西门子模块6ES7214-1HF40-0XB0详细说明

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：PLC 人机界面 温控器 RS485通讯
1 引言
中空纤维是一种特殊化学材料，主要用于服装材料加工和制造。含有中空纤维成分的纺织材料具有质地柔软，透气性好，结实耐用等优点，被广大纺织轻工业普遍采用。本文介绍的生产线专门用于生产中空纤维这，其电气控制系统完全采用台达机电产品集成，以单一自动化技术平台实现化纤工艺和技术生产要求。
2 工艺自动化系统
2.1 工艺流程
原料甲和原料乙以某种比例配比方式混合后输送出去，经过齿轮泵搅拌均匀后送往凝胶槽挂胶上料，再经过水洗槽水洗，由牵丝轮带动中空纤维进入绕丝槽处理，后由绕丝轮将中空纤维成品卷绕成型。生产线系统主要由配料罐甲、配料罐乙、齿轮泵、凝胶槽、水洗槽、牵丝轮、绕丝槽、绕丝轮等部件构成，如图1所示。
2.2 控制内容
齿轮泵速度和齿轮泵、配料罐甲、配料罐乙、凝胶槽、水洗槽、绕丝轮温度控制。需要电气控制系统控制齿轮泵旋转速度，从而达到控制出料量和出料速度，在工艺要求的温度下原料分别经过齿轮泵、凝胶槽、水洗槽、绕丝槽、绕丝轮等溶液处理，系统要求根据不同规格产品设定并控制齿轮泵，配料罐甲、配料罐乙、凝胶槽、水洗槽、绕丝轮内溶液温度，同时要求显示牵丝轮和绕丝轮的旋转速度，系统能够根据需要随时存储工艺参数。


3 自动化系统设计
3.1控制系统原理
制系统原理如图2所示。利用台达人机界面丰富的通讯口功能，可以提供给用户3个COM接口，方便与外围工控设备通讯联机。COM1：RS232通讯方式与下位PLC连接，进行生产线工艺参数设置和读取；COM2：RS485通讯方式与一台变频器连接，可以进行变频器给定频率设定，显示输出频率、输出电压、输出电流、报警信息以及大致原因等参数，同时可以通过人机界面通讯控制起动、停止变频器；COM3：RS485通讯方式与6台温控器连接，可以显示温度设定值、当前值，还可以通过通讯设定这6台温控器通讯站号、PID参数等内容值。
台达机电产品通讯协议符合标准的MODBUS通讯协议，使得台达机电产品整合应用时通讯连接方便、稳定。人机界面COM2、COM3通讯口均支持RS485通讯方式，该方案应用COM2口与变频器VFD002S21A相连，人机界面直接读取变频器内部参数；应用COM3口直接连接6台DTC系列温控器，实时读取相应槽位SV、PV值，采用PID温度控制方式达到准确控温效果，可以通过人机界面分别设置P、I、D相关参数以及实现通讯协议自动同步功能。


图2 控制系统原理
3.2系统配置与通讯
（1）配置。控制系统方案配置如表2所示。表2列出的配件是生产线控制系统主要元器件，此外还包括低压电器（低压断路器、继电器、按钮、指示灯等）、检测传感器（K型热电偶、PT100热电阻、接近开关等）元器件，此处不予赘述。

表2 系统配置


（2）通讯。巧用人机界面提供的宏指令功能可以达到事半功倍的效果，上面的程序就是一个应用例子，将PLC程序运算的数据结果赋给变频器作为给定频率，实际上可以编辑更多的宏指令代替PLC程序，可以灵活的实现数学运算和流程控制，但是要结合人机界面画面程序注意考虑程序容量和执行效率。为了确保通讯畅通，必须将人机模组参数项通讯口通讯协议、通讯格式分别和变频器、温控器相应参数设置一致，本例中COM2和COM3通讯格式均为：RS485，19200，7，E，1。
人机界面CLOCK Macro宏指令介绍：
SELECTCOM（1） ；选择通讯口；
（2#1@INVERTER-2001） = （1@D514） ；赋值语句；
END
3.3 转速控制
系统转速控制由PLC控制变频器实现。DVP12SC型号PLC具有8DI、4DO，具有高速计数和高速脉冲输出功能，本项目采用输入点X1、X10、X11分别采集三路旋转编码器脉冲信号，对应PLC内部高速计数器软元件分别是C236、C243、C245，分别对应齿轮泵、牵丝轮、绕丝轮速度，前者齿轮泵速度要求**控制，调试时较有难度，后二者速度只要求实时显示，不要求**控制。由于变频器低频运转时电机速度较慢，所以利用60ms定时中断程序采集编码器脉冲差值波动较大，测速不准确，只能改变软件算法，程序通过特殊辅助继电器M1012和M1013组合应用完成速度检测，M1013是1S时钟脉冲，M1012是100ms时钟脉冲，具体做法就是，采用M1013采集各路编码器1S内积累的脉冲数量，再利用M1012时钟脉冲进行脉冲数量平均值计算，得到趋于合理、稳定的脉冲数量值，再经过程序处理转换为旋转速度，实际证明这种方法还是能够满足客户要求的，效果良好。
3.4 人机界面设计
台达人机界面新版软件提供“拮取画面”功能按钮，可以将人机某个画面以后缀名为JPG的文件格式存储在USB存储盘中，方便地将工业现场工艺参数报表存储和打印出来。系统工艺参数存储画面如图3所示。按下图3“存储”按钮后，该画面就以JPG文件格式存储在U盘中，文件名以日期＋画面序号命名，如果U盘未插在人机背面，会显示未找到存储盘报警。


图3 系统工艺参数存储画面
4 结束语
中空纤维生产线项目结合台达机电HMI、PLC、变频器、温控器、编码器等机电产品，为客户开发了一套稳定可靠的系统，该生产线自投产以来运行正常，不但能够满足现场工艺要求，而且更提高了设备稳定性和生产产品质量和工作效率，证明中达电通是客户的合作伙伴

1 前言

　　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。

　　近几年来，重定量高效工艺的广泛应用，使得纺纱新技术推向了更高的发展水平，本文阐述整合DVP系列 PLC和变频器等台达自动化产品的某型粗纱机控制系统，设备应用高效纺纱工艺技术，不仅提高了设备的生产效率，而且完善了控制系统技术配置方案，提高了粗纱机设备工作稳定性和高效性，同时改善了纱锭产品的质量，也体现了控制系统较高的性价比，值得同行推广应用。

2　工艺分析

　　某型粗纱机运用了高效工艺以及配置技术参数合理选择，进行了精细剖析并经过实验优化出恰当的工艺技术参数，合理配置粗纱定量、粗纱后区牵伸倍数、罗拉隔距、上罗拉定位、粗纱捻系数、钳口隔距等高效工艺参数是改善粗纱条和提高成纱质量的保证。

其技术特性如下：

　　适纺线密度（tex） 200—1250 　

　　适纺纤维长度（mm） 22—65 　

　　牵伸倍数（倍） 4.2—12 　

　　高机械锭速 （r.min-1） 1600 　

　　高工艺锭速 （r.min-1） 1200 　

　　捻度范围 （捻/m） 18—80 　

　　卷装尺寸（mm） ф150×400 　

　　锭距(mm) 220 　

　　牵伸形式 四罗拉双短皮圈 　

　　加压形式 TexParts PK—1500或YJ4-190×4 　

　　下罗拉直径（mm） ф28.5 ф28.5 ф28.5 ф28.5 　

　　皮辊直径（mm） ф28 ф28 ф25 ф28

3　控制系统

3.1 控制系统配置

　　技术方案配置详见表1所示：

表1 技术方案配置表

　　上述表格仅列举出控制系统主要元器件，此外还包括低压电器（低压断路器、电磁接触器、电磁继电器、储能直流电容器、按钮、指示灯等）、检测传感器（接近开关、行程开关等），此处均不予赘述。

3.2 控制系统原理及框图

　　控制系统上位机采用台达10.4寸65536色真彩触摸屏，人机界面通过COM1通讯口以RS232C方式和下位控制器PLC进行实时通讯，实现粗纱机设备运行参数信息显示，运转参数指令输入，设备报警信息显示等功能；下位控制器PLC执行用户逻辑梯形图程序，根据设备工艺技术条件，采集输入点数字量信号，程序处理执行后，刷新输出点状态，执行相应输出动作，通过PLC自身集成的COM2通讯口以RS485方式向台7.5KW的变频器发送频率命令，PLC高速脉冲输入接口同时接收7.5KW变频器拖动主电机轴端的编码器脉冲信号，采集高速脉冲信号PLC程序进行运算处理；7.5KW主电机轴端编码器脉冲输出信号同时驱动第二台2.2KW卷绕变频器，2.2KW卷绕变频器集成速度闭环PG卡，自身构成闭环速度控制系统，PG反馈卡接收7.5KW主电机编码器的脉冲输入作为频率指令来源，PG卡分频输出自身编码器高速脉冲信号给第三台1.5KW升降变频器；1.5KW升降变频器集成速度闭环PG卡，自身构成速度闭环控制系统，PG反馈卡接收2.2KW卷绕电机编码器的脉冲输入为频率指令来源。

　　值得一提的是，编码器信号输出类型选择为差分信号线驱动型（Line Driver），台达DVP32EH00M型号PLC可以直接接收线驱动差分形式的高速脉冲信号，PG速度闭环反馈卡也选择接收差分形式脉冲信号，采用线驱动差分形式的高速脉冲信号有效地克服了工业现场各类杂讯干扰导致高速脉冲信号丢失或者失真的现象。控制系统原理框图如图1所示：

图1 控制系统原理框图

3.4变频PLC技术的运用 　

　　该型高速悬锭式粗纱机采用了PLC作为主控器，三轴联动的变频传动技术，三电机联动传动分别由两条H型同步带传送，其独特的传动技术特性使该机经过变频调速实现不同的锭子速度和罗拉速度，完成牵伸和加捻工艺；控制龙筋升降速度以及主轴恒速与相关的分速度合成的卷绕速度使其完成了成形和卷绕任务。 　

3.5自由换向专利技术的运用 　

　　该型粗纱机取百家之长自主开拓了自由换向PLC控制程序，使升降变频电机的转向实现了纺纱过程的自由换向，百毫秒的换向时间达到了快速自由换向的技术要求。 　

3.6 D型牵伸的运用　　

　　该型粗纱机采用了四罗拉双短皮圈的D型牵伸型式，在三罗拉双短皮圈的牵伸型式的基础上，在前方增加一对集束罗拉：即在前罗拉和二罗拉之间形成了一个整理集束区，该区加装了集合器这样就使二、三罗拉之间成为主牵伸区，三、四罗拉之间成为后区副牵伸区，因此使牵伸和集束整理用途区分开来，即：牵伸不集束，集束不牵伸，从而在一定程度上减少了牵伸罗拉面积上的压力峰值，改善了罗拉牵伸的工作条件，集束整理区的设置和纤维浮游区的改动增强了纤维变速点的动摇性，与三罗拉双短皮圈牵伸型式相比拟大幅度地改善了粗纱条的质量。

3.7 设备意外断电停机处理

　　由于粗纱机使用现场电源可能会出现意外停电，如果设备没有后备电源，那么设备意外停机时，PLC、HMI和变频器瞬间掉电会使设备驱动电机以自由停车方式运行，此时控制系统无法记忆当前运行位置信息和运转参数信息，再次启动系统会出现参数混乱情况，所以粗纱机系统势必要加装电源储能装置，以备在电源意外断电情况下释放电能，保证PLC、HMI和变频器在设备正常停车之前电源稳定供应。考虑到经济成本，采用直流大电容作为储能元件要比选用大功率UPS节省成本，而且UPS的响应时间要比电容器长，综合考虑采用大容量直流电容器作为储能元器件，实践证明完全满足技术要求，电源停电后，通过大容量电容器释放电能供给PLC和变频器，PLC能够持续运行60S，变频器也能够持续运行50S，这些时间足够有效处理意外停电后设备正常停机工艺动作。需要注意的是，对于台达PLC直流供电，直流电源正极接到N端子，直流电源负极接到L端子；而对于三台变频器则要求共直流母线DC-BUS，也就是三台变频器直流母线并联在一起，统一连接在大容量储能电容器组件上面。

4 变频器调试后参数：

（1）主电机7.5KW变频器参数调整如表2所示：

表2 主电机7.5KW变频器参数调整

（2）卷绕电机2.2KW变频器参数调整如表3所示：

表3 卷绕电机2.2KW变频器参数调整

（3）升降电机1.5KW变频器调整参数如表4所示：

表4 升降电机1.5KW变频器调整参数

5 结语

　　为客户提供具有良好性价比完美整合方案是中达电通的营销策略，提供稳定可靠的系统集成解决方案是服务客户的保证，此次粗纱机自动化控制系统整合应用台达HMI、PLC、变频器等自动化产品，为客户开发了一套稳定可靠的系统，不但能够满足客户纺机设备工艺要求，而且更提高了纺纱产品质量和设备的工作效率，受到了客户和使用单位极大认可，客户称此次粗纱机技术改造成功后，经过工厂测试获得成功，后续还会采用这个成熟的技术方案进行批量生产设备，再次证明中达电通是客户的合作伙伴