西门子6ES7214-1AD23-0XB8产品规格

西门子6ES7214-1AD23-0XB8产品规格

1.引言
细纱工序是成纱的后一道工序，是将粗纱进一步牵伸30～50倍并加捻，纺成具有一定特数、符合相关质量标准的细纱，供捻线、机织或针织使用。纺织厂生产规模的大小是以细纱机总锭数表示的；细纱产量是决定各工序数量的依据；细纱的质量水平、原料物料耗电量等指标、劳动生产率等是技术和管理水平的体现，因此，细纱工序在纺织厂中占有重要的地位。

传统细纱机的牵伸原理与粗纱机基本相同，而卷绕和加捻则是由钢领和钢丝圈来完成的，所以称为环锭细纱机。环锭细纱机和传统粗纱机一样由一台电机传动，通过齿轮箱变换各机构需要的速度。在环锭细纱机各组成部分中，牵伸系统是反映细纱机性能和影响纱线质量的关键因素，而新型的紧密纺纱技术通过对牵伸部分进行创造性改造，将牵伸区和集合区分离，在环锭纺罗拉牵伸与加捻之间叠加对纤维须条的气动凝聚或集聚技术，增加了须条的紧密度，毛羽减少约20％，强力则提高约10％，同时，条干均匀度、机器效率等也有不同程度的提高，不仅可以降低加工成本，同时可以减少后加工工序。紧密纺的另一优点是与原细纱机一致，只多出一对集聚罗拉，在原环锭细纱机上也可进行改装，具有广阔的市场前景。

紧密纺细纱机的控制系统较环锭细纱机复杂许多，是前后罗拉的严格同步，实现牵伸倍数和捻度的精密控制，**高支数纱线的成纱质量；其次是通过取消钢领板的传动齿轮，采用的伺服控制技术实现卷装的电子成形技术，从而实现了机械机构的简化、生产速度的提高、以及纱线支数和管纱成形的自动调节。

2.控制系统方案
在紧密纺细纱机的控制系统，我们采用了三套施耐德电气公司的Twin Line系列伺服驱动系统和无刷伺服电机，分别控制前、后罗拉以及钢领板；采用两台ATV31系列变频器，分别控制主传动电机和风机；整个系统采用Micro PLC控制，同时采用XBT-G 5.7”黑白触摸屏进行系统操作和监控。

3.控制系统简介

Micro系列PLC是施耐德电气公司推出的具有强大处理能力和较大的存储空间的中小型PLC(I/O点多256点)，采用灵活的模块化设计，结构紧凑，为要求精密功能(PID调节、高速计数、定位、人机对话等)的复杂机器提供经济型的解决方案。Micro PLC内置人机界面接口和多种通讯扩展接口，易于实现与其它设备的连接；高密度的应用(64点I/O模块等)使Micro PLC成为紧凑的控制器。

Micro PLC编程软件与Premium PLC兼容，具有中型PLC同样的通讯语句、PID调节语句、各种运算语句等精心设计的功能函数，和在线修改等的调试诊断工具，大地丰富了Micro PLC的应用范围，减少了系统设计的时间。

Twin Line系列是施耐德电气公司推出的宽范围的伺服驱动器和无刷伺服电机产品，集成了和优化的无刷电机控制技术，并具备IEC 61131-3标准的编程功能和各种开放的接口，通过脉冲/方向、I/O或现场总线等方式控制，电机功率范围为0.3～13.8 Nm，速度范围为4500～12000 rpm，可以灵活满足各种实时应用要求，实现经济化、智能化的应用解决方案。

通过Micro PLC准确的运算和的模拟量输出，控制Twin Line系列伺服系统，可以实现紧密纺细纱机所要求的前、后罗拉精密同步、以及钢领板电子成形；Micro PLC的内存扩展功能也为紧密纺细纱机控制所需的大容量数据存储区提供了有力的。

ATV31系列变频器是新推出的、ATV28系列变频器的升级产品，功率范围从0.18～15 kW，有6个逻辑输入口、3个模拟输入口、1个逻辑/模拟输出口和2个继电器输出口。ATV31系列变频器具有性高、结构紧凑、便于使用等特点，内置A级EMC滤波器，集成了Modbus和CANopen两种工业现场总线，提供电机和变频器保护、加/减速斜波、16段预置速度、双(±10V)信号给定、PI调节器、制动顺序、以及横动控制(Traverse Function)等众多功能，可以很好地满足各种机械的应用要求。

4.细纱的电子成形控制

细纱的管纱如右图所示，分管、管身和管底三个部分，卷绕形式采用圆锥形交叉卷绕形式(又称短动程升降卷绕)，同一层纱各处的卷绕直径不同，以实现退绕时纱可从管抽出而管体不转动，适应高速退绕的目的。

卷绕成形运动由两个运动组合而成：
· 圆周运动：电动机通过锭带拖动筒管恒速转动
· 轴向移动：钢领板短动程升降运动引导纱在卷绕面上均匀分布

其中：
· 卷绕转速(nW)=锭子转速 - 钢丝圈转速 ? v/(pdx) (v：前罗拉线速度，dx：筒管的卷绕直径)
· 钢领板升降速度(vR)＝= D * nW (D：卷绕节距)
因此，在细纱的电子成形控制中，采用伺服系统控制钢领板短动程升降运动，根据前罗拉的出线速度和纱线的粗细度设定卷绕节距和成形高度，计算出纱线在管身和管底卷绕所须的钢领板升降速度；通过编码器钢领板的位置，由PLC输出相应的速度信号给伺服系统，实现细纱的电子成形。

5.结束语
本系统采用施耐德全套解决方案，具有以下几大优点：
(1)人性化的编程软件，减少了客户工作量。
(2)优化的闭环控制系统，降，提高了质量
(3)由于成形时，要求纲领板的速度始终在变化，要求PLC具有快速运算能力及输出，Micro PLC运算指令丰富，支持浮点数运算，能够快速及时地控制纲领板的速度，以保成形精度。
(4)Micro 高速计数可达500KHZ，能够满足测速的要求。

：在本系统中，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用ABB公司变频器，系统中由PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于S7 200 PLC的编程软件,采用模块化的程序设计方法，大量采用代码重用，减少软件的开发和维护。利用对PLC软件的设计,实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止。
关键词：PLC 变频器 变频调速

随着电力电子技术以及工业自动控制技术的发展，使得交流变频调速系统在工业电机拖动领域得到了广泛应用。另外，由于PLC的功能强大、容易使用、高性，常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。本设计就是利用变频器和PLC实现水池水位的控制。
变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制，有许多优点，如节电、容易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大范围内的连续调速控制、实现速度的控制。容易实现电动机的正反转切换，可以进行高额度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动。完善的保护功能:变频器保护功能很强，在运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别(如电网瞬时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等)，并立即封锁输出电压。这种“自我保护”的功能，不仅保护了变频器，还保护了电机不易损坏。
PLC特点：，性高、抗干扰能力强，平均故障时间为几十万小时。而且PLC采用了许多硬件和软件抗干扰措施。二，编程简单、使用方便目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式，很容易被操作人员接受。一些PLC还根据具体问题设计了如步进梯形指令等，进一步简化了编程。三，设计安装容易，维护工作量少。四，适用于恶劣的工业环境，采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。五，与外部设备连接方便，采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电气规格。六，功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高。
在应用PLC系统设计时，应遵循以下的基本原则，才能**系统工作的稳定。
（1）大限度地满足被控对象的控制要求；
（2）系统结构力求简单；
（3）系统工作要稳定、；
（4）控制系统能方便的进行功能扩展、升级；
（5）人机界面友好。
本系统中，为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，采用ABB公司的ABB ACS800变频器，系统中由S7-200系列PLC完成数据的采集和对变频器、电机等设备的控制任务。基于S7-200 PLC的编程软件,采用模块化的程序设计方法，大量采用代码重用，减少软件的开发和维护。系统利用对PLC软件的设计,实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止。
1 本设计的控制要求：
1)系统要求用户能够的直观了解现场设备的工作状态及水位的变化；
2)要求用户能够远程控制变频器的启动和停止；
3)用户可自行设置水位的高低，以控制变频器的起停；
4)变频器及其他设备的故障信息能够及时反映在远程PLC上；
5)具有水位过高、过低报警和提示用户功能；
2 本设计控制结构:
由于现场有一台电机作为被控对象，可以使用单台PLC进行单个对象的控制，只要适当的选用的PLC,能够胜任此功能。
PLC采集传感器、监控电机及变频器等有关的各类对象的信息。本系统中，对电机采用一台变频器来进行频率的调节控制。采用PLC输出的模拟量信号作为变频器的控制端输入信号，从而控制电机转速大小，并且向PLC反馈自身的工作状态信号，当发生故障时，能够向PLC发出报警信号。由于变频调速是通过改变电动机定子供电频率以改变同步转速来实现的，故在调程中从高速到低速都可以保持有限的转差功率，因此具有率、宽范围、的调速性能。
3 设备的选型
（1）PLC及其扩展模块的选型：
目前，存在着种类繁多的大、中、小型PLC，小到作为少量的继电器装置的替代品，大到作为分布式系统中的上位机，几乎可以满足各种工业控制的需要。另外，新的PLC产品还在不断的涌现，那么，如何选择一个合适PLC？
本系统有一台电机、一个液位传感器、一个变频器、五个继电器，共有十八个I/O点，它们构成被控对象。综合分析各类PLC的特点，终选西门子公司的S7系列PLC。
由于CPU226集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点，能满足控制要求。此PLC可连接7个扩展模块，大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。26K字节程序和数据存储空间。6个立的30kHz高速计数器，2路立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可很容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有多的输入/输出点，强的模块扩展能力，快的运行速度和功能强的内部集成特殊功能。
根据上述分析，参照西门子S7-200产品目录，选用主机为CPU226 PLC一台、另加上一台模拟量扩展模块EM235。
（2）变频器模块的选型：
目前，市场上存在各种各样的变频器，本设计采用ABB公司的ABB ACS800变频器。ACS800系列传动产品大的优点就是在全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如启动向导，自定义编程，DTC控制，通用备件，通用的接口技术，以及用于选型、调试和维护的通用软件工具。内含启动引导程序，令您调试易如反掌；自定义编程：内置可编程模块，犹如PLC令您发挥自如；体积小巧：内置滤波器，斩波器及电抗器、性能。
4 系统的控制流程：
（1）程序设计前准备工作：了解系统概况，形成整体概念，熟悉被控对象、编制出高质量的程序，充分利用手头的硬件和软件工具。
（2）程序框图设计：这步的主要工作是根据软件设计规格书的总体要求和控制系统具体要求，确定应用程序的基本结构、按程序设计标准绘制出程序结构框图，然后在根据工艺要求，绘制出各功能单元的详细功能框图。
（3）编写程序：编写程序就是根据设计出的框图逐条地编写控制程序，这是整个程序设计工作的部分。
（4）程序测试和调试：程序测试和调试不同，软件测试的目的是尽可能多地发现软件中的错误，软件调试的是进一步诊断和正软件中的错误。
（5）编写程序说明书：程序说明书是对程序的综合说明，是整个程序设计工作的总结。
下面是系统设计流程图：　　5 程序结构：
本程序分为三部分：主程序、各个子程序、和中断程序（见四章）。逻辑运算及报警处理等放在主程序中。系统初始化的一些工作及液位显示放在子程序中完成，用以节省时间。利用定时中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。在本系统中，只用比例积分控制，确定增益和时间常数为：增益Kc=0.25；采样时间Ts=0.1S；积分时间Ti=30S；微分时间Td=0S。
6 PLC编程软件。
本设计使用的是软件是STEP7-Micro/WIN,该软件主要协助用户开发应用程序，除了具有创建程序的相关功能，还有一些文档管理等工具性功能，还可直接通过软件设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。
该软件可以工作于联机和离线两种工作方式，所谓联机是指直接与PLC连接，允许两者之间进行通信，如上装或下载用户程序和组态数据等。离线则是指不直接与PLC联系，所有程序及参数暂时存入磁盘，联机后再下载至PLC。

引言：随着伺服控制技术的发展，对于过去由液压马达或者变频器进行的设备，逐步被控制精度高的伺服控制系统所取代，不仅仅是因为技术，因为交流伺服控制系统故障率低，操作简单，控位精度高等优点大的提升工厂技术装备的水平，为工厂的质量控制及效益的大化创造了有力的条件。随着工业技术水平的不断提高，伺服控制也将成为传动和控制的主要方向之一。
   搬运系统在很多的行业有着广泛的应用，我们的生产线对搬运中的要求是定位准确精而且运动频繁故障率低，所以我们选择伺服系统作为控制部件。本系统采用OMRON公司的中型PLC CS1G系列和W系列伺服系统对3台交流伺服电机进行控制，其中2台伺服电机控制水平搬运，1台伺服电机对产品进行翻转。
2、硬件配置：
2.1 CPU机架：
CPU单元选用目前欧姆龙新型的中型PLC该PLC的优点在于处理速度快通讯能力强等优点，配置如下：CS1G-CPU42H,底板CS1W-BC103,电源单元C200HW-PA204,编程电缆XW2Z-500S-V、输入单元C200H－ID216、输出单元C200H－OD218；以及NT31C系列的人机界面。
定位模块C200HW－NC413，集电开路输出，4轴定位控制，高速启动性能，可以使用bbbbbbSNC支持工具(CX-bbbbbbbb),在记忆运转时可以控制100点每轴。
2.2 伺服放大器
●伺服放大器选用R88D-WT50H（5KW）、R88D-WT15H（1。5KW），再生制动电阻R88A－RR22047S。伺服放大器的选择主要是依据系统的负载转距、速度等。对于转动惯量较大的负载，要求安装外接的再生制动电阻，按照发热功率进行选择。
●伺服放大器参数设定：
Pn000：功能选择基本开关设定，电机旋转方向、控制模式 0010
Pn001：功能选择应用开关设定1，电机发生报警时的停机方式 1000
Pn002：应用编码器设定，编码器、相对值编码器 0100
Pn100：速度闭环增益，调整伺服系统的刚性


Pn101：速度环时间积分常数

Pn102：位置环增益，调整系统的相应性满足机械刚性
Pn103：惯性比率，设定机械系统的惯性和电机惯性的比率
Pn200：定位控制参数设定
Pn201：编码器分辨率设定
Pn202：电子齿轮设定，分子
Pn203：电子齿轮设定，分母
Pn600：再生制动电阻能力
对于定位控制系统，以上参数进行设定及调整，**设备机械系统的稳定运行，其它参数可以选择默认参数。
3、 软件编制
●定位模块C200HW-NC413的参数可以通过编程软件进行设定，也可以通过程序进行传送，本项目采用程序传送，目的是为了保在模块出现故障时，一般的电气维修人员即可以对模块进行换，不需要技术人员对参数进行重新设定，以下是X轴参数进行程序设定的样例，Y轴、Z轴、U轴可以参照编写，对不使用的轴参数要进行相应的修改，否则会出现错误报警。
LD P_First_Cycle
MOV(021) #D D20000
MOV(021) #500 D20001
MOV(021) #1 D20002
MOV(021) #0 D20003
'
LD P_First_Cycle
MOV(021) #60 D20004
MOV(021) #1021 D20005
MOV(021) #C200 D20006
LD P_First_Cycle
MOV(021) #0 D20007
MOV(021) #4250 D20008
MOV(021) #1250 D20009
LD P_First_Cycle
MOV(021) #0 D20010
MOV(021) #0 D20011
MOV(021) #0 D20012
MOV(021) #0 D20013
LD P_First_Cycle
MOV(021) #0 D20014
MOV(021) #2000 D20015
MOV(021) #0 D20016
LD P_First_Cycle
MOV(021) #2000 D20017
MOV(021) #0 D20018
MOV(021) #0 D20019
LD P_First_Cycle
MOV(021) #0 D20020
MOV(021) #1999 D20021
LD P_First_Cycle
MOV(021) #0 D20022
MOV(021) #999 D20023
LD P_First_Cycle
MOV(021) #0 D20024
MOV(021) #0 D20025
MOV(021) #0 D20026
MOV(021) #0 D20027
●搬运机定位控制
定位控制的方式有两种，一种是直接定位，从CPU 模块直接设置数据、速度数据，在NC模块接受动作指令时进行定位。另外一种是记忆运转，把位置数据、速度数据，等和顺序数据用支持工具或者数据传送在NC内部，按照这个顺序进行定位。本项目采用直接控制方式，对搬运机的位置进行控制，程序简单、明了，易于理解。
结束语
本控制系统运行2年来，大的提高了生产线的稳定性、生产效率，建立了柔性化生产线，满足了不同产品的生产线快速切换。伺服系统优良的控制性能，准确的定位功能，简单的操作，免维护使用，大的提高了设备的装备水平。