6ES7222-1BF22-0XA8供应现货

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摘要:

水泥厂自动化技术的迅速发展，对水泥厂主要设备磨机的自控系统提出了更高要求，因此磨机自动控制系统的可靠性、安全性，不仅影响磨机自身的各个参数，而且还对上位机监控系统，整条生产线的产量产生重大影响。磨机系统由主辅传动电机、主减速机、进出料端轴承、筒体及对应各部分润滑系统组成。电控系统不仅要求对磨机各润滑站的油压、油温、油流、液位、主电机定子温度、轴承温度，主减速机油温、轴承温度、进出料端轴瓦温度进行监控，而且要对磨机起动装置——液体变阻器和动静压轴承系统进行智能化控制，需控制的开关量、模拟量达200余点（路），显然采用常规的继电器逻辑控制和仪表控制不能完全满足系统要求，且系统开关元件多，故障率高，而采用PLC可满足磨机系统要求。

1　PLC功能简介

本系统采用日本光阳公司SU－6B型PLC，模块化结构，其电源模块供电电压AC85～132V／170～264V，环境温度0～60℃，整机绝缘等级、耐压、耐震动、耐冲击性、抗干扰性等均适合工业现场的恶劣环境；程序语言为梯形图／级式并用，指令数191种，程序存储采用UVPROM和EEPROM存储器盒，输入输出可扩展大至512点，其中输人320点，输出320点，内部继电器1024个，定时器256个，计数器128个，还有许多特殊功能继电器，无论在硬件上、软件上均能满足磨机电控系统的要求。此外程序编制调试完毕以后，再输入密码，可对程序加密，防止非人员改动，保证系统可靠的运行。

2　液体变阻器的控制

磨机起动采用液体变阻器，控制系统硬件配置见图1。测量极板限位选用四个金属接近开关，型号SA－2105B－110V，测温元件选用WTZ－288双接点温度计，液位继电器选用UQK－02～110V，性能可靠的一次元件为程序的运行提供了可靠的保障。当系统液位、温度正常，且检测到主机运转信号后，液体变阻器极板开始下降，此时开始计时，若定时器时间到，而极板还未接触到下限位开关，因而转子接触器没有闭合，则说明系统异常，自动地发出系统异常信号，停止主电机。若在定时器设定的时间范围之内，变阻器极板下降到下限位，接近开关发出信号，则转子接触器合闸，将转子电阻切除，主电机正常运转。然后极板又自动地上升到上限位开关位置处停止，为下次起动做好准备。液体变阻器控制软件流程见图2。

图1　液体变阻器控制系统硬件配置图

1LS1极板上限开关；1LS2上极限开关；2LS1极板下限开关；2LS2下极限开关； GC1主电机定子合闸开关；ST液箱温度高；SL液箱温度低；GC2主电机转子短接开关； Q1极板电机控制开关；Q2液泵电机控制开关；1KM1控制极板上升接触器； 1KM2控制极板下降接触器；2KM1控制液泵电机运转接触器；KM3切除液体变阻器的接触器； KM4液体变阻器系统正常；H1极板上升或上限指示；H2极板下降或下限指示； H3液箱状态（包括液温、液位等）指示

图2　液体变阻器控制软件流程图

液体变阻器同频敏变阻器相比，由于液体变阻器属于无感电阻，且变化平滑，比其他变阻器波动小，因此功率因数高，可使电机的起动电流控制在1．3Ie以下，增大了起动转矩。当电网电压发生波动，低于额定电压时也能正常起动。但是若在起动过程中，上、下限位开关触点接触不良或在正常运转过程中转子短接接触器触头损坏不通，均会使液体变阻箱在极短时间内发生“开锅”现象，损坏其内部绝缘套筒及绝缘套管，使变阻器不能工作，严重时会使其机械传动机构也损坏。由于转子侧电流较大，这种故障发生时间即使很短，也会造成重大损失，且不易被操作监护人员发觉。通过温度检测，利用PLC丰富的软硬件资源进行优化设计，可对变阻器起到保护作用。

3　动静压轴承润滑控制系统

为了减少轴瓦磨损，提高轴瓦寿命，大型磨机进出料端润滑系统均采用动静压控制。动压系统是保证轴瓦润滑；静压系统的作用是，当磨机起动前，中控系统发出静压系统起动信号I20＝1，根据转换开关的状态，相应的高压泵工作，若在设定的时间内压力达不到正常值，或此泵出现故障，备用泵立即投入运行，两泵互为备用工作方式，当压力达到正常值时，磨机筒体即被顶起，处于“悬浮”状态，大大减小了起动矩，此时并向系统发出允许主电机合闸信号，使磨机起动。当磨机故障或正常停机时，静压系统立即投入运转，使磨机在“悬浮”状态下平稳停机。 　　磨机静压控制系统硬件配置及软件控制流程与图1、2类同，在此不赘述。

4　结论

利用PLC将磨机的各个润滑系统、液体上阻器等检测点的温度、压力等信号分别送入PLC的A／D模块和DI模块，使整个系统减少了大量的内外部连线，省掉了许多常规元件，系统可靠性大大提高，且操作简单，通过模拟盘可随时查找任何点的故障。这种系统已在苏州扬子水泥公司3台ф3．4m×7．5m＋1.8m烘干磨，4台ф3．5m×11m水泥磨，苏州天平集团2台ф3m×11m水泥磨中投入使用，在几年的运行中均没出现问题，大大地提高了系统的自动化水平和设备的安全性。

一、系统概述

艾默生PLC和变频器在浆纱机上的应用，此电气系统采用PLC集中管理，分散控制，系统集中化，简约化，易控性强，更好的降低故障率。 方案配置如下：

PLC系统由艾默生EC202416BAR主模块，16点的数字量输入模块和4路模拟量输出模块组成。

操作界面采用工业级液晶触摸屏，可动态修改控制参数，方便显示当前速度，当前匹长、匹数及系统的动态运行状态。

边轴电机变频器采用高性能通用型的EV2000系列，织轴收卷TD3300 22KW张力变频器。此变频器是张力专用变频器，内置张力控制功能。采用独立变频模式，结构简单，维护方便，稳定度高，保证收卷的张力及线速度，在小卷到大卷的变化过程中稳定可靠。在加减速中的自动补偿控制，使加减速中张力更稳，更有上卷防断纱程序，使上卷起机时便于操作。

本系统的优点：

张力设定在人机上设定，人性化的操作;

使用先进的控制算法:卷径的递归运算;空心卷径激活时张力的线性递加;张力锥度计算公式的应用;转矩补偿的动态调整等等;

卷径的实时计算，jingque度非常高，保证收卷电机输出转矩的平滑性能好。并且在计算卷径时加入了卷径的递归运算，在操作失误的时候，能自己纠正卷径到正确的数值;

因为收卷装置的转动惯量是很大的，卷径由小变大时。如果操作人员进行加速、减速、停车、再激活时很容易造成爆纱和松纱的现象，将直接导致纱的质量。而进行了变频收卷的改造后，在上述各种情况下，收卷都很稳定，张力始终恒定。而且经过PLC的处理，在特定的动态过程，加入一些动态的调整措施，使得收卷的性能更好;

在传统机械传动收卷的基础上改造成变频收卷，非常简便而且造价低，基本上不需对原有机械进行改造。改造周期短，基本上两三天就能安装调试完成;

克服了机械收卷对机械磨损的弊端，延长机械的使用寿命。方便维护设备。

机台上的所有操作部分全部采用36V以下的安全电，以保证操作中的使用安全。

二、系统框图

三、张力控制原理

所谓的张力控制，通俗点讲就是要能控制电机输出多大的力，即输出多少牛顿。反应到电机轴即能控制电机的输出转矩。真正的张力控制不同于靠前后两个动力点的速度差形成张力的系统，靠速度差来调节张力的实质是对张力的PID控制，要加张力传感器。而且在大小卷启动、停止、加速、减速、停车时的调节不可能做到像真正的张力控制的效果，张力不是很稳定。肯定会影响产品的质量。

变频收卷的实质是要完成张力控制，即能控制电机的运行电流，因为三相异步电机的输出转矩T=CmφmIa，与电流成正比。并且当负载有突变时能够保证电机的机械特性曲线比较硬。所以必须用矢量变频器，而且必须要加编码器闭环控制。用变频器做恒张力控制的实质是死循环矢量控制，即加编码器反馈。收卷的卷经是由小到大变化的，为了保证恒张力，所以要求电机的输出转距要由小到大变化。同时在不同的操作过程，要进行相应的转距补偿。即小卷启动的瞬间，加速，减速，停车，大卷启动时，要在不同卷经时进行不同的转距补偿，这样就能使得收卷的整个过程很稳定，避免小卷时张力过大；大卷启动时松纱的现象。

卷径的计算原理

根据V1=V2来计算收卷的卷径。因为V1=ω1×R1,V2=ω2×Rx。因为在相同的时间内由测长辊走过的纱的长度与收卷收到的纱的长度是相等的。即L1/Δt=L2/Δt，Δn1×C1=Δn2×C2/i

(Δn1---单位时间内牵引电机运行的圈数、Δn2---单位时间内收卷电机运行的圈数、C1---测长辊的周长、C2---收卷盘头的周长、i---减速比)

Δn1×π×D1=Δn2×π×D2/i

D2=Δn1×D1×i/Δn2，因为Δn2=ΔP2/P2

(ΔP2---收卷编码器产生的脉冲数、P2---收卷编码器的圈数)。Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1，即测长辊转一圈，由编码器接到PLC。那么D2=D1×i×P2/ΔP2，这样收卷盘头的卷径就得到了

收卷的动态过程分析

要能保证收卷过程的平稳性，不论是大卷、小卷、加速、减速、激活、停车都能保证张力的恒定。需要进行转矩的补偿。整个系统要激活起来，首先要克服静摩擦力所产生的转矩，简称静摩擦转矩，静摩擦转矩只在激活的瞬间起作用;正常运行时要克服滑动摩擦力产生地滑动摩擦转矩，滑动摩擦转矩在运行当中一直都存在，并且在低速、高速时的大小是不一样的。需要进行不同大小的补偿，系统在加速、减速、停车时为克服系统的惯量，也要进行相应的转矩补偿，补偿的量与运行的速度也有相应的比例关系。在不同车速的时候，补偿的系数是不同的。即加速转矩、减速转矩、停车转矩、激活转矩;克服了这些因素，还要克服负载转矩，通过计算出的实时卷径除以2再乘以设定的张力大小，经过减速比折算到电机轴。这样就分析出了收卷整个过程的转矩补偿的过程。

总结:电机的输出转矩=静摩擦转矩(激活瞬间)+滑动摩擦转矩+负载转矩。

转矩的补偿标准

1) 静摩擦转矩的补偿

因为静摩擦转矩只在激活的瞬间存在，在系统激活后就消失了。因此静摩擦转矩的补偿是以计算后电机输出转矩乘以一定的百分比进行补偿。

2)滑动摩擦转矩的补偿

滑动摩擦转矩的补偿在系统运行的整个过程中都是起作用的。补偿的大小以收卷电机的额定转矩为标准。补偿量的大小与运行的速度有关系。所以在程序中处理时，要分段进行补偿。

3)加减速、停车转矩的补偿

补偿硬一收卷电机的额定转矩为标准，相应的补偿系数应该比较稳定，变化不大。 　

相关的计算公式

四、调试过程

（1）先对电机进行自整定，将电机的定子电感、定子电阻等参数读入变频器。

（2）将编码器的信号接至变频器，并在变频器上设定编码器的圈数。然后用面板给定频率和启停控制，观察显示的运行频率是否在设定频率的左右波动。因为运用闭环矢量控制时，运行频率总是接近设定频率，所以运行频率是在设定频率的附近波动的。

（3）在程序中设定空芯卷径和大卷径的数值。通过前面卷径计算的公式算出电机尾部所加编码器产生的大脉冲量(P2)和低脉冲量(P2)。通过算出的大脉冲量对收卷电机的速度进行限定，因为变频器用作张力控制时，如果不对高速进行限定，一旦出现断纱等情况，收卷电机会飞车的。低脉冲量是为了避免收卷变频器运行在2Hz以下，因为变频器在2Hz以下运行时，电机的转矩特性很差，会出现抖动的现象。

（4）通过前面分析的整个收卷的动态过程，在不同卷径和不同运行速度的各个阶段，进行一定的转矩补偿。补偿的大小，以电机额定转距的百分比来设定。

五、参数简表

附表1：TD3300功能参数简表

结束语：技术更新越来越快，我们必须提高产品性能，使我们的产品能够适应我们的工艺要求。

1 引言

　　随着纺机装备技术进步，步进与伺服电机运动控制系统的应用越来越广泛，其功能多样性和产品可靠性日臻完善，正在逐步取代原来的普通电机。而且随着可编程控制器技术的日益成熟，将二者完整地结合起来，完成对各种复杂运动的自动控制，实行机电一体化，正在成为一种趋势。步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比, 其速度与单位时间内输入的脉冲数（即脉冲频率） 成正比, 其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电的相序, 便可控制步进电机的输出位移量、速度和方向。步进电机具有较好的控制性能, 其启动、停车、反转及其它任何运行方式的改变都可在少数脉冲内完成, 且可获得较高的控制精度, 因而得到了广泛的应用。

2 步进电机脉冲分配器

　　在可编程控制器plc的应用中，步进电机是常见的被控制对象。步进电机是一种数字控制元件，直接接收脉冲信号，它旋转的角度和转速分别与输入的脉冲数和频率成正比，因此只要控制输入到其线圈绕组中的脉冲数和脉冲频率就可控制步进电机的转动角度和转速，但是输入的脉冲还需要经过脉冲分配器分配给步进电机的各个绕组。用plc控制步进电机，脉冲分配器的设计是一个很重要和非常灵活的问题，它可以用硬件组成，也可以用软件组成，本文以松下fp0-c16t plc为例，讨论几种实现步进电机脉冲分配器的方法。

图1 控制原理接线图

　　用硬件实现步进电机脉冲分配器控制原理接线图如图1所示。由于脉冲分配器是由硬件实现， fp0-c16t只需提供一串脉冲，而fp0系列的plc具有脉冲输出功能和高速计数器（hsc）功能，因此利用此功能进行控制步进电机非常方便。

图2 控制梯形图

　　fp0系列各型号的plc的输出端y0或y1都具有脉冲输出功能，其输出脉冲的大频率为10khz。具体输出脉冲频率可以用软件编程，y0或y1输出的脉冲经脉冲分配器把脉冲分配给步进电机的各相绕组，同时y0或y1接至pulse的输入接点；当达到顶定值时发生中断，使y0或y1的脉冲频率切换至下一参数。y2或y3是方向控制信号。vcc值为5v时，r短路；vcc值为12v时，r＝1kq（≥1/8w） ；vcc值为24v时，r=2kq（≥1/8w）。图2是实现这一控制的梯形图。dt100～dt106是存放输出脉冲频率和个数的通用寄存器，梯形图中所给参数是输出脉冲初始频率为500hz，高频率为5000hz，脉冲个数为10000。

3 软件步进电机脉冲分配器设计

3.1 电原理设计

图3 硬件接线图

　　图3是用软件实现步进电机脉冲分配器plc与步进电机的硬件接线图。步进电机以常见的三相六拍通电方式工作。k0、k1、k2分别是正转、反转及停止控制开关，分别接在plc的输入继电器x0、xl和x2上;plc的输出继电器y0、y1和y2分别接步进电机的三相绕组a、b、c。软件实现脉冲分配的方法很多，这里讨论三种实现方案。

3.2 软件实现方案之一

图4 软件方案1梯形图

　　梯形图如图4所示。步进电机是以相六拍通电方式工作，即三相绕组的通电顺序是：正转：a－ab－b－bc－c－ca 反转：a－ac－c－cb－b－ba 该方案中，时钟可以用plc中的定时器设计一个时钟发生器，也可以使用plc中的内部s、0.02s、0.1s、0.2s、1s、2s时钟，它们分别由plc中的特殊内部继电器r9018、r9019、r901a、r901b、r901c、r901d产生，为了方便、在此使用plc中的特殊内部继电器r901a 0.1s脉冲继电器作为控制时钟。继电器r0和r1分别在正反转接通；16位移位寄存器（继电器）wr1产生正反转的六个节拍，用移位寄存器的各触点r10～r15与r0、r1进行组合,使输出继电器y0、y1、y2按上述正反转的顺序通电。

3.3 软件实现方案之二

图5 软件方案2梯形图

　　梯形图如图5所示。该方案中，开关x0、x1作为正反转启动控制，k2作为停止。时钟仍然使用plc中的特殊内部继电器901a 0.1s脉冲继电器作为控制时钟。使用一个16位移位寄存器（继电器）wr1，产生正反转所需的六个节拍，用位移位寄存器（继电器）的触点r10-15和正反转控制继电器r0-r1的触点进行组合，并利用plc中的数据传输指令．把所需的控制字（见附表）直接输出到plc的输出端，使输出继电器y0、y1、y2按上述正反转的顺序通电。

3.4 软件实现方之三

图6 软件方案3梯形图

　　梯形图如图6所示。控制开关的作用和时钟仍然如方案二所述。在该方案中，利用r9013运行初期0n脉冲继电器，开机时把输出控制字送到plc的通用数据寄存器dt0～dt7中,根据正反转控制要求把plc中的检索寄存器ix（置初值（正转置0或反转置5）作为输出控制字的初始指针；利用[f0 mv ,ixdt0, wy0]指令，把所需的控制字直接输出到plc的输出端，之后修改ix的值，使输出继电器y0、y1、y2按上述正反转的顺序通电。r900b是比较相等标志。

4 应用案例

图7 国产梳棉机电气系统框图

　　基于硬件实现方案设计了一套步进电机控制系统，成功用于国产梳棉机的电控系统的改造上。其电控系统原理框图如图7所示。该电气控制系统通过plc控制步进电机解决了国产梳棉机继电器控制系统复杂，可靠性不高，控制精度不够，故障点多，布线繁杂等难点，可以按梳棉机的工艺要求方便地控制梳棉机，还可以根据所纺纤维种类和对产品质量要求确定梳棉机的电气参数，包括锡林和道夫的启动时间以及它们的转速等。另外，该系统具有性能可靠，控制精度高、操作简单、运行平稳、无噪音等优点，提高了梳棉机的机电一体化程度，完全能满足用户的使用要求。

5 结束语

　　利用可编程控制器可方便地实现对电机的速度和位置进行控制，能够可靠地实现步进电机的操作，完成各种复杂的动作。基于plc控制步进电机的控制系统方案在国产梳理机上的应用，提高了梳棉机的机电一体化水平，更为重要的是为提高棉纺全流程运行的稳定性、可靠性奠定了基础，保证了全流程连续、同步、平稳运行，使输出毛条长片段、起长片段、甚至短片段的均匀度都能稳定在一定范围内，从而保证了成纱质量的稳定性。基于plc控制步进电机的控制系统在国产梳理机上的成功证明，该机所采用的控制系统，完全可以应用于其它国产传统纺织设备的改造当中，对国内纺织厂进行国产设备改造升级具有很好的参考价值。