西门子模块6ES7214-2BD23-0XB8介绍说明

西门子模块6ES7214-2BD23-0XB8介绍说明

提高伺服控制系统速度的变化率可以提高纺织细纱机的生产效率。用一台PLC控制两组伺服驱动电机，两台电机启停时间错开，通过机械装置合成可使速度变化率达500次/min；系统采用速度反馈控制，利用RS232与上位机通讯以实现参数的设置和监控。详细介绍了基于PLC纺织细纱机伺服控制系统的硬件原理和软件设计方法。实际运行结果表明：该系统设计合理，工作可靠，满足了纺织细纱机生产的需要。

    细纱机是纺织厂的**设备，具有前后两个辊子。由于辊子的速度比后面辊子快，从前辊子进去的粗纱在两个辊子之间得到拉延，从后面辊子输出的纱就变细了。花式纱不是均匀粗细，而是粗细相间。要得到粗细相间的纱，只需让后辊子的转速时快时慢即可。本文设计了一套机械差动齿轮减速箱，减速箱的两个输入：一是前辊子通过减速齿轮传动后辊子的运动；另一是一台永磁同步伺服电机，通过控制系统使其频繁启停控制。目前永磁同步电机控制系统较大启停次数可达280次/min。差动齿轮系的输出端接后辊子。如伺服电机不转，后辊子匀速旋转，纺出的是普通纱，如伺服电机频繁启停，经差动轮系合成后，后辊子速度时快时慢，纺出来的就是花式纱了。根据生产的需要，需要提高细纱机的车速，以提高纺纱的生产率，为保持原来花式细纱粗细相间的节距，后辊子转速变化率需要提高到500次/min，要求伺服电机启停率也要500次/min。目前，国内外生产的伺服驱动系统难以满足要求。

    作者设计了一套驱动控制系统，采用两台永磁同步电机伺服系统，每台电机启停250次/min，两台电机启停时间错开，通过机械装置将其合成为500次/min。

    差动齿轮系的工作原理如图1所示，来自于前辊子的转速经过齿轮减速后作为差动齿轮系的一个输入，另一个输入由两台伺服电动机通过机械合成而成，能实现启停500次/min。从图可见，若两台伺服电动机不转，差动齿轮系输出到后辊子的为一个低于前辊子的均匀速度，此时细纺机纺出为普通纱。若两台伺服电机均启停250次/min，且启停时间错开，通过机械合成后为启停500次/min，此时差动轮系输出到后辊子的变化速度为500次/min，细纺机纺出为花式纱。

    在纺纱过程中需要不断地改变纱的粗细、纱的长度和节距3个参数，要求伺服电机不断改变启停周期和速度，每种纱常有300多种变化组合，参数要求方便进行调整，而且工作环境较恶劣，可靠性要求高。

    伺服系统电机采用Mitsubishi的低惯量永磁同步电机，其参数为12Nm，22A，2.84KW，3000r/min。两套伺服系统的速度控制号由PLC模拟量I/O模块FX2N-3A输出控制，其模拟电压为0～10V。A、B两套伺服系统的启停控制信号。

    由PLC扩展的脉冲输出模块FX2N-1PG输出端控制，其相位相互错开。

    为了调节纱的粗细、长度和节距，PLC需要不断前辊子的速度，根据设置的参数和的前辊子速度计算出后辊子的速度和开关频率。本系统中前辊子速度和伺服电机速度的采用光电编码器，其输出的脉冲信号输送到PLC的高速计数模块FX2N-1HC进行计数从而得到前辊子的速度以计算伺服电机速度和开关频率。另外PLC选用绝缘型RS232C通讯用适配器与工控机进行通讯，以实现参数的设置和监控。

工控机采用研华AWS-825，用VB开发工控机的监控程序和控制界面。

    四、程序设计

    速度采用M法测速，在固定的时间间隔Ts内读取速度信号的脉冲数从而计算出转速的大小。设m1为在固定时间间隔Ts内读取速度信号的脉冲数，P为电机光电编码器每转输出的脉冲数，在时间Ts内共发出m1个脉冲，其速度为：。

    串行通信模块数据传送利用RS指令，其与工控机进行串行通信时可以设置数据长度、奇偶性、波特率、停止位等。本系统设置的通信数据长度为8位，采用偶校验，设置1为停止位，通信的波特率为2400bps。

    D/A模块具有电压输出和电流输出两种形式，电压输出可选0～10V和0～5V输出，本系统选择0～10V输出控制伺服电机转速从0～3000r/min变化。数模转换模块采用FROM，TO指令，其中FROM控制A/D输入，TO控制D/A输出，编程指令包含选择数模转换通道和输入输出数据存元，设置数模转换命令，输出或读入转换等。

    五、上位机的编程

    在bbbbbbs下用VB实现串行通信有两种方法：一种为使用bbbbbbs应用编程接口（API）。API提供了完备的应用程序接口函数和中断方式的通信设备驱动程序（Comm.DRV）。另一种为使用VB系统集成环境提供的串行通信控件（MSComm）。它包含了bbbbbbsAPI中串行通信的16个函数所完成的功能，且含有使用户设计方便的对象特性。本系统采用VB系统集成环境提供的串行通信控件（MSComm）实现串行通信。MSComm控件的通信功能的实现实际上是调用了API函数，API函数是由Comm.drv解释并传送给设备驱动程序执行的，对于VB开发者只需知道MSComm控制的属性和事件的用法即可以实现串行口的通信操作。

    上位机与PLC之间通信参数包含伺服电机速度、开停频率等信息，所以必须要有一个标识字节用于区分传送信息的类型。同时考虑到传输中可能出错，再增加一个检验字节。所以本文中两机之间通讯协议为每传一次含括5帧，它们分别是：

    1、标识字节，用于分辫所传信息的种；2、所传信息16位二进制码的低位字节；3、所传信息16位二进制码的高位字节；4、校验字节，为前3个字节的异或值；5、结束位，表明此次结束。

    每一帧包括：1位起始位、8位有效数据位、1位奇偶校验位、1位停止位。

    根据以析，本文成功设计了一套基于PLC控制和工控机监控的纺织**细纱机控制系统，并成功应用于某纺织厂的生产线中。工控机通过PLC串行通信监测的伺服电机启制动时速度的变化曲线。2个月成功运行表明，该系统设计合理、工作可靠。

一 引言

    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，有的也应用了国产的变频器，如：易驱等。

    这个应用案例就是易驱ED5000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ED5000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。三 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—易驱高性能电流矢量变频器ED5000，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。

    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。

1、前言

    在科学技术日新月异发展的今天，为满足人们对商品包装多样化、精美化的需要，对包装印刷传动系统的自动化要求、位置跟踪精度要求越来越高。将微电子技术、信息处理技术、新传感技术、激光技术以及新工艺与新材料等应用于印械，实现智能化、高自动化、能化，是现代印刷机械的发展方向。

    2、包装印刷机械现状

    我国的包装印刷机械，特别是凹印生产线起步较晚，基础比较薄弱。根据有关资料统计，我国现有的约300台烟包凹印生产线，几乎全部从欧、美．日或澳大利亚等工业发达国家进口。其中绝大部分于上世纪90年代引入，一般使用八九十年代的技术，有的甚至是六七十年代的技术，设备具有以下特点。

    (1)设备的控制电路一般都采用可编程序控制器(PLC)或计算机控制，就这一点来讲。还是比较先进的。

    (2)传动装置一般采用直流调速电机，有些六七十年代的设备采用的还是滑差调速电机。主传动通过一台直流调速主机(或一台交流调速主机)驱动一根机械轴，再通过这根机械轴把各色组单元以及模切单元连在一起，同步转动。这种机械通轴结构直至现在仍是卷筒纸凹印机普遍采用的传动形式。

    (3)套准装置一般采用步进电机带减速器机构(包括差速器、无级变速器等)。

    (4)张力控制装置一般也采用步进电机带减速器机构。

    近年来，电子技术和微电子技术以惊人的速度向前发展，随之也带动了交流传动技术的进步。近代交流传动技术的发展经历了二十多年，目前正成为电气传动的主流，一直被直流传动所占据的众多领域已被交流传动所**。

    3、机械通轴结构的缺点

    卷筒纸烟包六色凹印机可以在卷筒纸上印刷1—6种颜色。由于卷筒纸凹版印刷速度快、层次再现丰富、质感好，因而得到了广泛使用。但它对机械制造精度要求很高．特别是由于纸张易受温湿度影响而变形、伸缩，即使套印调节机构制造得非常精细，各部分动作又非常协调准确，但如果自动化程度不高，仍难以避免套印不准，不能保证产品质量。国内大部分卷筒纸凹印设备一般采用机械通轴结构，需要靠人工进行套印预定位，操作复杂，定位误差大，动态调节慢。预不准导致设备需要很长的带纸运行时间，从而产生许多废品。

    4、交流伺服传动的优势

    为了解决上述问题，欧美等国一些先进的印制造企业已利用现有的交流伺服传动技术研制出电子无轴卷筒纸凹印机。与传统的有轴{机械轴)传动凹印机相比，电子无轴卷筒纸凹印机取消了印元间的机械通轴结构，每一个印元都采用AC矢量变频电机独立驱动，由电机直接带动印版滚筒，并调整印版滚筒的相位来实现纵向套准，同时由一个步进电机来驱动印版滚筒的横向移动从而实现横向套准。这样的设计带来了以下几个显著优点。

    (1)省掉了许多机械传动环节，使因机械磨损而降低套印精度的可能降至较低，增加了可靠性．减少了维修保养成本。

    (2)套准时间很短，响应速度较快。

    (3)提供了特有的高精度预对版功能，当印版滚筒装入印元后，通过传感器来检测印版滚筒上的零位标记，驱动马达会自动将印版滚筒转动至预设零位。设备通过电机空运转即可实现预套准操作，不必带纸运行，故预套准过程废品很少．此外由于无轴传动系统对印版滚筒相位的控制精度高，信息交换快，可实现高精度的高速套准，因此在高速印刷状态下仍能获得比机械轴凹印机高得多的套准精度。

    5、改造方案

    我公司是红塔集团投资兴建的烟包印刷厂，拥有一条从法国小森——尚邦公司引进的NL650型六色凹版连线模切印刷生产线。这台印所采用的技术基本上体现了当时的技术水平，控制电路采用西门子PLC，套印电路采用尚邦公司的RNP93系统。主传动使用一台直流调速电机通过一根机械轴将动力传到各印刷色组和模切站，各单元的套印(位置随动和补偿)采用步进电机加差速器的结构，因而无法避免上述机械通轴凹印机的缺点。此外还有以下不足。

    (1)主电机采用直流调速电机，炭刷和换向器的维护成本高。

    (2)齿轮箱和无级变速器不仅是易磨损的零部件，维修成本高，而且不可避免地存在机械间隙．当步进电机根据套印指令做出的调整通过这些机构到达印版时，会有所损失，严重时引起振荡。

    (3)上述设备已使用近10年的时间，许多零部件厂家已不再生产，给维修带来很大困难。

    这些问题已经影响到公司的长远发展，本文即想探讨采用交流伺服系统来改造这台印刷机的可能性。 与步进电机相比，交流伺服电机具有以下明显的优异性能。

    (1)控制精度大大提高。

    (2)低频特性增强。

    (3)矩频特性好。

    (4)速度响应性能、控制性能(闭环控制)和过载能力大大提高。

    5.1总体改造方案

    （1）拆除直流调速主机和机械通轴、差速齿轮箱、步进电机等所有主传动和步进伺服传动零部件，用7组独立的交流伺服电机单元取代上述部件来实现传动和位置补偿功能。这里说的7组单元是6个色组加1套模切单元，如果算上2组张力单元则应该是9组，因此轴数会因不同的机型改造方案而不同。

    （2）7组交流伺服电机单元通过高精度免维护减速器(速比为5：1或10：1)直接与印版轴或模切轴相连，把电机到版轴之间的机械传动环节减至较少，并实现7轴独立伺服驱动。

    华为家庭网关发展规划

    作为通信行业的*企业，华为公司在宽带基础网络架构和宽带业务与终端领域进行了持之以恒的研究工作，于2004年推出了EchoLife数字家庭解决方案。这正是华为在宽带业务与终端领域成果的体现。EchoLife数字家庭解决方案从较终用户体验的角度出发，采用业界主流技术方案和软、硬件平台，借助开放的增值业务开发平台，全面考虑了终端管理方案、业务自助定制、用户认与网络安全、网络服务质量、版权管理、标准互通、增值业务开发等问题，实现了家庭网络业务与电信网络业务的无缝连接，为宽带网络的发展注入了持久的动力。

    华为数字家庭网络方案全面覆盖了家庭多媒体通信、、安防和智能家居控制等应用需求，通过家用计算机、宽带手持终端、宽带电话、Wi-Fi手机和可视电话等带给用户精彩的多媒体通信体验；通过机顶盒等设备对传统电视机的功能进一步扩展，可以使用户在保持原使用习惯的情况下，通过运营商网络享受更丰富的视频业务；通过家庭网关和控制网关，实现对家庭智能安防和监控告警设备的相互配合，实现了设备状态信息和告警信息的远程查询、远程传送和远程控制等功能，满足了智能家居和安防的需求。

    另外，华为深刻理解家庭网关在整个数字家庭网络中的枢纽和核心位置，在产品设计和方案构建上秉承电信级的可靠性和可扩展性，帮助运营商更加方便快捷地为用户部署数字家庭网络，提供良好的业务体验。

    华为EchoLife系列及解决方案

    多年来，华为公司一直致力于为电信运营商提供高品质的服务。而家庭网关作为数字家庭的核心部件，华为更是对其投入了巨大资源进行研究开发。较近，为了支持运营商全业务运营战略的实施，华为公司为国内各大电信运营商定制了**的家庭网关产品。例如，图1为华为公司为中国电信“我的e家”品牌定制的家庭网关产品EchoLifeHG522，图2为华为为中国网通家庭业务部门定制的家庭网关产品EchoLifeHG527。此类家庭网关可实现上行1Mbit/s、下行24Mbit/s的较大速率，外部接口包括1个RJ-11WAN端口、4个RJ-45LAN端口和1个USB端口，为运营商实现家庭战略提供了较大的帮助。

    结合华为打造的数字家庭解决方案，用户使用华为设计的家庭网关产品，可通过与STB、双模手机、视频电话、BIT等终端配合，实现IPTV、FMC、多媒体通信、家居控制等多种业务。在家庭组网上，华为进行了周详的考虑，下行可以提供以太网、POTS、WIFI、USB接口，可以连接STB、PC、PDA、便携机、WIFI手机、打印机、传统电话等多种家庭终端。同时为了照顾部分家庭可能出现的布线困难、家居环境复杂的情况，华为家庭网关还支持室内的电力线互连（PLC）技术。