西门子模块6ES7515-2TM01-0AB0技术参数

西门子模块6ES7515-2TM01-0AB0技术参数

项目原型基于小型制袋封切机开发外销出口型新机。原制袋宽度为600-1000mm。由于该机型送料胶辊惯量较小，送料电机采用130步进电机经过减速可实现传动，使用单片机进行位置控制。新机型制袋宽度提高到1500mm，送料胶辊惯量大幅增加，考虑到既能满足精度和速度的要求又有较大的瞬间转矩，送料系统改用伺服电机。由于用PLC开发周期较短而且抗干扰性、灵活性好，所以采用PLC+HMI作为控制系统。同时可实现中英文操作画面，满足设备出口的要求。

2 封切机机工艺
2.1 工艺结构
　　封切机机由机身、上下切刀、变频传动机构、上下送料胶辊、伺服传动机构、放料架、放料直流电机、可调色标检测架、可移动操作箱、电控箱等单元构成，参见图1图片。 

2.2 封切机工艺过程
　　（1）空白定位运行方式：忽略色标信号，送料长度为设置袋长，送料完成后剪切并计袋数，循环动作直至袋数达到设定值，停机并延时至设置时间，以等待收料设备或操作人员收集袋料后，再次启动并循环工作。
　　（2）色标定位运行方式：送料长度为设置袋长，在此期间的色标信号忽略，继续送出偏差长度的袋料，检测色标信号，定位于色标信号，定位完成后剪切并计袋数，循环动作直至袋数达到设定值，停机并延时至设置时间，等待收料设备或操作人员收集袋料后，再次启动并循环工作。若误检次数达到默认值，则停机并报警。
工作流程如图2所示。

3  FD1500型封切机机电系统设计
3.1 传动系统设计
　　（1）切刀传动系统。切刀传动系统为交流变频器拖动三相异步电机，由面板电位器调速，PLC控制切刀启动与停止。传动轴上安装2只霍尔开关，分别检测切刀低位和送料/切刀高位。开关1：切刀低位信号，该信号为送料停止信号。若送料时检测到切刀低位信号则表示系统超速，需报警并停机。开关2：收到切刀低位信号后的ON信号为送料信号，是送料电机的启动信号；第二次ON信号为切刀高位信号，是高位停机时的停机信号。
　　（2）送料传动系统。送料传动部分为交流伺服系统，采用同步带1：2减速传动。动力选用台达中惯量2KW伺服电机。具体型号：驱动器ASD-A2023M，电机ASMT20M250。  
　　(3)控制精度计算。通过以下计算得出单个脉冲对应的送料长度，即为控制精度。

 
系统要求0.2mm定位精度，现计算得出控制精度为0.0314mm，因机械定位误差不大于0.1mm，所以：定位精度+机械误差=0.1314mm<0.2mm，定位精度满足制袋机系统要求。
　　（4）高脉冲输出频率计算。用户要求高送料速度为180m/min，由此可计算得出系统所要求的脉冲输出频率，以此为PLC选型的重要依据。

 
3.2 PLC与HMI选型
　　（1）输入信号统计。在色标传感器检标时，由于袋料上所印刷的色标不同，故亮通（Light On）、暗通(Dark On)均有可能。无论亮通或是暗通，在检测到色标信号时都需要PLC作出中断响应，所以需要把色标传感器的Light On与Dark On都接入PLC。色标信号：2点；低位信号：1点；高位/送料信号：1点，共4点DI信号。
　　（2）输出信号统计。脉冲输出（Pulse+Sign）：2点（Y0，Y1）；切刀动作：1点；冲孔动作：1点；蜂鸣器：1点；共5点DO信号。
　　（3）其它功能。可输出大于系统所要求频率（95541pps）的脉冲；2点外部中断回应。
基于以上考虑，PLC选择DVP-20EH00T。具体功能参数为：200Kpps脉冲输出，8点外部中断回应。同时与HMI通信可使用RS485连接，抗干扰能力优于一般的RS232通信方式。HMI选用台达DOP-A57GSTD高性价比触摸屏，通过图3可见触摸屏操作更为直观方便。大部分操作在HMI上进行，从而可减少外部按钮开关、指示灯的使用，只保留急停按钮等必要设备。

　　机电一体化封切机电系统原理如图4所示。 

  
 

 

3.3 PLC程序设计要点
　　主体程序使用逻辑顺序控制，除此之外的编程重点如下：
　　（1）使用浮点运算。为减小计算误差，如袋长脉冲数、偏差脉冲数等重要数据的计算，均使用浮点运算。经过验证，计算误差小于0.001mm。
　　（2）袋长脉冲送料使用DPLSR可调加减速脉冲输出指令，反复修改并验证启动频率与加减速时间设置的合理性。完成袋长脉冲之后，使能色标检测，以忽略袋料中间部分的色标误检。检测到色标时，响应外部中断，执行中断程序置位M1334以停止CH0脉冲输出。可设置亮通（Light On）中断或是暗通（Dark On）中断。精简中断程序的内容，尽量减少中断对扫描周期的影响。

4  结束语
　　FD1500型制袋封切机的性能虽已达到初的设计目标(在袋长为1000mm时，制袋速度：60个/分)，但PLC脉冲输出频率尚有较大余量可用。使用标准100mm直径胶辊时，可改变伺服电机电子齿轮比，在保证控制精度的前提下，更进一步加大PLC脉冲输出频率的余量。以上有利因素均为FD1500型制袋机提高加工速度奠定了良好的基础。二次开发时，加大减速比至1：3，将突破伺服负载/电机转子惯量比过大这一限速瓶颈，终提高生产效率。

1 引言

    加弹机的全称叫假捻弹力丝机，是一种将POY丝等原丝加工成具有低弹和中弹性能的弹力丝的加工设备。在纺织机械的多功能弹力丝机上，拉伸变形是重要的加工环节之一。对丝条材料进行加热和恒温控制会直接影响丝条拉伸变形的质量。丝条温度的恒定性和丝条之间的一致性，对丝条变形的强度，紧缩伸长率，卷曲和染色不匀等质量指标都有极大的影响。

2 加弹机简介

    加弹机的结构（图1）一般设置成对称的A侧（左侧）和B侧（右侧），在每一侧分别安装有上热箱和下热箱，每一只热箱上安装有加热器和温度传感器，它们构成了加弹机的加热和测量部分。加弹机的传动系统一般采用多个变频器分别控制各个传动部件的速度，通过安装于传动部件上的测速传感器（编码器或者接近开关），实时测控各个变频器的速度，以满足拉伸和假捻的工艺要求，因此变频器的闭环恒速控制至关重要。

    本文介绍的加弹机案例由9台或者11台变频器组成(2.2kw八台，1.5kw两台，7.5kw/15kw一台，分别控制左一罗拉，右一罗拉，左二罗拉，右二罗拉，左三罗拉，右三罗拉，左黑辊，右黑辊，左横动机构，右横动机构，龙带)，其中2台变频器需要具备扰动功能（一种纺织传动专用功能，也可以称为三角波功能。），主要用于控制横动机构；其余7台由于对速度的稳定性和**性要求比较高，需要具备速度回馈功能，工程上为了节约成本，一般脉冲信号由外部接近开关来提供。

图1 加弹机结构简图

3 电气控制系统

图2 加弹机电控系统简图

    加弹机电控系统（图2）由人机交互操作触摸屏设置参数和监控运行状态。温度控制器用于将热箱的温度稳定在工艺设定的温度值。测速反馈单元用于检测各传动部件的转速反馈信号，使变频器控制电机的速度恒定在客户设定的传动工艺值。

4运动控制系统

4.1衡定速度控制

    为了使假捻的丝线长度及捻度能有效控制并统计，系统中的每台变频都需要死循环来稳速，也就是说每台变频都必须带有脉冲回馈功能。

4.2速度摆频控制

    摆频功能适用于纺织、化纤及需要卷线、横向运动等场合。为防止纤维丝在纤维卷表面的同一点堆聚，必须改变横向的运动方式。摆频功能的应用非常普遍，其主要目的在于避免卷绕时绕纱重叠，并可减少静电。摆频功能的原理是将一个三角频率叠加到中心频率上。为补偿系统惯性，通常还需要加上一个快速阶跃频率。

5台达变频器应用设计

    台达M系列---高功能低噪音迷你型变频器,具有体积小、低速力矩大、V/F及Sensorless向量控制；1.0Hz，150%以上额定转矩输出；内置PID功能；计数器功能；多段速及自动程序运转；简易定位；累计电机运行时间；自动侦测(Autotunning)电机参数；摆频功能；散热风扇运行模式设定；主，辅频率控制；睡眠功能；节能运转；RS485通讯接口，支持Modbus协议等特点。由于性能完善和使用方便广泛应用于产业机械、工业自动化控制以及小型恒压供水系统等广泛的应用领域。

5.1速度闭环设计

    加弹机变频器速度闭环接口接入外部高频率到30kHz脉冲信号。参数设计如表1所示。

表1 台达M系列变频器速度闭环参数

    由于M系列本身不提供驱动PG（速度反馈单元）的直流电源，需要外置电源来供给PG使用。目前来说，接入到M系列的信号为单脉冲信号，分别接到MI5和GND端子上。

5.2摆频控制设计

    摆频运行过程（图3）描述：先依加速时间加速到摆频预置频率P168，并等待一段时间P169，再依加速时间至中心频率，然后依照设定的摆频振幅P170、跳跃频率P171、跳跃时间P172、摆频周期P173、摆频比率P174循环运行，直到停止命令下达后依减速时间减速停止。

图3 摆频控制设计

表2 台达M系列变频器摆频控制参数

    摆频高运转频率=中心频率＋中心频率 * P170，摆频低运转频率=中心频率－中心频率 * P170，摆频运转频率受上、下限频率限制，超过或低于上下限限频率，则会依上下限重新计算摆频运转频率；

    跳跃频率=中心频率 * P170 * P171，过大的跳跃频率可能产生过电压、过转矩等异常警告跳脱；

    P175为随机功能，主要是能够随机调整摆频上升时间和下降时间的比例值，大随机比率值 >= 摆频上升时间 / 摆频下降时间，小随机比率值 <= 摆频上升时间 / 摆频下降时间，开启此功能后，产生的速度波形如图4所示。

图4 摆频速度波形

5.3 工程实际问题

    1．PG回授信号。目前来说，PG回授信号一般采取接近开关提供的方式，所以接近开关提供信号的稳定性是关系到整个系统稳定性的非常重要的前提条件。而且接近开关提供的信号一般来说都是弱电压信号，容易受到来自外界的干扰，建议客户使用屏蔽电缆作为延长线。

    2．P170-P177对于不同的纱线，需要设置的值是不一样的，取决于工艺的要求。这些参数需要根据经验值并且结合实际生产出来的成品效果来做调整。

5.4 故障处理

    1．PG ERR（速度信号出错）。当反馈的脉冲信号出现不正常时出现此报警。一般采取的解决方式是首先检查连接线是否可靠，接近开关是否完好，是否有信号输出；然后再检查参数是否设置正确，P159脉冲数是否符合实际情况；加强抗干扰的措施；后更换控制板，排除是否存在输入信号端子的问题。

    2．OL（过载）。主要是察看负载电流情况，是否超过变频器额定输出电流，如果超过，请检查机械部分是否存在润滑不足等加大负载的现象；检查参数部分，自动转矩补偿是否设置过大；更换变频器，排除变频器的硬件问题。

    3．OC（过流）。检查变频器U-V-W是否存在短路现象，变频器与电机的连接线是否可靠连接，延长加速时间。

    4．OH（过热）。检查变频风扇是否正常工作，电柜内的风扇是否正常工作，测量电柜内的实际温度。