西门子6ES7232-0HB22-0XA8现货库存
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1 引言
浆纱机的张力大小直接影响产量。旧式浆纱机采用机械式传动机构，张力调节范围较窄。随着设备的老化机械零件的磨损，张力逐渐下降。更换机械零件不便及费用的居高不下促使企业下决心对其进行改造。
(1)改造对象：浆纱机——大雅兴业股份有限公司生产。
(2)改造思路：改造浆纱机织轴张力控制系统由变频器控制，使其张力大小易于调节；改造控制系统，使其半自动化，更易控制、方便监视、减少维修量。
2 改造方案
将浆纱机织轴张力控制系统由原来的机械张力控制改为由艾默生plc、变频器td3300系统集成控制。拆除浆纱机织轴的机械传动装置，将原浆纱机动力电机(22kw)经新增传动减速装置直接拖动浆纱机织轴，新增一普通电机(11kw)取代原动力电机拖动原系统的其他部分(精轴、锡林、压辊等)。保留浆纱机上的一次传感器。电控系统改造方案如图1所示。主要新增设备如表1所示。
3 方案实施
3.1 砂浆机工艺参数
大雅浆纱机设备及工艺参数：车速(线速度)2~60米/分。一般正常车速38米/分。张力2000~5000牛/米。织轴空芯卷径116mm、220mm两种。织轴大卷径(满轴)小于500mm。主电机 y系列普通电机 4极 11kw。织轴电机 y系列普通电机 4极22kw。
图1 变频张力控制系统
3.2 传动参数设计
(1)计算张力电机到织轴的减速比：减速比<=织轴空芯卷径×3.14×电机额定转速/大车速(线速)=(0.116×3.14×1460)/60=8.87
(2)复核电机功率：电机功率>=(大张力×电机额定转速×大织轴半径)/(传动比×9549)=(5000×1460×0.25)/(8.87×9549)=21.5kw
(3)确定参数：经计算减速比应确定为8.8左右。厂方在改造时受自身条件影响，决定将减速比tigao到1。大车速=织轴空芯卷径×3.14×电机额定转速/减速比=(0.116×3.14×1460)/1=40.46经厂方确认大车速满足工艺要求。随确定减速比为1。速度编码器选用600线旋转编码器，一并交厂方安装。(建议旋转编码器选用600线以上产品，太低影响系统性能；安装时要小心不要对其实施太大的冲击，以免损毁。)
(4)主变频器参数设定(如表2)：根据浆纱机实际情况张力控制系统的主机变频器选择无速度反馈开环矢量控制方式的td3000-t40110g变频器。变频器采用端子控制。
表2 主变频器参数设定表：(未涉及的参数采用出厂设定)
(5)张力变频器参数设定(如表3)：张力变频器(td3300-4t0300g)采用开环张力转矩模式(f3.06=3)，线速度采于主变频器的运行频率输出。控制方式同样采用端子控制方式。
表3 张力变频器参数表：(未涉及的参数采用出厂设定)
1 引言
立体仓库是一种集信息、储存、管理于一体的高技术机电一体化产品，随着现代化生产规模的不断扩大和深化，它将为工业、企业带来巨大的经济效益。本文中所设计的系统利用工业控制计算机作调度、管理、完成了工业控制计算机与plc之间以及plc与plc之间的监视和控制参数的传递，tigao了立体仓库的自动化管理水平。经过在现场的实际应用证明,这种管理和控制系统结构具有很高的可靠性和稳定性。
2 立库工艺流程
某企业的配料车间有144个品种的粉体原料，根据工艺要求，每次取n种，相应的重量为m1~mn。要求操作人员在人机界面(触摸屏)上设置目标的料仓号和料位号后，系统能够根据目标料仓号与当前料仓号的差值，按照短路径原则来确定传动系统的运行方向，然后启动变频电动机，并根据料仓号差值的变化自动改变料仓运行速度，防止料仓的摆动。
目标料仓到达操作人员工作位置时应准确停车且无摆动，同时，专用照明灯应点亮，指示目标料桶。操作人员根据工艺单进行人工称量，计量装置监视粉料的实际重量，当达到设定值时，发出提示信号，进行下一个料仓和料位的操作。以上是项目阶段的任务，第二阶段的任务是实现自动称量。实现阶段任务的立体仓库示意图如图1所示。
图1 立体仓库示意图
在图1(a)中，11kw变频电动机、减速比为20/1的减速箱、主动链轮，前后两条链条及悬挂其上的24个料仓构成了立体仓库传动系统。1#料仓的正视图如图1(b)所示，6种粉料的编号依次是1-1、1-2、1-3、1-4、1-5和1-6。
3 控制系统设计
3.1 系统架构
立体仓库控制系统由pws6a00型触摸屏、cj1w-cpu22系列plc、vlt5000型变频器、变频电动机、减速接近开关、到位接近开关以及周边电器元件等组成。控制系统框图如图2所示。立体仓库控制系统由pws6a00型触摸屏、cj1w-cpu22系列plc、vlt5000型变频器、变频电动机、减速接近开关、到位接近开关以及周边电器元件等组成。控制系统框图如图6-2所示。
图2 立体仓库控制系统框图
在本项目中，用pws6a00型触摸屏专用电缆将触摸屏与cpu22的rs232c端口连接起来，用触摸屏进行操作。cpu22的外围端口经cs1w-cn114连接电缆与手持编程器连接，在现场进行必要的参数修改或数据监视。在离线编程时，用cs1w-cn226连接电缆将外围端口与pc机连接起来，进行离线编程或离线模拟。
3.2 系统控制
(1) 定位控制：在立体仓库控制系统中，根据操作位置确定料仓的定位位置后，当目标料仓号与当前料仓号之差小于12时，plc发出指令，传动链条顺时针运行，每当料仓经过减速接近开关时，链条运行速度减速；当料仓到达定位位置时，计数器加1。当期望料仓号与当前料仓号之差大于12时，plc发出指令，传动链条逆时针运行，则计数器减1。根据工艺要求，料仓的单步移动速度是1步/3秒，对于这样的速度，可以使用程序中的可逆计数器来进行加/减计数。当以链条的每个节点来进行位置计数时，则使用cj1w-cpu22的内置高速计数器和内置快速输入点。
(2) 正反向运行料仓计数：料仓通过铰链悬挂在左右链条上，考虑到车间的环境，传感器选用行程开关，用于对料仓进行计数，行程开关摆臂的滚轮靠在铰链的圆柱体表面上，当料仓到达检测位置时，行程开关的常开触电闭合，由plc的可逆计数器进行加或减计数。
(3) 自动判断正反向运行：在触摸屏上设置目标料仓号之后，程序自动判断目标料仓号与当前料仓号之差，若差值小于12，链条正向运行；若差值大于12，链条反向运行，从而实现短路径运行，节省时间和降低能耗。无论链条正转或反转，当目标料仓到达操作位置时，变频电动机停止，链条停止。
(4) 正反向点动运行：根据工艺要求，除了在触摸屏上设置目标料仓号进行自动控制之外，还要求在设备上安装正反向点动按钮，对料仓进行步进手动控制，利用二进制比较指令用于正向点动的上限保护和反向点动的下限保护。
(5)目标料仓号及料位号的设置：为便于现场操作工使用，24个料仓及每个料仓的料位号均以图形和文字显示在触摸屏上，为此，1#~24#料仓的地址对应plc的内部保持继电器，每个保持继电有16位，即00位~15位，料仓的料位号用01位~06位来表示。以2#料仓为例，当在触摸屏上触摸按钮时,接点接通, 执行传送指令“mov(021) #1 d91”，d91中的数据为1，即目标料仓号是2#。若当前位于操作位置的料仓号是8#，则通过程序判别，电动机反转，链条反向运行，直到2#料仓到达操作位置时，电动机停止运行。
(6)料位灯光指示：每个料仓有6个料位，24个料仓共有144个料位，多可存放144种原料。工艺上要求目标料仓到达操作位置时，选定料位正上方的聚光灯应点亮，指示操作。6个聚光灯是公用的，由继电器输出单元来控制相应的聚光灯。
(7) 链条电机传动控制系统：前面介绍了料仓的短路径控制，目标料仓移动到操作位置的远距离是12个料仓的距离。对链条传动电机的控制要求是根据目标料仓的距离设置不同的运行速度曲线，既要求运行稳定又要求缩短运行时间。为此，设计了根据目标料仓号与当前料仓号之差的变化自动设置速度的控制算法，利用表比较指令用于实现自动速度设置。
3.3 plc的选择
隧道监控对plc的性能提出了更高的要求，作为隧道监控的核心控制器，其必须具备以下几大功能特点：首先本身必须稳定可靠，并具有预先处理数据和集中传输数据的能力，具有较高的故障保护能力；其次，区域控制器可以独立承担控制分区的基本控制任务，即使监控站或者监控中心因故障停止运行，相邻区域的控制器也能交换交通量信息；再次，当某区域的交通量出现变化时，可按预定方案和程序采取相应的算法，对相关区域的liuliang做出相应的调整。因此，它必须至少有如下功能模块，数据采集存储处理功能（实现集中和独立工作方式，尤其是在独立控制时能与相邻控制器实现数据交换）；通信功能、容错功能、自动诊断功能和本地操作功能（即能带触摸屏）。
必须综合考虑整个监控系统的性能要求和自然条件以及运营周期对设备的要求进行选择，尤其在极端气候和恶劣环境状况条件下以及长、特长隧道的时候，需要选择性能更好的双机热备冗余的plc。如schneider的quantum系列、rockwell的controllogix、omron的cs1d系列、siemens的s7-417系列。
在一般的环境状态以及中长隧道的时候，多采用标准的机型作为现场控制器，如schneider的quantum140系列、rockwell的controllogix、omron的cs1系列、siemens的s7-400系列等；他们都支持工业以太网和多种现场总线，控制方式采用远程带cpu的智能分布式结构，系统开放性和兼容性强，丰富的i/o及高功能模块，完全满足隧道监控系统对信号处理的要求。
4 应用案例
下面以山西晋城至阳城高速公路隧道为例，具体说明隧道监控系统的实际应用。
案例：牛王山隧道监控
晋城至阳城段高速公路，设计范围36.029公里。其中高速公路长27.47公里，封闭二级公路长8.5598公里。道路起点接长晋高速公路，终点与阳城市区道路相接。本路全线有隧道4座，包括五佛山隧道（514m），牛王山隧道（1880m、1860m），天坛山隧道（1008m），管道岭隧道（1300m）。本监控方案主要就牛王山隧道机电监控系统的进行说明。
整个隧道机电监控网络由设在远端的监控通信中心和隧道内(包括牛王山隧道变电所)的本地控制器以及相关的通信线路组成.监控中心内设有交通状况模拟显示大屏幕,工作站,监控计算机群,打印机,服务器,cctv视频墙等设备, 供操作人员监视和指挥隧道内和道路的运营情况。
牛王山隧道监控系统中，包括8套本地控制器，其中一套主控本地控制器置于牛王山隧道变电所内，其余的本地控制器分散布置在牛王山隧道上下行的各个位置，所有本地控制器通过100mbps速率的以太网形成光纤冗余环网。光纤环网使得环路上任意两个区域控制器间通信有两条物理链路，这样即使某处光纤出现断裂故障,系统仍可以自动寻找到反方向的通信链路继续维持通信，既增加了通信可靠性，又提供了在线不停机检修通信的功能。牛王山隧道变电所内的主控本地控制器也通过100mbps速率的光纤以太网与监控通信中心相连，保证了监控数据和指令的实时海量数据传输。
各plc对照明、通风、本地控制系统信息进行采集，同时按所设定的程序以及上位机的指令进行相应的动作。采集的信息经光纤以太环网传至控制室中央计算机上，实现联网。另外，在主控制器上还配有液晶触摸屏，用来对给设备操作和显示其反馈信息及检查所辖各设备的状态，同时它可以取代手持式编程器对plc进行编程；而且，在隧道监控中心的服务器上汇集了隧道各个设备实时信息，所以本地控制器不仅要能快速交换实时数据，进行数据采集，并能接受和执行上位机的指令，通过服务器可对现场任一设备（照明、通风、本地控制器）发布操作命令。在牛王山隧道变电所选用了omron的cs1d系列（见图1）plc作为本地控制器，cs1d系列plc具有双cpu模块，双电源模块，支持热插拔，极大的tigao了主控制器的可靠性，使得整个系统可以实现不停机检修功能。
在隧道内的7台本地控制器笔者选用omron的cs1系列（见图2）plc，它具有高速信息交换能力和良好控制功能，cs1系列plc作为隧道内的区域控制器。在每台plc上安装有rs-485/rs422或rs-232通讯端口，以便与多参数智能变送器、限速控制器、可变情报板显示控制器等仪表控制设备相连，串行通信的数据协议是随着制造商和设备而变的。协议的差别，使得不同厂商生产的设备间的通信非常困难，即使它们的电气标准相同，omron通过易于建立的用于匹配所连接的设备的协议的协议宏功能解决了这个问题，协议宏使得开发方不需要编写专门的通信程序与第三方设备进行通信，原则上omron plc能和任何带rs-232c，rs-422或rs-485接口的设备进行通信。在本控制系统中用于控制照明、通风、电力、交通等设备的各个区域控制器均采用独立的控制程序。控制室两台中央计算机则通过ethernet与上级控制中心联系。
5 改进与发展
当时我国隧道监控系统的设计和实施正处于一个成长的时期，系统的需求、设计、结构以及系统的控制仍然存在不完善的地方，同时技术的发展也给监控系统的改进创造了条件和基础，也使建设合理的隧道监控系统成为可能。
从系统的需求来看，一方面要兼顾系统的稳定、可靠与可控，也要反映系统的先进、经济与可扩展，同时也要使操作便捷与维护方便；另一方面，针对不同的交通条件和功能要求确定系统的规模和冗余度的大小，确定系统的合理集成方式、系统网络的构成与拓扑结构形式以力求系统的可靠性、稳定性、先进性与经济性的有机结合；从系统的设计来看，除考虑系统的规模和设计方法外，也要考虑新技术的应用，使整个系统既先进又实用；从系统的控制来看，当前我国公路监控普遍存在着只监不控，或监强控弱的现象，交通信息、环境信息得不到很好利用，对于隧道控制，要针对不同现象，采用不同的控制方法。
今后我国的隧道监控系统的发展是，在原有基础上，按照监测与控制适当分离、大限度的集中监测、灵活机动的现场控制的总体思想，逐步改进，使得隧道监控系统的建设更趋合理。
