全可靠地工作，除在梯形图实现互锁之外，在硬件接线中也对上升、下降，高速、低速，前进、后退等接触器实现硬件互锁。
　　EX40的输入端采用共漏极接线方式，其电源由PLC内部提供。
　　本系统选用的输出方式为继电器方式，电源由外部接入，其中接触器采用220V交流供电，电磁铁和信号灯采用直流24V供电。系统各I/O点的分配如表1、表2所示。
　　表1：系统的输入分配表


　　表2：系统输出分配表



图2：系统硬件原理图
　　图2为本系统的硬件接线图，图中省略了报警指示等的接线，输入部分的开关除X0和X16为按钮外，均为行程开关。
3.系统的软件设计
　　本系统采用定时原则的顺序控制方式，系统控制结构简单，梯形图易于设计和调试，便于维护和维修。系统的程序流程图如图3所示。

图3：控制系统软件流程图
　　由图3所示的流程图可见，系统的软件设计主要包括：系统的启动和主控的形成;托车行走和定位控制;窑门开启和关闭控制;顶车机操作控制和部分超时报警控制等。系统的梯形图从略。
3.结束语
　　本系统采用微型PLC作为控制装置，特别是EX40-PLUS的大屏幕编程器，可以方便地编辑和修改梯形图程序，亦可实现联机调试和监控程序的运行情况。

2.系统功能
　　轻轨精整PLC智能控制系统包含铣床和钻床控制，实现的基本功能如下：
　　（1） 切换功能：可实现手动与自动控制的切换。在通常情况下使用自动档，当需要检修或调试的时候，切换到手动档。
　　（2） 自动报警功能：发生异常情况，可随时报警。当夹紧头快下、动力头快进、动力头工进以及动力头快退四个部分中任何一段出现异常情况时，与之相应的声光报警就会动作，让现场工作人员迅速采取措施，避免或减少事故所造成的损失。
　　（3） 自动记忆功能：配有“停车”及“继续运行”按钮。当工作过程中出现某些问题需要暂停运行时，按下“停车”按钮后，机床停止运行，各部分均停留在原处不动。再按下“继续运行”按钮，则机床继续运行。
　　（4） 紧急停车复位功能：配备有“紧急停车复位”按钮。当在工作过程中发生异常，或中途突然停电后恢复时，按下此按钮使机床各部件回到加工前的初始状态。
　　为实现上述功能，需要对运行过程进行智能判断，进行相应的控制。同时考虑到PLC的运算功能的限制，需要加入故障诊断模块，并进行相应的显示。
3. 系统组成
　　PLC选用三菱公司的FX2N系列可编程序控制器实现[1]，由可编程序控制器构成的轻轨精整智能控制系统结构如下：



图1. 轻轨精整智能控制系统结构图
　　该系统有输入、控制运算和输出三大部分组成。
　　1）输入部分包括操作按钮和信号检测两部分。
　　a.操作按钮用来人工设置参数或进行手动操作，处理紧急情况。
　　b.信号检测是由传感器自动监测生产线上机床的工作情况，一旦出现异常情况，马上报警提示操作者，以进行相应的故障处理，如紧急停机处理等，从而避免事故的发生。
　　2）控制运算部分
　　控制运算部分主要由PLC来完成，由控制系统的应用软件来完成信号的输入、处理、控制输出的主要功能。
　　3）输出部分包括报警装置、输送和动力装置、固定装置
　　a.报警装置由闪烁的红、黄、绿三种颜色灯和报警铃声构成，三种颜色分别对应三种不同报警级别。绿色表示系统正常，黄色表示系统参数超范围，但仍能工作，需要进行处理;红色报警并伴随报警声音，必须紧急停机处理。
　　b.输送装置由PLC输出的信号控制主电路，给电机发送指令，让其自动完成原料的传送与动力传送。
　　c.液压装置是固定装置，由PLC控制器给定的信号，经电磁阀控制液压设备，将原料固定在某一位置，为原料加工服务。
4.系统软件设计
　　4.1 PLC软件设计考虑的问题
　　利用梯形图编制控制程序，在 PLC软件设计中要考虑以下几个问题：
　　（1） 强电关断优先原则：在铣床软件设计中，只要控制信号中有强电关断的信号，则不管其它信号如何都要关断强电。如图2所示，只要关断信号XO2=1，则中间继电器 M100 都要被关断。 （2） 动作互锁原则：有些控制不能同时动作，就要进行互锁。如主轴正、反转控制，图 3为主轴互锁控制示意图，任何一个回路启动后必须同时关断另一 个回路，从而保证两者不能同时动作。

图2


图3
　　（3） 顺序联锁控制原则：即有些控制要求次序不能颠倒，这就要求前一个动作常开触点串在下一个控制动作中，同时将后一个动作中的常闭触点串在上一动作的控制回路中，如图4 所示。

图4
　　影响PLC控制系统的因素很多，只要我们在软件设计时充分考虑到各方面因素，就可避免出现故障，控制系统的运行就会更加稳定 [2] 。
　　4.2 PLC基本控制程序设计
　　具体铣床控制功能框图如图5所示,钻床控制功能与之类似。

图5. 铣床控制顺序功能框图
　　4.3 故障诊断模块的程序设计
　　对于PLC系统，由于内存资源有限，复杂的智能诊断难于实现，为此加入了故障诊断智能模块，该模块以单片机为基础，采用C51编程，可方便实现各种控制算法。
　　采用故障树推理与专家经验规则推理相结合的方法，利用智能模块的I/O功能及内部信息进行故障诊断。[3][4]
　　（1） 故障结构分析
　　在进行故障诊断设计时，首先必须对整个系统可能发生的故障进行分析，得到系统的故障层次结构，利用这种层次结构进行故障诊断部分的设计。图6为系统的故障层次结构。

图6. 故障层次结构框图
　　（2）程序设计
　　系统故障结构的层次性为故障诊断提供了一个合理的层次模型。在进行系统的程序设计时，应充分考虑到故障结构的层次，合理安排逻辑流程。在引入故障输入点时应注意两点：
　　a. 必须将系统所有可能引起故障的检测点引入PLC，这主要是从系统的安全可靠运行考虑，以便系统能及时进行故障处理;
　　b. 应在系统允许的条件下尽可能多的将底层的故障输入信息引入PLC的程序中，以便得到更多的故障检测信息为系统的故障自诊断提供服务。
5.结束语
　　经过在线调试和工业试验运行阶段后，该控制系统已于2004年正式投入运行,运行以来，效果良好,实现了预定的控制功能要求，克服了继电器、接触器控制带来的局限，避免了原控制系统辅助元件多、故障率高、工作噪声大、控制方式单一、维护困难等问题。手动与自动切换方便，抗干扰能力强，适合钢厂生产线的恶劣的工作环境,且易于计算机通讯，实现网络监控。
　　本文作者创新点：将PLC和单片机结合，设计了用于轻轨精整钻、铣床设备的控制系统，并使之具有故障诊断和报警功能，系统结构简单，操作方便。