6ES7331-7NF00-0AB0供应

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1.背景

    随着水平的飞速发展和不断提高，家用电器、工业设备、交通设施等需求急剧增加，许多金属管的形状要求也不断复杂化，目前，二维的弯管机由于无法满足日益复杂的工业需要而逐渐被三维弯管机所取代。并且在弯管机系统中采用的数控系统或可编程控制器（PLC）、的伺服系统，为弯管机系统完成复杂的、的动作提供了重要的技术保证。

    2.挑战

    国外的一些弯管机厂商经常采用FU、SIEMENS等数控系统作为上位控制，三个轴或部分或全部采用进口伺服作为传动，设备的响应速度和定位精度较高，并且可操作性好、维护简便。而国内的厂商在关注通用性能的同时，还关心两点：一是如何能满足自身加工生产的一些特殊需要，另一个就是成本如何能降低。我公司技术人员通过对客户功能需求进行分析，确定采用人机界面（HMI）和PLC实现上位控制，用交流伺服电机作为传动，可以完成以下性能要求：手动、半自动、全自动等多种操作方式，并可满足有芯棒和无芯棒、单角度和多角度、二维角和三维角选择等不同控制要求场合的特定需要，可存储上百种产品型号，每种型号可设定多个弯管角度参数和旋转角度参数，可满足多种复杂、多角度、不同空间的要求，并可对工作进度进行实时监控显示。

    3.方案

    自动三维弯管机控制系统主要由人机界面（HMI）、可编程控制器（PLC）、三套伺服电机以及油缸和气缸等组成，如下图所示。带有配方功能的人机界面（HMI）可存储上百种工件的工艺参数，实现人机对话。PLC使用松下FP-X，可同时实现四轴定位和两组插补功能，满足了三维弯管机控制系统复杂的控制要求。而设备中的伺服电机全部采用国产的“森创”交流伺服电机，其作用是实现两个轴（折弯轴和旋转轴）的旋转角度控制以及实现一轴（进给轴）进给控制，其中进给轴和折弯轴进行直线插补完成折弯功能，两轴的位移由折弯的角度确定，旋转轴根据指令进行旋转定位。此外，电磁阀配合油缸、气缸用于实现弯管动力，如主夹、副夹、料夹、芯杆、托管等。

    4.难点

    伺服电机在这个设备中起着至关重要的作用，伺服良好的性能是整个设备能够正常运行的关键，通过调整参数，使得伺服电机运行在状态保证了整个设备得正常运行。由于传动机构的不同，为保设备的速度和精度，每个轴都需要适当的调节终输出端转一圈所需的脉冲个数，但是实现插补的两个轴需要保证该脉冲个数相同，通过设定伺服电机的电子齿轮比就可以很方便地解决这个问题。由于被加工工件的种类有上百种，每个工件的弯头数又可具体到20个之多，由于每个弯头的相关数据需要依次调用，为简化程序在编写时可以考虑用索引寄存器来不断的调用存储在人机界面配方中的这些数据，再经过一系列的实数运算转化为脉冲个数。由于工件型号的不同，经常在末工位加工时直线进给方向的余量很少，为防止料夹与副夹相撞，因此需要各动作按特定的组合顺序进行处理。

    5.效益

    自动弯管机自成功设计以来，经多次修改完善，现已批量投入生产应用。该控制系统在各方面与以往的弯管系统相比有着很大的优势：零件参数选择达到上百种，可实现多角度的弯管，加工的产品从实心的钢条到空心的金属管，从家用电器到工业化工车船设备用金属管等；

弯管长度和角度旋转控制实现自动化，在精度上有很大的提高，误差允许值控制在±0.1度范围内，一个人就可实现操作，大大节约了人工成本，也大大提高生产效率；操作系统方便，人-机对话简单易懂，通过简单培训即可实现操作；完善的报警系统及合理的程序设计，给系统维护和调试人员带来了很大的方便，减少了大量的调试时间。

    通过长时间的运行验证表明，该系列的弯管机在家用电器、石油化工等行业的应用中收到了良好的经济效益和社会效益，是值得广泛推广和使用的设备。而森创交流伺服电机在其中也体现出了自身优越的性能，受到用户。事实证明，森创交流伺服电机可以满足弯管机行业的使用要求，在这个行业中是和推广的。

    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—优利康（Yolico）的电流矢量变频器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，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，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。

    四，结语

    该变频器在直进式拉丝机上使用一段时间来，客户反映设备运行平稳，起动、停止、加速、减速平滑稳定，同步精度高，起动电流小，噪音低，已获得了终使用客户的广泛认可。