徐州西门子中国一级代理商CPU供应商

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  引言：

 双变频器卷染机通过采用两台变频器分别控制前后两个滚筒电机，实现两个滚筒对织物反复收卷、放卷的恒线速度恒张力运行控制；同时还要实现计长测径、自动平稳换向、自动停车、以及对染液的PID恒温控制等，工艺参数设定、显示及相关操作和监控由触摸屏完成。

控制系统方案：

 系统采用新一代ATV71系列磁通矢量变频器，由Twido PLC加CANOpen通讯模块作为主站，通过CANOpen总线控制2台ATV71变频器(内置CANOpen接口，作为从站)的速度和张力的同步控制，在电机尾部加装编码器作为速度和转矩的反馈，以提高系统的精度与性能。同时配Magelis XBT-G 5.7”黑白触摸屏进行系统操作和监控及工艺的编制管理。 

示意图

控制方式：

 入布完毕，由操作工测量该布卷的直径，根据圈数计算出布厚，将这个值输入到HMI，同时针对每种织物，染色所需要的张力、染色速度、道数以及温度等也在HMI上面设定好，即可开始染布工作。也可将这些参数保存在工艺配方里，这样下次做同一种产品时只需调出保存的工艺配方，非常方便。

控制算法：

1. 放卷滚筒侧对转速进行控制，实现系统的恒线速度运行。由于放卷滚筒布卷直径在时刻变化，PLC计算出实时直径进而通过总线对变频器频率进行修正，以达到恒线速度的目的；

2. 收卷滚筒侧对转矩进行控制，实现系统的恒张力运行。收卷滚筒布卷直径在时刻增大，转速和转动惯量都在时刻变化，PLC实时计算出所需输出的转矩通过总线给变频器，来保证织物染色过程中的张力恒定。

系统特点：

1. 采用的CANopen总线技术（可达1M Bit/s），对生产过程进行真正的实时控制管理；

2. 数字控制恒速恒张力系统，速度连续可调（精度±1%），张力输出平稳，调节范围从零张力到大张力输出；

3. 采用变频电机比传统直流电机和液压传动系统，接线简单，系统性高，维护工作量小；

4. 两台变频器间采用公共直流母线联接，达到节能降耗的目的；

5. 各种故障自动识别，自动报警，动作连锁，性好；

6. 自动化程度高，支持用户自己编制工艺流程，系统可按用户工艺（速度、张力、道数、自动控温、自动加/排水、自动加料等），自动完成全部的工艺流程；

7. 品种适应性强，由于采用速度、转矩优化算法控制，实践证明该双变频卷染机系统适应能力强，布的厚薄都不影响运行。从而了传统观念中卷染机怕薄织物的看法。

Twido PLC特点：

1. 专为简易安装和小巧紧凑的机器而设计，Twido适用于由10到264个I/O组成的标准应用系统。具有一体化和模块化两种本体单元，它们可共用相同的选件、I/O扩展模块和编程软件。

2. Twido可编程控制器已经体现了它具有提高开放性、灵活性、简易性和紧凑性的能力。可以支持CANopen、Modbus和以太网通信。

ATV71特点：

1. 电源电压多下降至-50%时仍可不受影响，通过集成式EMC滤波器防止安装不当产生的噪声；

2. 可配置故障时的操作，方便的报警管理；

3. 于过程工业的PID调节器，高分辨率给定（1/32000）。

4. 速度或力矩控制，停车时可满力矩输出，可达220%的过力矩输出；

5. 与主流通信网络连接，内置CANopen模块；

6. 立24V直流控制电源；

7. 再生制动单元，公共直流母线连接；

8. 带有可定制显示的图形画面。以6种语言显示的普通文本（英语、汉语、德语、西班牙语、法语或意大利语），并可以添加其他的语种。导航键，用于方便地在菜单之间浏览，“简单起动”菜单，用于快速起动。功能键，用于快捷方式、联机帮助或可针对某些应用场合进行配置。连续显示电机的运行参数。

 1 引言

 序批式活性污泥法简称SBR（Sequencing Batch Reactor）工艺，是近十几年来活性污泥处理系统中较引人注目的一种废水处理工艺。自20世纪80年代起，国外将此工艺逐步应用于工业化生产。近年来，国内对SBR工艺的应用也日益增多。从我国及美国、日本、加拿大等国家的应用情况看，SBR是一种、经济、、管理简便、适合于中小水量污水处理的工艺，是符合我国国情的活性污泥法，有广阔的应用前景。

2 工艺流程说明

 SBR废水处理技术是一种废水回用的处理技术。本设计采用的技术可对校园生活用水进行处理，经过处理后的中水可以用来浇灌绿地、花木、冲洗厕所及车辆等，从而达到节约水资源的目的。

 废水经隔油池去除油脂后经格栅进入凋节池，经提升泵进入水解池酸化水解后进入SBR反应池。污水进入反应池前，该池处于闲置状态，此时池内留有沉淀下来的活性污泥。污水注满后进行曝气操作，该池能有效地调节污水水质。曝气后，停止曝气动作，使混合液处于静止状态，进行泥水分离，沉淀时间为6-8h，沉淀效果良好。反应池中沉淀后的上清液经泵到清水池，留下活性污泥，作为下一个操作周期的菌种。当反应池内活性污泥过多时，排放污泥进入污泥浓缩池，污泥经浓缩后定期运走，进行干化处理。浓缩池内上清液回流至废水入口。

 SBR废水处理技术是一种废水回用的处理技术。本设计采用有时仪技术对校园生活用水进行处理，经过处理后的中水可以用来浇灌绿地、花木、冲洗厕所及车辆等，从而达到节约水资源的目的。

 在设计SBR废水处理系统方案时，充分考虑到现实生活中校园生活区较为狭小的特点，设计中力求达到设备体积小，性能稳定、工程投资收的目的。由于在废水处理过程中环境温度对菌群代谢产生的作用直接影响了废水处理效果，故设计中采用地埋式砖混结构的处理池来降低温度对处理效果的影响。同时由于SBR废水处理技术具有工艺参数变化大、硬件设计选型与设备调试比较复杂的特点，因此在处理系统中采用了的PLC控制技术作为系统的控制，以提高SBR废水处理的效率，方便操作和使用。

 SBR废水处理系统分别由废水处理池、清水池、中水水箱、电气控制箱以及水泵、罗茨风机、电动阀门和电磁阀等部分组成。在废水处理池、清水池、中水水箱中分别设置了液位开关，用以检测水池与水箱中的水位。

 污水处理的阶段，当污水池中的水位处于低水位或无水状态（又称为待纳水状态）时，电动阀会自动开启纳入污水。当污水池纳入的污水执政长水（高水位）时。电动法自动关闭，污水池中污水呈微氧和厌氧状态。

 在污水处理的二阶段，采用了能将解大分子污染物的曝气法，可是无水脱色、除臭、平衡菌群的PH值并对污染物进行除污，即好氧处理过程。整个好氧时间一般需要2-3h（曝气时间）。在曝气管路上设计了安装了排空电磁阀，当电动阀门自动关闭后，排空电磁阀开启，、罗茨风机延时启动（空载），排空电磁阀关闭，污水池开始曝气。当爆气处理结束后，排空电磁阀再次开启，罗茨风机停机（空载），排空电磁阀延时关闭。曝气风机须在无负荷条件下启动和停止，能起到保护电机和风机的作用。一般经过0.5的水质沉淀,PLC下达启动清水（1#泵）指令，将沉淀后的水泵入到清水池。当清水池中的水位升至正常液面（高水位）时，1#清水泵自动停止运行。这时2#清水泵自行启动向吕水箱泵水，当水箱内达到高水位时（正常液面），2#清水泵自动停止运行，这是中水箱内的水全部完成处理过程。

 如上所述，当中水箱内水位降至低水位时（正常液面），2#清水泵又自动启动向中水箱泵水。当污水池中的水位降至低水位时（正常液面），电动阀门会自动打开继续向污水池纳入污水。如此循环往复。

 由于SBR废水处理技术针对污水的水质不同而选用的生物菌群不同，工艺要求也有所不同，因而要求的电气控制系统应具有参数可修正的功能，以满足废水处理要求。SBR废水处理系统示意图如图1。

3 选用动力设备要求

 再SBR废水处理系统中所使用的动力设备（水泵、罗茨风机、电动阀），均采用三相交流异步电动机。电动机应选配Y型系列防潮型，电磁阀（220VAC）的选也应符合要求。

 （4）电动阀： 阀体D97A1X5—10ZB-125mm电动装置LQ20-l，380V／60W（三相），转矩200N·m，转速1r／min。

4 总体设计

4.1总体设汁方案说明

 （1）本方案中的控制对象电动机均有交流接触器完成开、停控制，只有电动阀电机需采用正、反向控制。

 （2）污水池、清水池、中水水箱中的水位检测开关，在选型和安装硬件以及编程时应考虑抗干扰性性能。选用的电还应考虑耐腐蚀性。

 （3）电动阀上的驱动电机，其内部设有过载保护开关，一般为常闭触点

 作为电动阀的过载保护信号，在设计PLC的控制电路时应考虑信号的逻辑关系。其流程图如图2。

5 小结

 SBR是一种、经济、、管理简便、适合于中小水量污水处理的丁艺，是符合我国国情的活性污泥法，有广阔的应用前景

  伺服系统的工作过程

 机输出的烟支直线运动速度非常高，在由直线运动转变为轴向运动之前的烟支制动显得尤其重要，这一过程避免了因撞击而可能产生的损失或烟支变形。烟支的制动通过制动负压电机驱动制动负压风机，从而产生制动负压。调节制动负压的阀蝶安装于捕烟轮低压气路中通到大气的通风口处，并由捕烟轮伺服电动机控制。鼓轮槽中的制动负压使烟支减速并使之停在每个烟槽中的预定位置上。为了克服不同盘纸摩擦力的影响，制动负压需要连续自动调节。捕烟轮伺服电动机由四个固态继电器来控制正反转从而控制蝶阀，整个捕烟轮伺服系统的电气控制原理如图1所示。

 检测的工作原理

 机上的两个加速凸轮将一根接一根的烟支分别推到鼓轮一个接一个的鼓轮槽中，烟支由右侧进入捕烟轮槽中后，一个光纤检测器位于鼓轮要求烟支头端停止位置的上方，即捕烟轮到位检测器。当制动负压大小合适时，平均约一半的烟支将到达检测位置，而另一半尚未到达。所有烟支将停在所需位置两侧的狭窄范围之内。捕烟轮同步探测器的输出由机器的另一个接近开关即捕烟轮同步探测器控制，以保证捕烟轮到位探测器在一定时间内探测到烟支数，与设定值比较，出范围，由PLC输出电压，驱动伺服电动机旋转，带动蝶阀打开或关闭，从而改变制动负压大小。控制系统连续调节制动负压，保证烟支停在鼓轮上探测点附近的小范围内。

 由凸轮触动的限位开关可防止蝶阀打开或关闭。限位开关限制阀的运动范围，使制动负压维持在上、下限范围内。低限开关是可调整的，且机器停机以后，蝶阀打开，用来在机器起动时提供低速负压。当机器停机时，捕烟轮伺服电动机停止调节。

2.1 PLC的安装

    PLC适用于大多数工业现场，但它对使用场合、环境温度等还是有一定要求。控制PLC的工作环境，可以有效地提高它的工作效率和寿命。在安装PLC时，要避开下列场所：  

    （1）环境温度过0 ~ 50℃的范围；  

    （2）相对湿度过85%或者存在露水凝聚（由温度突变或其他因素所引起的）；  

    （3）太阳光直接照射；

    （4）有腐蚀和易燃的气体，例如、等；  

    （5）有打量铁屑及灰尘；  

    （6）频繁或连续的振动，振动频率为10 ~ 55Hz、幅度为0.5mm（峰-峰）；  

    （7）过10g（重力加速度）的冲击。  

    小型可编程控制器外壳的4个角上，均有安装孔。有两种安装方法，一是用螺钉固定，不同的单元有不同的安装尺寸；另一种是DIN（德国共和标准）轨道固定。DIN轨道配套使用的安装夹板，左右各一对。在轨道上，先装好左右夹板，装上PLC，然后拧紧螺钉。为了使控制系统工作可*，通常把可编程控制器安装在有保护外壳的控制柜中，以防止灰尘、油污、水溅。为了保证可编程控制器在工作状态下其温度保持在规定环境温度范围内，安装机器应有足够的通风空间，基本单元和扩展单元之间要有30mm以上间隔。如果周围环境过55C，要安装电风扇，强迫通风。  

    为了避免其他外围设备的电干扰，可编程控制器应尽可能远离高压电源线和高压设备，可编程控制器与高压设备和电源线之间应留出至少200mm的距离。  

    当可编程控制器垂直安装时，要严防导线头、铁屑等从通风窗掉入可编程控制器内部，造成印刷电路板短路，使其不能正常工作甚至损坏。

2.2 电源接线

    PLC供电电源为50Hz、220V±10%的交流电。  

    FX系列可编程控制器有直流24V输出接线端。该接线端可为输入传感（如光电开关或接近开关）提供直流24V电源。  

    如果电源发生故障，中断时间少于10ms，PLC工作不受影响。若电源中断过10ms或电源下降过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开。当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。  

    对于电源线来的干扰，PLC本身具有足够的抵制能力。如果电源干扰特别严重，可以安装一个变比为1:1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。

2.3 接地

    良好的接地是保证PLC可*工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地线与机器的接地端相接，基本单元接地。如果要用扩展单元，其接地点应与基本单元的接地点接在一起。为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给可编程控制器接上地线，接地点应与动力设备（如电机）的接地点分开。若达不到这种要求，也做到与其他设备公共接地，禁止与其他设备串联接地。接地点应尽可能*近PLC。

2.4 直流24V接线端  

    使用无源触点的输入器件时，PLC内部24V电源通过输入器件向输入端提供每点7mA的电流。  

    PLC上的24V接线端子，还可以向外部传感器（如接近开关或光电开关）提供电流。24V端子作传感器电源时，COM端子是直流24V地端。如果采用扩展船员，则应将基本单元和扩展单元的24V端连接起来。另外，任何外部电源不能接到这个端子。

    如果发生过载现象，电压将自动跌落，该点输入对可编程控制器不起作用。  

    每种型号的PLC的输入点数量是有规定的。对每一个尚未使用的输入点，它不耗电，因此在这种情况下，24V电源端子向外供电流的能力可以增加。

    FX系列PLC的空位端子，在任何情况下都不能使用。

2.5 输入接线

    PLC一般接受行程开关、限位开关等输入的开关量信号。输入接线端子是PLC与外部传感器负载转换信号的端口。输入接线，一般指外部传感器与输入端口的接线。  

    输入器件可以是任何无源的触点或集电开路的NPN管。输入器件接通时，输入端接通，输入线路闭合，同时输入指示的发光二管亮。  

    输入端的一次电路与二次电路之间，采用光电耦合隔离。二次电路带RC滤波器，以防止由于输入触点抖动或从输入线路串入的电噪声引起PLC误动作。  

    若在输入触点电路串联二管，在串联二管上的电压应小于4V。若使用带发光二管的舌簧开关，串联二管的数目不能过两只。  

    另外，输入接线还应特别注意以下几点：  

    （1）输入接线一般不要过30m。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。  

    （2）输入、输出线不能用同一根电缆，输入、输出线要分开。  

    （3）可编程控制器所能接受的脉冲信号的宽度，应大于扫描周期的时间。

2.6 输出接线

    （1）可编程控制器有继电器输出、晶闸管输出、晶体管输出3种形式。 

    （2）输出端接线分为立输出和公共输出。当PLC的输出继电器或晶闸管动作时，同一号码的两个输出端接通。在不同组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。 

    （3）由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板，因此，应用熔丝保护输出元件。 

    （4）采用继电器输出时，承受的电感性负载大小影响到继电器的工作寿命，因此继电器工作寿命要求长。 

    （5）PLC的输出负载可能产生噪声干扰，因此要采取措施加以控制。 

    此外，对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得可编程控制器发生故障时，能将引起伤害的负载电源切断。 

    交流输出线和直流输出线不要用同一本电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。

  1引言 

烧结配料系统是烧结生产过程中的一个重要环节，它对烧结成品质量的影响至关重要。因而全国各大钢铁企业对烧结配料自动化都非常重视。为此我们厂对烧结配料进行了自化技术改造。

2变频器的控制方法

PLC对变频器的控制有两种方案：一种是PLC输出模拟量，再由这个模拟量来控制变频器。至于PID调节可以在PLC中，也可以在PLC和变频器之间，添加一个模拟量PID调节器；另一种方案是PLC与变频器通过通讯口进行通讯，从而实现对变频器的控制。

种方案使用的设备较多，传递原信息量较少，故障率也较高；二种方案速度快，传递的信息量大，故障也较少。为此，采用二种方案。

3通讯口的配置和组态

AB公司的PLC-5/30型计算机，在配料系统中使用了两个通讯口：1A口与1B口，1A口的组态为DH+通讯方式，用于与上位机通讯。1B口组态为远程I/O扫描通讯方式，这个口是用来对变频器进行控制的。1B口是一个三针式插口。为了实现与PLC通讯，在变频器之前须加一个适配器，1#至8#的1305型变频器加的是1203-GD1型封闭式通迅模块，9#至#24的1336plus型变频器是在变频器内部插上一块1203-GM1型开启式通讯模块。

实际上，AB公司的PLC对变频器的通迅有两种方式：一种是块传输方式；另一种方式是数据链传输。

我们采用的是数据链传输。

在变频器中，有4条数据链：DatabbbbA，Databbbb B，DatabbbbC，DatabbbbD.每条数据链中还分输入数据链和输出数据链。在这些数据链的条款下，可根据需要写入变频器的各种参数号。它们对应了变频器中像运行电流，运行电压，输出频率，命令频率等参数。

例如，在1305变频器中，运行电流和运行频率的参数号为54和66.当向变频器数据链中写入了的参数号后，PLC就会经过适配器，根据的数据链和的参数号，取出和送入所需要的数据。

在适配器上，有三组设定开关，即SW1，SW2，SW3，每组开关中有8个拨动式开关。我们用这3组开关对适配器进行组态。SW1用来设定机架地址；SW3用来设定波特率，起始模块组地址，程序测试等；SW3用来设定A，B，C，D4条数据链中哪几条数据链被使能，使能是否使用块传输功能等。

我们以1#变频器为例，来说明通讯口组态方法。

，在变频器的数据链DatabbbbOutA1中，写入参数号P54，在数据链DatabbbbOutA2中，写入参数号P66.接着我们设定适配器的开关。由于1#变频器是在2号机架上，那么SW1就设定为101111，后二位不用。当然，这里说的2号机架，是指占用IO映象表的位置，而不是说1#变频器就插在2号机架上。

对于SW2开关组来讲，由于波特率选定576，1#变频器不在后一个机架上，#1变频器在2号机架上的起始模块组是0号位置，还有其它一些原因，SW2置为00011011.对SW3来讲，由于不截留后一条数据链，只使能数据链DatabbbbA，参数要反馈回来，输送逻辑命令，不对块传输功能使能等等原因，SW3设定为00001110.

4结束语

从工厂烧结配料自动化投入使用以来，PLC对变频器的控制是的，基本上达到了设计要求。