西门子枣庄PLC模块总代理

西门子枣庄PLC模块总代理

前言：

    拉丝机行业，涉及的设备种类非常多，常见的拉丝机有水箱式拉丝机、直进式拉丝机、滑轮式拉丝机、倒立式拉丝机等，拉丝机主要应用在对铜丝、不锈钢丝等金属线缆材料的加工，属线缆制造行业较为重要的加工设备。随着变频调速技术的不断发展，变频调速器已经被广泛应用在拉丝机行业，承担着拉丝调速、张力卷取、多级同步控制等环节，变频器的应用，大大提高了拉丝机的自动化水平与加工能力、有效降低了设备的单位能耗与维护成本，得到了行业的广泛认同。    

    上图为小型拉丝机的简易示图，从机械上，可以分解为拉丝部分与收线部分，从电气控制上可以分解为拉丝无级调速控制与卷取的恒张力同步控制，通过张力摆杆的位置变化，回馈控制系统，经过自动运算，改变卷取电机运行速度，从而达到卷取与拉丝两个环节体现出恒张力与速度同步，并通过排线导轮电机，可以随着卷取速度的不同，均匀地将成品金属丝缠绕在卷取工字轮上，以实现对金属材料的拉伸加工。

    行业现状：

    行业的现状，本材料只限于针对电气控制部分的陈述，请读者谅解！    

    上图所示的小型拉丝机的控制模式，是目前主流的控制方式，拉伸与卷取控制由PLC或者工控机IPC来完成，变频器接受PLC或者IPC的指令，实现拉伸级的无级调速与卷取的恒张力控制。该系统解决方案将直接导致成本高昂、系统复杂、维护难度大、维修成本高、系统控制响应差等问题。

    INVT推荐方案：   

    上述示意图为INVT向您推荐的控制方式，该两种中型、小型、微型伸线机电气控制方式，将卷取的同步与张力控制、系统开动与停车控制、故障报警等功能集成在变频器内部，与机械系统融为一个整体，外部信号直接送入变频器，经内部算法快速反应在对系统的直接控制，大大提高了系统的响应速度，省去PLC、HMI、IPC，节省系统成本，降低故障点，并可根据用户需求配置LED或者LCD操作盘，体现人机操作的人性化，方便用户的操作、维护、调试与使用。

    产品介绍：INVT-CHV130**型变频器

    INVT-CHV130**型变频器，是在INVT-CHV100高性能矢量变频器的硬件平台与核心控制算法的基础上，结合双变频中型、小型及微型拉丝机控制的要求，开发出来一款专门针对双变频控制拉丝机的变频器，为适应行业应用的要求，在硬件、软件算法、结构上都做了许多特殊处理，特别针对耐高温、防金属粉尘、防潮湿、防腐蚀等处理，大大增强了变频调速器在拉丝机行业的可靠性。

    1、电流矢量控制

    INVT-CHV130**型变频器采用ARM（32位）+DSP（16位）双CPU控制系统，功能控制与性能控制完全分离，底层高性能电机控制模块采用电流矢量控制算法，即把定子电流按照坐标变化分解成励磁电流分量与转矩电流分量，分别进行控制，从而实现转矩的高精度控制。与V/F控制比较，矢量控制的优势

    （1）低频转矩特性优秀

    （2）动态响应特性好，能快速响应负载的变化

    （3）速度控制精度高，能实现高精度的同步控制

    （4）能进行直接转矩控制，无PG反馈转矩控制精度高，实现的张力控制

    2、主要技术

    ◆输出频率范围：0.00～600.00Hz；

    ◆速度控制方式：SVC、VC、V/F控制、转矩控制；

    ◆指令通道方式：操作面板、端子控制、远程通讯控制；

    ◆频率给定方式：数字键盘给定、模拟量给定（电流、电压信号）、脉冲频率给定、远程通讯给定、PID闭环给定等。可实现给定的组合和给定方式的相互切换，方便现场调试及复杂工艺的要求；

    ◆起动转矩大：0.5Hz/150%(SVC)、0Hz/180%(VC)；

    ◆过载能力：150%额定电流60s；180%额定电流10s；

    ◆调速比：SVC：1：100，VC：1：1000；

    ◆载波频率范围：1.0K～16.0KHz；可根据温度和负载特性自动调整；

    ◆速度控制精度：±0.5%较高速度(SVC)；±0.1%较高速度(VC)；

    ◆自动电压调整（AVR）：当电网电压变化时，能自动保持输出电压恒定；

    ◆转矩控制：多种转矩指令设定方式，可实现有PG与无PG的转矩控制；

    ◆高速脉冲输入功能：可实现定长控制；

    ◆停机处理：停机刹车抱闸输出功能；

    ◆断线故障功能：提供数字信号与模拟量信号检测方式；

    ◆提供两套PID参数：可依据线速度、半径、运行频率自动调节PID控制；

    ◆显示功能：能显示拉丝长度、拉丝线速度，显示范围广；

    ◆定长自动停车：定长自动停车功能；

    ◆设计PID调节限幅功能：实现同步控制系统平稳起停；

    ◆同步速增益：方便同步控制的调试；

    ◆配置卷径计算功能：实现高精度张力卷取控制；

    ◆卷径复位功能：可通过端子实现工字轮卷径复位；

    ◆排线电机控制功能：带FDT频率检测

    3、外围配置

    ◆可编程数字输入：6路输入，其中1路可作高速脉冲输入(HDI1)，I/O卡可扩展4路输入；◆可编程模拟量输入：AI1：0～10V输入，AI2：0～10V或0～20mA输入，扩展卡可扩展2路输入(AI3:-10V～10V输入，AI4：0～10V或0～20mA输入)；

    ◆可编程开路集电极输出：1路输出，扩展卡可扩展1路输出（开路集电极输出或高速脉冲输出）；

    ◆继电器输出：2路输出，扩展卡可扩展1路输出；

    ◆模拟量输出：1路输出，扩展卡可扩展1路（0/4～20mA或0/2～10V）；

    ◆提供两种控制电源：+24V，COM；+10V，GND；

    4、可靠性设计

    1、全系列独立风道设计

    ◆全系列独立风道

    ◆散热器安装方式为柜体内、柜体外可选，风扇更换方便，变频器维护简单

    ◆较大提高了变频器在拉丝等行业不同的应用环境下长期运行的可靠性

    2、宽电网电压设计

    ◆电网输入电压在-15%～15%，变频器可安全运行，用户无须其他处理

    3、18.5KW～90KW标准配备直流电抗器

    ◆提高输入侧功率因数

    ◆提高整机效率及热稳定

    ◆有效输入侧的高次谐波对变频器的影响，减少对外围的干扰

    4、安全自检功能

    ◆变频器上电，系统对软、硬件进行完备的安全自检

    ◆系统对功能参数的修改及设置进行安全的钳制，防止用户对功能参数的误设置

    5、的保护功能

    ◆提供多达20多种的保护功能，可实现变频器、电机、外围设备的*保护

    ◆提供故障自动复位功能，方便常规故障的自动排除

    ◆内置雷击过流保护装置，有效提高对于感应雷的自我保护功能

    6、标准的制造平台

    ◆具有防静电、防腐蚀、防金属粉尘的三防烤漆处理工艺

    ◆专业化流水生产线

    ◆严格的生产管理制度

 该机座加工中心是1992年从美国西屋公司引进的二手设备，由美国弗雷尔公司制造。它由端镗床、恻镗床和转台三大部分组成，悬臂伸展7、5m，直径1．5m，转台长12m，宽4．2m，承载140t，可用于加工30o、6o0和9o0MW 汽轮发电机机座，是我国汽轮发电机制造业中的特大型**设备该加工中心的控制系统为两台A—B7320数控系统，分别控制端镗床和侧镗床，控制软件由A- B公司开发，包含PAL(即PLC软件)。因为大型数控设备的特殊性，其PAL软件和NC软件混合在一起开发，因此PAL接口软件是不可读写的，只能运行，这给数控设备改造带来很大困难。为彻底弄清PAL接口软件，我们进行了破译和分析，弄清了大型设备PAL接口软件设计中的一些特殊问题，同时掌握了大量机床参数。

一、大型数控设备的特殊问题

  1．大、中型数控机床的主轴一般采用带齿轮变速的传动方式，这是为了保低速时可传递较大的扭矩，同时能扩大恒功率区的变速范围。既然有齿轮变速，就存在一个“挂档” 问题 大型机床挂档常采用液压拨叉，为预防“**齿”现象常采用主电机的瞬间点动来实现，因而带来下列问题：① 大惯量带来的时延需用时间继电器检测，**过一定时间，显示挂挡失败；②为可靠起见，挂档结束时应由挂档限位开关通知计算机挂档成功与否；③ 挂档时的瞬问点动需向接口输出短时运动命令，这在PLC中很难顺利实现，因为一般PAL系统无法处理电机的运动问题：④ 为弥补自动挂挡的不足，在面板上保留了手动挂挡的按钮开关 这些问题在该加工中心PAL软件中均有较好的处理。

  2．夹紧、放松问题在大型数控机床中比较**．为了在大惯量条件下准确定位，坐标轴在到达目标位置时必须立即夹紧，运动时再放松。有的坐标轴还分成低夹和高夹，以免夹紧时抖动。这些功能要求增加了接口软件编写的难度。

  3．出现了通常NC程序和PLC程序的耦合问题。例如上述提到的C轴高夹和低夹问题，判断进入高夹带、低夹带所用的公式为：终点位置一现行位置+跟随误差。这些系统参数在PLC数据区中是没有的，原控制程序中NC和PLC (PAL)是混合开发的．不存在此类问题，对一般改造用户来说，提取这些系统参数则存在一些围难。

  4．单方向趋近对大型机床准确定位格外重要，目前许多数控系统均有此种功能，在改造中较为方便。

  5．某些参数的选择范围。我们发现大型数控机床的计算机软件增益K_C非常低(系统位置环增益K_V=K_C·K_D· K_M·K_A，见笔者专著《机床计算机数控》)，一般在0．002~0．005之间。由于K_C值定得低，使得系统位置环增益K_V值大大低于1。这样的低增益系统易于稳定，调整方便，适台于大型机床，缺点是跟随误差稍大。

二、C轴振荡的软件维修

  该加工中心端镗床C轴是一个回转轴，用于加工机座端面100多个孔，定位夹紧以后，在Z轴方向进钻孔。从1997年底开始，C轴定位发生振荡，无法找到准确定位位置，左右摇摆，严重影响加工进度。我们分析系由于机械部分磨损，致使到位带已不能满足要求，需扩大。这对于新型数控系统而言是非常简单的，只要修改一下到位带参数即可，但对于该台20世纪70年代末期的二手设备却不是一件容易的事。A—B7320数控系统的机床参数不对用户开放，一经调试完毕即存入机床参数区(以**方式出现)。机床参数中的NC参数约有l0个，其中包括到位带和夹紧带，只需将其适当扩大，C轴振荡问题即可解决。当然此种软件维修是临时性的，彻底的解决办法是对机械磨损进行维修。

三、数控系统的选型

  本次改造是用两台A-B9／260CNC取代原有的A-B7320CNC系统。同时更换的还有九个坐标的直流伺服，直流电机暂不换。A-B7300系列和 9系列CNC数控系统分别诞生于20世纪70年代和90年代，跨度为20年。其间微电子技术、计算机技术、控制技术、软件技术等均有飞速发展，因此9系列比7300系列从整体水平上有很大提高，但9系列的系统软件完全是从7300系列软件脱胎而来。这一点对于成功的数控改造意义很大，现分析见下。

  1．7300系列和9系列软件均采用前后台型控制结构。7300系列的前台程序为一个10ms的中断服务程序，数控机床的重要功能如插补、位控、 PAL(PLC)、监控等均在其中。9系列的前台程序仍为一个实时中断服务程序，但采样(处理)周期变成6～30ms，每2ms一个台阶，这给用户提供了较大的灵活性。另外一点不同是9系列可将PAL程序分成前台和后台两块，以适应较大规模I／O点控制的场合，减轻前台负担前后台控制是经典的实时控制方法。多级中断的控制法可视作前后台控制的变异，即较低级中断可视为后台程序，而其余中断可视为前台程序。

  2．9系列PAL (PLC)手册中提供了四个730o纸带方式变量，分别是请求变量、方式指示变量、前零后省略变量和托盘请求变量，系为73o0零件加工纸带在9系列环境中使用而设立。这种纸带兼容性能很大程度上保护了用户的利益，使一些经过考验的零件加工程序得以原封不动地在9系列中使用。从另一个角度看，9系列和 7300系列的系统软件有很大的相似性和继承性。

  3．7300CNC和9系列CNC提供的PAL变量有较大的相似性。对数控机床改造而言，PAL变量是编写PAL程序的先决条件。系统提供的PAL变量反映了系统程序的结构和功能。PAL变量越丰富，其接13软件的开发愈灵活，但CNC系统程序的开发难度愈大。7300系列提供的队L变量约120个左右．9系列则有281个。从总体上说9系列的PAL功能比7300系列强许多。7300系统中用的PAL变量均能在9系列的PAL变量中找到，这给数控化改造提供了许多便利