西门子PLC模块6ES7136-6DC00-0CA0

西门子PLC模块6ES7136-6DC00-0CA0

一、前言：

       悬挂链输送线是根据用户合理的工艺线路，以理想的速度实现车间内部、车间与车间之间连续输送物品达到自动化、半自动化流水线作业的理想设备。可在三维空间作任意布置，能起到空中储存作用，节省地面使用场地，悬挂输送链以其输送距离远,运行速度范围大和转弯、爬越、布置灵活等优点而广泛应用于喷涂、烘干、表面清洗、电镀、装配和产品传输转运等领域.

       链条是输送机链的牵引部件，普通悬挂输送链有两种型式的链条，即模锻可拆链和冲压可拆链，以上两种形式链条除了作直线运动外，均能在水平方向、垂直方向任意回转, 相比之下, 模锻可拆链的吊挂能力较大。在输送链较长，并且重载和爬越高度大、转弯多等情况下,一般都分成几个部分，由二台或三台或者更多电机分别驱动。

       在输送链分成几个部分时，在每一部分都有1对张紧伸缩节（正常时约7至10厘米长），如这一部分的链条的速度小于其它部分的速度，张紧伸缩节的距离会被压缩，如距离被压缩完后链条会在某一点发生堆积产生冗余进而造成输送链停车，反之，如这一部分的链条的速度大于其它部分的速度，它的距离会增大，如超过一定程度甚至链条会被拉断。因此，要保证输送链能正常工作，每一部分输送链的移动速度必须相同,也就是同步,否则各个电机在所承担的负荷畸轻畸重情况下速度差异很大,设备无法正常运行。

       前不久,我们承接了这样一条输送链(模锻可拆链)驱动的设计制作,在这里谈一下PLC、变频器及POD触摸屏在悬挂输送链电机同步控制中的应用。

二、 任务要求:

1.输送链长度560米,高运行速度6米/分.工作时间一星期七天,每天16小时, 工作环境温度0-40度。大吊挂重量100千克/80厘米, 整线大吊挂重量70吨。

2.输送链整线分成3个部分,由三台功率为3KW的电机分别驱动,要求3个部分的输送链要同步运行。

三、同步控制方案与论证

（一）方案
1．简单的把要控制的三个电机的功率加起来乘一个1.2到1.5之间的系数，以此数值选一变频器，用这一台变频器直接驱动三台电机。

2.用市面有售的同步控制器，用同步控制器发速度指令给三台变频器，每台变频器驱动一台电机。

3.用三台变频器，在一号电机上加PG卡及编码器(增量式A、B相，PC、12/15v 1024p/r)，以1#电机为主电机，2#、3#电机以1#电机速度为基准；方向指令同时加到三台变频器。1#电机矢量控制方式闭环运行，2#电机、3#电机开环v/f控制加转差补偿。

4. 用三台变频器，在每个电机上加PG卡及编码器(规格同上)，1#电机为主电机，2#、3#电机以1#电机速度、转矩为基准；方向指令同时加到三台变频器。1#电机以速度控制方式闭环运行，2#电机、3#电机以转矩控制方式闭环运行。

5.用PLC控制，控制转速的指令由PLC的DA转换模块以直流0-10V形式向驱动电机的变频器发出，在每一个电机用编码器或测速齿轮加接近开关测量其实际转速并反馈给PLC，以电机实际转速为基准， PLC根据测量到的2#电机、3#电机的实际转速经运算处理后向控制2#电机和3#电机的变频器发出修正指令，保证3台电机实际转速趋于一致。

（二）分析：
      在实际运行中输送链负载的变化是很大的，首先， 因为在输送链中存在转弯、高度升降，即使在输送链在空载时三个电机的负载也不是完全相等的，在生产过程中变化更大，尤其是在开始生产也就是向空线吊挂工件时（此时1#电机负载大于2#电机、而2#电机负载大于3#电机）以及生产结束开始也就是向输送链不挂只卸工件时（此时3#电机负载大于2#电机、而2#电机负载大于1#电机）及在换品种（新工件与老工件重量有差异）也会发生以上的情况。

（三）论证
      种方法和第二种方法均是开环控制。种方法只适用于各电机负载相同和同步要求不太高的场合，第二种方法实际上只是把同一个速度给定信号简单复制几份或者按比例复制几份加到相应变频器上，它只适用于各电机负载相同或各电机负载不相同但负载不变而且同步要求不太高的场合。

      第三种方法是半闭环控制，控制精度好于前两种，但也只适用于各电机负载相同或各电机负载不相同但负载不变而且同步要求不太高的场合。

       第四种控制方式和第五种控制方式均是闭环控制，都能满足控制要求。比较起来，第四种控制方式以控制转矩为主，追求各电机转矩及速度同步，同步精度高一些，但配置价格较高；第五种控制方式以控制各电机速度为主，同步精度稍差一些，但配置价格较经济，因此，我们在经反复比较和考虑后决定采用第五种控制方式。

       由于560米长的悬挂输送链是由1000多节40厘米长的链条联接而成，在吊挂工件后链条会有一些伸长,在悬挂输送链有两段温度高达摄氏150度以上,还有几段凉水喷淋或强迫风冷的地方,温度因数也会造成链条伸长或收缩,由于链条节数较多,即使每节微小长度的变化累积起来也会使三台实际转速同步的电机驱动的三部分链条的移动速度不相同。为此，必须对同步控制作一些修正，我们在每一个张紧伸缩节处安装了四个接近(限位)开关(稍快,很快, 稍慢,很慢)，PLC根据每一个张紧伸缩节处的开关接通状况发出相应的修正指令，严格地说三电机同步实际上也不是完全同步，只是三电机趋向同步，是一个差异调整再差异再调整的过程。

四、硬件配置

1. 变频器选择：考虑到台达M系列变频器具有较好的性能价格比，对环境适应能力强，可靠性较高，并且也考虑变频器长期运行，其功率应留有一定的余量，决定采用台达VFD037M43B，其输入电压为三相380V，输出功率为3.7千瓦。

2. PLC选择：为了实时监测和控制三台电机的转速，PLC必须有三路高速计数输入(同时占用3个输入点)和模拟量输出，“自动运行”、“停止” 占用2个输入点，三段输送链张紧伸缩节位置指示占用15个输入点， 三台变频器报警要占用3个输入点，三台变频器使能控制及报警输出要占用5个输出点，因此PLC必须具有3点或3点以上的高速计数输入通道，具有23个以上的输入点和五个输出点，台达EH系列PLC具有较高的性能价格比,它采用CPU+ASIC（高速运算处理晶片）双处理器，分工运算处理技术，基本指令速度可达0.24微秒，有四组计数频率可达200Khz的高速计数器，可带8个扩展模块，功能强，能满足要求， 后采用的是台达EH系列PLC的DVP20EH00R+DVP08H11N+ DVP08H11N+DVP04DA-H，其输入点为28点，输出点为8点，有四路模拟量输出。输入和输出点的地址分配见下表。

表1     地址分配表

（1 ）POD采用台达的DOP-A57CSTD(屏幕为5.7吋)，用于设定电机转速，显示三台电机的实际转速及张紧伸缩节的状况。
（2） 由于在电机及减速机是订购的成品，在电机轴上安装编码器时同轴度很难达到规定要求，不得已，选用测速齿轮加接近开关这种测速方式，经测算测速齿轮齿数为60齿接近开关的大应答频率应大于1.5Khz，我们采用了OMRON的E2E系列的接近开关，其大应答频率为2Khz，可以满足使用要求。
控制系统原理图见 图1  控制系统原理图

 图1   控制系统原理图

五、系统实现的功能

       当把“自动运行”按钮按下时，三个电机同时启动，输送链开始移动，为了减少冲击力，电机缓慢

一、 引言
       近十多年来，我国纺织机械行业的自动化水平有了明显的提高，在新型纺织机械上普遍采用了自动化技术。这项技术的内容包含了**的信息处理和控制技术，即以计算机为核心，有PLC、工控机、单片机、人机界面、现场总线等组成的控制系统。**的驱动技术，有变频调速、交流伺服、步进电机等，检测传感技术和执行机构等。棉纺织设备较有代表性的机电一体化产品，例如新型的粗纱机，应用了自动化技术后机构简化，性能改善，质量提高，操作方便，提升了设备的档次和水平。采用触摸屏人机界面，操作简单方便。变频调速降低了设备的噪音和功率，减少了机械损耗，并且随着业内人士对纺织工艺的更深入了解，粗纱机的功能更加的完善，使国产粗纱机比进口粗纱机更加适合在国内应用。

二、 台达自动化产品的介绍
       随着自动化产品的发展，台达已由单一的变频器生产研发厂家发展到现在能为客户提供PLC、温控器、计数器、人机界面、变频驱动器、伺服驱动器、数控系统等多元化产品，在冶金、纺织、医药等几十个行业都有更广泛的应用。尤其在纺织行业占据了很大的市场份额。河北太行纺机公司是生产纺织机械的企业，有多种机型采用了台达成套解决方案——精梳机FA298A、并条机FA361A、粗纱机FA421A/THFA4421、细纱机FA561A等关键纺织设备，既为生产品质提供了技术保证，也提升了企业的产品价值与综合竞争力。

三、 系统开发的简介

3.1 硬件构成
（1）控制的核心部件是PLC，在整个控制系统起着举足轻重的作用，选型的时候要考虑其存储容量和处理速度。根据控制要求需要的输入24点、输出24点，并且需要两个通讯端口，其一RS485通讯端口来控制时时给定频率，来达到电机的时时速度控制，还要根据纺纱工艺要求写入变频器的参数；其二连接上位机触摸屏（HMI），来实现人机对话。依据上述要求选型为主模块DVP32E（数量1个）、扩展模块DVP08（数量2个）。

（2）整合计算整机的实际功率为8-9kw（每台设备安装时的机械间隙不一样，导致设备的实际功率也有所不同），选用10kw的电机，驱动变频器选型为VFD150B43A，遵循适当放大的原则。这样可以有效的一致新设备在初运行时由于机械没有磨合好产生的误报警。

（3）人机界面的选择很重要，它是人机交流的主要途径，每天设备和人接触多的就是人机界面，它不仅要求外型美观，而且还要耐用，在纺纱厂环境这样比较恶劣的条件下24小时能够保障无故障长时间运行。台达DOP57STD界面为蓝白双色，色调柔和，，是个很不错的选择。

（4）控制框图
 

                                        图1控制结构图

3.2 功能介绍
     在80年代我国悬锭粗纱机已经广泛的应用了变频调速技术，但当时由于PLC在纺织领域没有很广泛的应有，所以在粗纱机功能上也没有深入的开发。随着工控产品本身功能的增强和对纺织工艺更深入的了解，粗纱机的功能有了新的开发。

（1）通讯参数写入
       虽然现代变频器被更广泛的推广，但由于有些纺纱厂的技术力量薄弱，对变频器的参数设定有一定的难度，纺织工艺的变动，往往需要设备生产厂家的技术工程师来更改，这样既耽误生产，又增加了售后服务成本。基于这点考虑开发的变频器参数通讯写入，只需在人机界面修改参数，点击写入即可。既方便有降低了操作难得。

（2） 定位停车
       在粗纱机生头、断纱接头时，都需要把锭翼停到一个固定的角度，这样挡车工才易于操作，在早期的粗纱机是没有定位停车功能，需要挡车工手动扳动锭翼，这种错误操作往往对纱线的质量产生破坏，容易产生细节。定位停车功能就能解决这个问题，当粗纱断纱报警停车停车时，锭翼停在一个易于接头的角度，不用再手动扳动锭翼，降低了劳动轻度，提高了纺纱质量。

（3）无极调速
       由于锭翼通道对速度的变化产生的摩擦力是不一样，速度的大幅跳跃会对纱线的张力长生很大的影响，本功能是根据纺织工艺的要求，在小纱低速时逐渐的调高输出频率，中纱恒速，大纱逐渐的降低速度，每次根据换向次数跳动很小的频率，是变化频率不造成对纱线张力的负面影响。

四、 软件开发

（1）人机程序的开发
      人机界面开发要遵循简单明了，易于操作的原则，实现数据的监控，主要包括监视画面、CCD张力控制画面、运行控制画面、参数设置画面、班产数据画面、输入输出点监视画面、帮助换面。主要画面参见图2、图3、图4。       

1.1监视画面（见图2）
       根据纺纱工艺要求，有些数据要随时能查看，例如一落纱长、纺纱定长、纺纱速度、罗拉转速、锭翼转速等，把这些数据放在同一画面方便查看。

                                                            图2监视画面

1.2运行控制画面（见图3）
粗纱机所有的控制操作都能在此画面上实现，包含起动、点动、停止和落纱三自动的实现。

                                                                  图3运行控制画面

1.3变频器参数写入画面（见图4）
       设置好的变频器参数点击“变频器参数设置” 后此按钮就会显示“参数设置中.......” ，等待大约10秒后，参数设置完毕，按钮状态恢复。