西门子模块6ES7214-1BD23-0XB8详细说明

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通过对西门子交流伺服系统（MC）的应用介绍，说明在ZL26滤棒成型机组中，伺服控制系统比机械变速系统更灵活、更简便，ZL26滤棒成型机组对原材料的适应性更好，改善了产品的品质。

关键词： 交流伺服系统 滤棒成型机组 速比 Profibus simobbbb 同步

ZL26滤棒成型机组除风机、风泵外，丝束的纵向开松和传送，甘油量的给定，封口胶和内线胶量的控制，都需要与主传动同步。进口机型KDF2和国产机型ZL22滤棒成型机组，都是通过机械传动方式与主传动联接。ZL26滤棒成型机组采用了当今先进的交流伺服系统，实现了各分传动部分与主传动电机速度同步，而且速比可调，使用简便。

丝束从供丝开始至滤棒成型，要经过如下工艺过程：1级至3级开松，通过风泵产生的压缩空气，使之横向开松（展开），开松效果怎样，可通过调节压缩空气压力大小解决，不需要其他控制；供丝辊、拉伸辊、传送辊对丝束作纵向开松（拉伸），开松效果怎样，需控制3对辊速与主传动的同步关系；甘油量、内线胶量、封口胶量的给定，需与主传动同步；高压喷嘴的空气压力需要与主传动同步。

一、初步方案

ZL26滤棒成型机组的速度为600米/分，机组的功耗为33千瓦。

根据ZL26滤棒成型机组的工艺要求，采用伺服系统控制设备的工作流程如下：主传动采用伺服电机，拖动成型机及输出部分，控制设备的速度按给定方式运行，并作为伺服控制系统的主轴；供丝辊、拉伸辊、传送辊采用伺服电机，作为从动轴，受主轴控制；甘油量、内线胶量、封口胶量的供给也采用伺服电机，作为从动轴，受主轴控制；高压喷嘴的空气压力不采用伺服控制，选用比例阀去控制和调节压力大小。

二、系统配置及主要特点

由于交流调速系统具有维护简便等优点，得到了普遍应用。所以，本系统采用了西门子交流伺服系统，选型配置（见表1）。

ZL26滤棒成型机组的PLC控制系统是西门子S7-300布局（见图1），伺服系统通过Profibus-DP与PLC数据通讯，设备的运行指令及相关设定由PLC发出，伺服控制系统通过读取这些指令及轴编码器反馈信号，调整电机的运行状态。

丝束的开松效果决定滤棒的品质，因此要求供丝辊、拉伸辊、传送辊与主传动按一定的速比实时同步，为了加速动态响应，这三对辊速的控制器与主轴控制器通过SIMObbbb进行实时数据通讯。

三、运行效果

ZL26滤棒成型机组（见图2）采用伺服控制系统后，通过在长沙厂近一年的使用，效果很好，与ZL22机组（进口机型为KDF2，速度为400米/分）做过同类滤棒产品比较，针对不同规格的丝束，可以很方便地调整相应的辊速比、甘油量，所以生产出的滤棒重量、吸阻更稳定，几项主要指标均优于ZL22机组（见表2）。

针对长沙厂的滤棒规格，ZL26滤棒成型机组的速度为600米/分。2006年1月6日，我们和用户一起对ZL26滤棒成型机组进行过多次测试，现取其中一组测试数据（见表3）。

从测试结果来看，产品的各项主要指标比其他机型稳定，比用户内控指标还要好，原材料消耗比用户的考核计划要低，传动系统故障大大减少，可为用户降低生产、使用成本。实践证明，西门子交流伺服系统在ZL26滤棒成型机组上的应用是可行的，也是成功的。

标签主要应用于装饰、信息、识别、防伪、储运等五大领域。标签应用较多的行业和产品主要有:日化、化妆品、电子家电、医药、日用品、食品及饮料、超市零售和物流，工业相关产品、安全、防伪相关产品、环保相关产品等。据有关资料显示:**标签市场发展迅速，2007年**标签销售额预计达到620亿美元，近30年来每年增长5%～7%，各种标签产量达到330亿平方米，其中欧洲已**过10亿平方米，人均消费为15平方米。美国每年增长5%，日本每年增长3%～5%，中国、拉美地区、欧洲东部增长速度较快，为15%～20%。全自动商标印刷机在国外印标机市场是主品，在国内也被越来越多地投入生产。为了提高印刷速度与精度，使得设备便于维护与维修，很多标签印刷设备生产厂商都选用直接驱动马达与同步控制器。

产品特点

罗升spc-007同步控制器

罗升spc-007同步控制器（图1）是为标签印设备专门开发的同步控制器，控制器可以对标记间隔变化的能够自动更新进给长度予以随动，保持停止精度。也可与上下动作的印刷滚等工具同步。具有保持工具的周期时间和进给所需的时间之稳定比率的功能，工具的周期时间变动后，进给速度自动更新，能防止在印刷材料的进给途中与工具啮合。图2是spc-007与控制界面、驱动设备的电气连接图。

横河dd马达

在标签印刷设备上使用dd马达，主要是关于dd马达高精度、高刚性、高速度等特性:
间隙误差被

普通的传动机构由于有减速机、联轴器、齿轮、皮带或丝杠等中间环节，间隙误差是肯定无法避免的，尤其是对于长时间运转所造成的机械磨损更是无法补偿。dd马达恰恰能很好的解决以上的问题，由于dd直接驱动的安装方式（图3），误差被减为较少;而且它的伺服特性也可以随时修正误差，达到较理想的控制精度。

高解析度和高定位精度

dynaserv dd马达选配的编码器分辨率很高，dm1b-045的解析度为655,360ppr（dm1a系列达到4096000ppr），电器控制精度高，已经**过普通伺服的控制精度1个数量级。由于制作相当精密，较终的精度控制一般可以达到2秒以内。

罗升横河dd马达的驱动结构（图4）决定了它的高刚性，结构紧凑，使用效率高。

dd 马达的刚性很强，与负载结合后特性很硬，对于其驱动器要求更高。较新型的dynaserv驱动器可以提供在线增益调试和共振滤波。马达中空*特设计不但减轻了自身惯量，也给客户提供了更多的安装形式。组合后的机械结构会更加紧凑，使用效率比较其他方式较高。

罗升横河dd马达的相对转速比较低，额定转速基本在60rpm～240rpm之间，但是这里的转速是较终在转台上的转速，相对比普通伺服+减速机的构架，在较终转速上也是非常有优势。在保持转速的同时dd马达保持了高的输出扭力，由于采用永磁定子，因此在额定转速内横河dd马达的扭力输出曲线能够保持平滑线性特性（图5）。

横河的giii驱动器采用了i-pd控制方式，同样带宽的电流环，采用i-pd控制的giii驱动器达到10hz带宽的位置环（图6），与传统的pid控制方式相比，减小了2.5倍的速度带宽。这个特点决定了马达的高刚性（位置带宽）。

罗升产品在不干胶印的应用

不干胶商标印刷机采用平压式结构设计，主要完成工艺:送纸，印刷（二次套印），压凸，烫金，裁切或收卷，计数。印刷速度为60-180次/分钟。一次印刷测定值<0.03mm，二次套印测定值<0.035mm（统计值）。dd马达主要用于驱动辊的拖动，由控制原理图7所示，1次印刷时单轴控制器spc007控制dd马达的行走长度和速度，印版上下印色;二次套印时，色标传感器扫描mark点，通知spc007以追mark模式控制dd运动，印版上下套色。行走距离和速度的设定可由上位指拨开关或人机界面来完成。比较旧型机种，节省了人力，尤其针对套色问题，完全是由控制器来完成。避免了机械误差所造成经常作机械调整的工作，大大提高了工作效率。并且维护简单，设备安全性好。

横河giii驱动器的示波器功能（图8）可以显示出实施抓取的实时速度命令与实际速度，从而可以分析出共振点的频率，加适当的滤波器，可以实现较优位置控制。图8是在东莞万鸿机械调试不干胶印刷机时候实时抓取的波形图。

结语

目前，国产较高档次的标签产品基本上可满足国内三资企业和大型国企的需要，但是近年来，中国标签市场对高档次、可自动贴标的不干胶标签机需求量迅速增多，国内的一些大印刷厂家陆续引进了先进的凸版和柔版标签印刷设备来满足市场需求。而中国本土化的标签印刷设备在技术、性能上相对国外产品有一定的差距，使得一些拥有先进技术装备的国外专业标签印刷设备厂商瞄准这一商机，纷纷将设备打入中国市场甚至在中国投资建厂。但为了夺回这一标签印刷市场，国内不干胶标签印刷设备生产商也在加大研发力度向高档次领域发展。

罗升企业以引进先进技术，提升制造业水平为使命，较早将罗升横河dd马达引进到闽台的不干胶设备生产厂商，并形成规模生产，国内厂商也在逐步应用此项技术。随着国内经济快速发展，越来越多的被应用到工业领域。罗升公司希望架起技术的桥梁，更多地将国外成熟的应用技术提供给行业中人分享。

近几年我国的造纸业及印刷包装行业取得了飞速的发展，面临着**的巨大机遇，但相对于世界先进的设备，也面临着巨大的挑战。生产设备的生产能力非常强大，但我们的产品基本处于中低端市场。主要的原因是技术条件的限制。目前为止，大量的分切机上仍旧使用磁粉制动器来进行收放卷张力控制，限制了设备的运行速度，也浪费了能源，而且由于磁粉本身使用寿命的原因，造成了故障率较高的情况。

    汇川公司推出的MD330张力控制变频器，可以进行恒张力控制，并且可以控制张力锥度，保收卷后各层形状均匀，而且较大地提高了分切机的运行速度。

一、分切机介绍

    分切机的传统控制方案是利用一台大电机来驱动收放卷的轴，在收放卷轴上加有磁粉离合器，通过调节磁粉离合器的电流来控制其所产生的阻力，来控制材料表面的张力。

    磁粉离合器及制动器是一种特殊的自动化执行元件，它是通过填充于工作间隙的磁粉传递扭矩，改变励磁电流从而改变磁粉的磁性状态，进而调节传递的扭矩。可用于从零开始到同步速度的无级调速，适用于高速段微调及中小功率的调速系统。还用于通过调节电流的方法调节转矩以保卷绕过程中张力保持恒定的开卷或复卷张力控制系统。

    其主要的特点是磁粉离合器作为一个阻力装置，通过系统控制，来输出一个直流电压，控制磁粉离合器产生的阻力。主要的优势是其被动装置可以控制较小的张力。其主要的缺点是速度不能太高，高速运行时易造成磁粉高速磨擦，产生高温，造成磁粉离合器发热进而缩短其寿命。

二、汇川变频器在分切机上的控制应用

    使用汇川通用变频器MD320驱动压辊，控制分切机的运行速度，它可以工作在开环矢量工作方式。主速度一般可以用电位器来调整。AO1端口作为运行频率的输出，作为放卷变频器、上、下收卷变频器的线速度给定。放卷变频器及收卷变频器要使用汇川张力**变频器MD330。此三种变频器均需要工作在闭环矢量方式，工作在张力开环模式。

    汇川MD330变频器是一种可以实现恒张力控制的变频器，可以通过变频器内部的计算，获得材料的卷径，通过控制变频器的输出转矩来获得恒张力控制。汇川变频器可以通过设置系统惯量补偿、摩擦补偿及材料惯量补偿来补偿由于系统惯量、磨擦阻力及材料惯量引起的起动或加程中速度不均匀的情况，获得非常平稳的张力控制效果。方案简易，调试简单。而且恒张力控制基本不受速度的影响，可以实现高速分切。

    因为矢量控制变频器的转矩控制精度为额定转矩的5％以上，所以当控制的张力过小时，在空卷时变频器应输出小的转矩，比较困难。

    利用汇川变频器作分切机控制时，建议使用电机直接拖动主轴的方式而*安装减速装置。主要原因是变频器控制张力时控制量较终为变频器的输出转矩，转矩为张力与卷径的乘积，在空卷时，输出转矩为较小。如果减速比为N，折算到变频器上转矩为转矩/N，若小于电机额定转矩的5％，则控制不够准确。

    在调试时，首先将收放卷的三个变频器的闭环矢量方式调试正常，否则没法完成后续的转矩控制。在此过程中，较常遇到的问题是编码器信号没有输入、旋转编码器A、B方向接反、编码器脉冲数输入不正确。这几种问题的表现形式主要是运行速度和输入速度偏差较大或者电机低速蠕动而且运行电流与实际空载电流相差较大。

    放卷控制中变频器实际上只是提供一个反向的拉紧力，所以其控制精度要求不高。调试相对简单。关于零速时的反向拉紧，汇川变频器可以提供两种选择，一个是允许反向拉紧功能，表现形式是在零速时，若运行命令没有撤掉，则变频器可控制电机一直将材料拉紧，避免刚开始运行时由于材料松驰而造成的速度冲击，将材料拉断。另外一种选择为不允许反向收紧，在零速时若运行命令没有撤掉，则变频器没有力矩输出。材料可能会松驰，但可避免断料时的车情况。

    收卷变频器工作在转矩控制模式，在加减程中，需要提供额外的转矩用于克服系统的转动惯量。如果不加补偿，则会出现收卷过程中张力偏小、减程中张力偏大的现象。如果起动时出现张力变小，则增加系统惯量补偿系数。磨擦补偿主要是克服在整个运行过程中由于系统存在的磨擦力对张力的影响，可通过调节磨擦补偿系数来完成。正常运行时材料张力若小于设定张力，则将摩擦补偿系数增大。另外需要补偿的是卷轴上材料所产生的转动惯量，通过设定材料的密度及宽度，变频器可计算出当前材料的转动惯量。调试时设定合适的张力锥度，可以控制材料的卷曲质量，避免外紧内松的情况发生。

    很多情况下卷径的获得是通过线速计算法来获得的，而卷径又是计算输出转矩的直接因素，所以正确设定较大线速度是非常关键的。调试时可以通过验证变频器显示的当前卷径和实际卷径，来判断所设较大线速度是否正确。若显示的当前卷径大于实际卷径，则表明所设的较大线速度偏大。

    通过设定以上的几个补偿量，可以有效地改变系统惯量对加减的影响。设定合适的张力，可以达到比较好的收卷控制。

    因为用变频器来控制分切机的收放卷控制克服了磁粉固有的弱点，使得高速分切的控制成为了现实，而且大大提高了设备的可靠性，而成本上并没有过多的增加，所以越来越多的客户开始采用变频器来实现分切机控制

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