西门子模块6ES7212-1AB23-0XB8介绍说明

西门子模块6ES7212-1AB23-0XB8介绍说明

配置及说明

    直进式拉丝机的电气系统配置如下图所示，主要包括以下几个部分：触摸屏—西门子TP270，10′真彩，可编程控制器（PLC）—西门子S7-315-2DP，带Profibus现场总线接口，变频器—优利康（Yolico）的高性能电流矢量变频器YD5000，内置PID，传感器—图尔克线性传感器，0～10V，或4～20mA。触摸屏与PLC通过MPI总线连接，PLC与变频器之间通过Profibus现场总线连接，组成高速的现场总线网络，数据的传输速率达到1.5M，较大地提高了变频器的响应速度，提高了同步精度，基本上做到了正常工作时不断丝。这对提高工作效率非常有效。

    整个系统的*速度是由最后一台拉拔变频器决定的，再根据每道拉模的压缩比与减速比，计算其它每个机台的主给定速度，由于机械上的误差和拉模的磨损，使得给定的参数与实际的数值有一定的差异，这个差异就通过张力臂来纠正。事实上，张力臂下面连接着一只位置传感器，该传感器测量出张力臂的转动角度，输出一个0～10V的模拟量信号给变频器，变频器再根据设定的位置值（一个相对与10V的百分比值），经过PID计算，在输出频率上叠加上一个纠偏量，上述的差异。

    系统中，触模屏作为人机界面，起着人机接口的作用，每道拉模的压缩比，就是通过触模屏输入的，并且，触模屏还能存储若干套不同的拉模参数，方便用户快速选择成套拉模参数，而不必每次都要输入参数，方便了用户，提高了效率。触模屏还显示工作中各道拉模的实际工作参数，包括电压、电流、速度等等，在系统出现报警时，触模屏上及时显示系统故障的内容，方便用户及时诊断，排除一些简单的故障。触模屏与PLC是通过MPI连接的，速率为：187.5K。

    PLC是整个系统的控制中心，控制着整个系统的工作流程。通过按钮的操作，控制每个机台的前联动、后联动、点动及整个系统点动、自动运行。根据触模屏输入的拉模压缩比参数，计算每个机台的同步速度，并通过Profibus总线传输给变频器，由变频器直接驱动机台电机工作。PLC还通过Profibus总线，从变频器中读取变频器的工作参数，对变频器的各种工作异常作出处理，并及时通过触模屏显示。

    随着汽车工业的快速发展，对汽车轮胎的需求也快速增长。同时，由于我国高等级公路的快速发展，汽车的运行速度也大大提高了，这就对汽车轮胎的质量提出了更高的要求。而钢联线作为轮胎的重要组成部分，对轮胎的强度起着重要作用。钢联线的质量直接影响着轮胎的质量、品质、等级。作为钢联线的主要生产设备直进式拉丝机，应用也越来越广泛。早期的直进式拉丝机，主要以进口为主，包括德国、意大利、韩国等地进口的拉丝机为主，这些系统有直流调速的，也有交流变频调速的。现在这些设备在一些大的钢联线生产厂还在应用。近年来，随着国内机械加工能力的提高，以及自动化控制技术的发展，直进式拉丝机已基本实现国产化。在江阴、靖江等地的几家拉丝机生产厂，都已生产出交流变频同步调速的直进式拉丝机。在这些设备上，有的应用了进口的变频器，如：Danfoss、ABB、以及日本宫川在无锡生产的Yolico等，有的也应用了国产的变频器，如：汇川等。

    这个应用案例就是优利康（Yolico）变频器在江阴生产的直进式拉丝机上的配套案例。

    二 直进式拉丝机工作原理简介

    直进式拉丝机是有多个拉拔头组成的小型的连续生产设备，通过逐级拉拔，可以一次性地把钢丝冷拉到所需的规格，所以工作效率比较高。但是，由于通过每一级的拉拔后，钢丝的线径发生了变化，所以每个拉拔头工作线速度也应有变化。

    根据拉模配置的不同，各个拉拔头的拉拔速度也要变化。拉拔速度的基准是每个时刻通过拉模的钢丝的秒体积不变，即使以下公式成立：

    πR2×V1=πr2×V2

    其中R：进线钢丝的直径

    V1：进线钢丝的线速度

    r：出线钢丝的直径

    V2：出线钢丝的线速度

    直进式拉丝机的各个拉拔头的工作速度就是基于以上的公式，保证各个拉拔头同步运行。但是，以上的说明是基于理想状态的稳态工作过程，由于机械传动的误差以及机械传动的间隙，还有在起动、加速、减速、停止等动态的工作过程中，各个拉拔头就无法保持同步，所以，现在大多数的直进式拉丝机上都有张力传感器，动态测量各个拉拔头间的钢丝的张力，再把张力转换成标准信号（0～20mA或0～10V），用这个标准信号反馈给调速变频器，变频器用这个信号作闭环PID过程控制，在主速度上叠加上PID计算的调整量，保持各个张力检测点的张力恒定，也就保证了直进式拉丝机工作在同步恒张力的工作状态。

    根据以上的说明，直进式拉丝机对变频器的性能提出较高的要求。变频器应具有以下的性能。

    1，低频起动力矩大，过载能力强，速度精度高

    2，有内置PID功能，PID的参数丰富

    3，动态响应快

    所以，我们选用了优利康（Yolico）的高性能电流矢量变频器作为直进式拉丝机的驱动装置，该变频器在实际使用中也完全满足了拉丝机的要求，响应快，起动力矩大，过载能力强，在矢量控制时速度控制精度达到0.2%（无PG），有内置PID，PID参数丰富，包括PID增益、限幅、偏置等等。

   随着科学技术的迅猛发展，电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的不断进步，又因为变频器所具有的率性能和良好的控制特性，目前在交流电动机的速度控制中较多采用。使用变频器一个**的优点就是节省能源，而且通过发挥其理想的控制特性，设备使用性能可以大幅提高。在智能建筑中，生活恒压给水在节能和可靠性方面要作具体分析，从而选择更合理控制方式。本文介绍了西门子ECO变频器在在智能建筑中恒压供水方面的应用，对变频器的设计和使用特点做了详细阐述。

    一概述

    在智能建筑日益增多的今天，供水问题成为业主比较关心的问题，所以变频恒压自动供水便提上了日程。以前在一般建筑的建设中往往需要建设一个二次加压供水泵房并采用变频器实现恒压自动供水。一般情况下，恒压供水自动控制系统通过压力传感器采集管网中的压力并将其转换成模拟信号进行变频控制。这样变频恒压水系统直接取代水塔、高位水箱及传统的气压罐供水装置，为局部加压供水开辟了新的途径。另外由于水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省40％。与可编程控制器结合使用，可实现循环变频，电机软启动，具有欠压保护、过压保护、短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，大大延长了设备的使用寿命。

    本系统为可编程控制的变频水压控制系统。系统采用可编程控制器（PLC），可实现手动开环调节、自动闭环调节、远方控制及本地控制。每台电机设置单独的控制面板，具有水压显示、频率显示、工作状态显示功能，变频器故障、可编程控制器故障，可实现声光报警。变频调速器采用西门子公司产品，可实现电机的平滑调节，变频调速器加装交流电抗器及直流电抗器，确保变频调速器电源侧谐波分量小于5%。

    二变频控制恒压供水分析

    大家知道，水泵消耗功率与转速的三次方成正比。即N=KN3

    N：为水泵消耗功率；n：为水泵运行时的转速；K为比例系数。而水泵设计是按工频运行时设计的，但供水时除高峰外，大部分时间流量较小，由于命名用了变频技术及微机技术有微机控制，因此可以使水泵运行的转速随流量的变化而变化，较终达到节能的目的。实践证明，使用变频设备可使水泵运行平均转速比工频转速降低20%，从而大大降低能耗，节能率可达20%-40%。

    变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现电机的无级调速，从而使管网水压连续变化。传感器的任务是检测管网水压。压力设定单元为系统提供满足用户需要的水压期望值。压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控制器后，经可编程控制器内部PID控制程序的计算，输出给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入PID回路调节器，由PID回路调节器在调节器内部进行运算后，输入给变频器一个转速调节信号。

    由于变频器的转速控制信号是由可编程控制器或PID回路调节器给出的，所以对可编程控制器来计时，既要有模拟量输入接口，又要有模拟量输出接口。由于带模拟量输入/输出接口的可编程控制器价格很高，这无形中就增加了供水设备的成本。

采用带有模拟量输入/数字量输出的可编程控制器，则要在可编程控制器的数字量输出口另接一块PWM调制板，将可编程控制器输出的数字量信号转变为控制器的成本没有降低，还增加了连线和附加设备，降低了整套设备的可靠性。如果采用一个开关量输入/输出的可编程控制器和一个PID回路调节器，其成本也和带模拟量输入/输出的可编程控制器差不多。所以，在变频调速恒压给水控制设备中，PID控制信号的产生和输出就成为降低给水设备成本的一个关键环节。

    三ECO变频器选用原则

    ECO变频器是SIEMENS公司推出的用于风机、水泵等设备调速节能运行的**变频器。其主要特点是：

    ⑴ECO变频器安装调试容易，维护和运行费用低。由于变频器的特定功能使其产品的成本降至较小，价格便宜，降低了整套系统的成本。

    ⑵ECO变频器能够精确地跟随设**，可使系统有更好的性能。

    ⑶内置PID调节采用了标准比例、积分、微分控制的闭环过程控制，并为反馈传感器提供了标准电源。

    ⑷在运行噪声的控制方面采用了自动开关频率优化，从而降低电机运行时的噪声。

    ⑸ECO变频器针对风机、水泵节能运行的需要，设置了能量优化控制程序，为在运行中搜寻较小能量消耗点，自动升高和降低电机电压。当电机达到稳**的速度（即加程结束时）时通用变频器即在这个速度下运行，而ECO变频器此时开始分析电机的功率消耗。然后开始微小地升高或降低变频器的输出电压来搜索较佳频率，即较低的功率消耗。如果ECO变频器出在升高电机电压时，功率消耗增加了，则变频器的控制策略（能量优化控制程序）就开始降低电机电压，以搜索较低的功率消耗水平，如果出在降低电机电压时，功率消耗增加，则升高电机电压。这样就可搜寻到效率较高，功率消耗较小点并在此处运行。用这种优化节能程序（典型）可节约2%～5%的额定容量的电能。

    ⑹在选择ECO变频器时，不能用它驱动额定功率比它大或者额定功率不足其一半的电机，否则会影响变频器的性能甚至造成损坏。

    四控制系统详解

    为了保持供水系统水压的基本恒定，需要变频器根据给定的压力信号与管网水压的反馈信号进行比较，以调节水泵的转速，达到供水、水压恒定的目的。

    当恒压供水系统处于自动调节状态时，自动控制指示灯亮，系统进入自动控制状态。系统由管网水压传感器作为系统的反馈信号，反馈信号采用4-20mA电流信号，恒压值的设定可在可编程控制器（PLC）中人为设定，通过使用ECO变频器内部的PID控制功能，启动水泵作变频调节运行，并达到恒定的压力值，开成一个动态平衡过程。若设定恒压值为Y0，过程压力值为Yi，当用水量增加Yi＜Y0时，则变频器输出频率上升，转速提高，供水量增大，仍达到恒定的设定压力值，从而开成一个新的动态平衡过程，实现系统的自动控制功能。

    此系统也可进行手动开环调节运行。如管网水压传感器出现故障时，人为将手动/自动开关置于手动位置，系统处于手动调节状态，手动控制指示灯亮，可在控制面板实现频率（液位）手动设定，并变频启动水泵。