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产品描述
西门子6ES7214-1BD23-0XB8型号大全
传统的饮料灌装生产线的电气设备控制系统是传统的继电器—— 接触器控制方式，在使用过程中，生产效率低，人机对话靠指示灯+按钮+扬声器的工作方式，响应慢，故障，性差，系统的工作状态、故障处理、设备监控与维护只能凭经验被动的去查故障点。且在生产过程中产生二次污染，造成合格率低，生产成本增加。而自动化生产线在众多领域应用得非常广泛，其控制部分常常采用可编程控制器(PLC)控制，它使得生产线运行加平稳，定位加，功能加完善，操作加方便。
可编程控制器(PLC)是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动化技术和通讯技术而发展起来的一种新型工业控制装置。它将传统的继电器控制技术和现代计算机信息处理两者的优点结合起来，成为工业自动化领域中重要、应用多的控制设备。电工(IEC)1987年2月颁布的可编程序控制器三稿中定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入／输出(I／O)，控制各种类型机械的生产过程。可编程序控制器及其外围设备都按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充功能的原则设计”。简单说，可编程序控制器是一个专门用于工业控制的通用计算机。
PLC顾及了工业现场的环境，具有性高、抗干扰能力强；功能完善、组合灵活；编程方便；安装、维修简单等特点。因此，在生产流水线，机床设计改造等复杂系统中，PLC代替继电接触控制已成为必然。
在饮料灌装机设备方面，美国、德国、日本、意大利和英国的制造水平相对较高。我们可以通过这些国家的饮料灌装机的发展趋势来确定我们国家于他们之间的差距，应该向哪方面发展才能缩小之间的差距，是我国的饮料灌装机尽快跻身世界行列。本文在研究了PLC的特点、基本结构和控制方法的基础上，将PLC技术引入了饮料灌装生产线，设计了基于PLC的饮料灌装设备，并在杭州娃哈哈公司得到了初步应用。
1 PLC的基本结构
PLC本质上是一台用于控制的计算机，因此，它与一般的控制机在结构上有很大的相似性。PLC的主要特点是与控制对象有强的接口能力，也就是说，它的基本结构主要是围绕适于过程控制的要求来进行设计。
一个可编程序控制器系统的基本组成如图1所示，它包括以下几个部分。
图2 饮料灌装生产线PLC控制系统工作流程
| 前言 西门子S7—200 PLC是小型化的PLC,它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7—200 PIE的强大功能使其无论单机运行或连成网络都能实现复杂的控制功能。 1 工作原理 机械手在原点位检测到工件时按启动按钮．下降电磁阀通电．机械手下降。下降到底时。碰到下限位开关。下降电磁阀断电，下降停止：同时接通夹紧电磁阀。机械手夹紧。夹紧后。上升电磁阀通电。机械手上升。上升到时，碰到上限位开关。上升电磁阀断电。上升停止；同时接通右移电磁阀．机械手右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断电，右移停止。若此时右工作台上无工件。则光电开关接通。下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时。碰到下限位开关，下降电磁阀通电。下降停止．同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到时．碰到左限位开关，左移电磁阀断电。左移停止．此时机械手经过8步动作完成一个周期的动作。 2 输入、输出端子的分配 本文的机械手控制系统所采用的可编程控制器是德国西门子公司生产的S7-200CPU214该机械手控制系统。一共使用了14个输入量。6个输出量。端子分配如表1所示。 3 自动操作程序设计 机械手自动操作流程如图1所示。下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时。碰到下限位开关，下降电磁阀通电。下降停止．同时夹紧电磁阀断电，机械手放松。放松后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到时．碰到左限位开关，左移电磁阀断电。左移停止．此时机械手经过8步动作完成一个周期的动作。 2 输入、输出端子的分配 本文的机械手控制系统所采用的可编程控制器是德国西门子公司生产的s7-200CPU214该机械手控制系统。一共使用了14个输入量。6个输出量。 |
一、系统介绍
现在的线材加工设备大多需要对加工完成的成品进行工字轮收线。过去常采用力矩电机驱动工字轮收线，但该方式能耗大，力矩电机和控制器维护成本高。科创力源充分发挥产品自身优势，在国产变频器中提出并推广了无速度编码器反馈的开环转矩方案，该方案安装用于反馈电机速度的编码器信号，也任何张力架、张力传感器等反馈信号；产品采用的转矩控制算法，通过对收卷电机工作电流的辨识和解耦，以及机内对卷径的自动计算，实现了对异步电动机的转矩控制以获得力矩电机的线材卷绕的恒张力控制性能。
二、工艺介绍：
1. 同步收线。在设备工作过程中，由于启动运行或前级处理线材的线速度给定可能随时会调整变化，所以要求后级收卷一定要时刻跟随前级当前的运行速度。若后级跟随慢了，会造成工字轮上的丝线松散甚至乱线，若后级跟随快了，可能造成成品局部的牵伸变形甚至拉断线。所以要求电机运行时力矩控制稳定且响应。
2. 空卷满卷启动或停车。在实际工作中，无论当前工字轮上线材缠绕的多少，也就是说无论卷径的大小，都会可能有启动或者停机的要求；特别是满卷时，当前的工字轮重，惯性也大，加之考虑到摩擦力，系统惯量等因素和空卷时差别很大。所以要求，电机的可以输出的启动转矩要大且稳定，并且随着卷径的变化应补偿该变化引起的实际需求转矩的变化，快速停机时制动转矩大而且输出稳定保同步性能好。
3. 全速度范围内的运行。由于机械设计时需要兼顾低速和高速时的拉伸力矩，所以转动比一旦确定下来，收卷电机可能会工作在很低的转速下（比如 1Hz），也可能会工作在很高的速度下，甚至电机会在恒功率区工作。所以要求无论负载大小，电机的速度波动要小，低速或弱磁区工作时转矩输出大且稳定。
4. 排线。通常成品线材是层绕在工字轮上的，在工字轮的横轴上，线材应该一圈一圈平行紧密地从横轴的一段到另一段排列在一起，实现一层；再逐层地加厚后实现一卷成品。这就要求有一个排线装置来完成线材在横轴上端到下端往复的排列成品线材。根据机械设计的要求，排线的实现有很多种方案，比如机械，变频，或伺服等。
5. 急停。当设备运行过程中，若出现紧急情况，要求整个设备尽可能快地停下来。这时候拉伸和收卷电机处于快减速的状态，要求停机过程结束后丝线不会被拉断，这样才可以保证下次可以顺利启动。
三、科创力源产品的特点：
1. 收卷采用转矩开环控制，外加速度反馈的编码器信号，节约成本且免除外界干扰，保证工作时不会因为反馈受到干扰停机，断线，速度波动。收卷转矩控制精度高，可准确提供用户需要的张力并且对张力给定响应，保证加工的材料粗细均匀。收卷部分启动停机平滑，尤其是低速下张力控制稳定，收卷的线材不会被拉细或者拉断。
2. 转矩输出能力强，在全速度范围内可持续提供额定或者至 2.0 倍额定的转矩，对收卷盘径适应能力强。采用的转矩电流识别算法，可以根据当前的盘径大小，自动补偿转动惯量，滑动时的摩擦力，采用智能收卷卷径识别，识别精度高，抗绕动能力强，从而从根本上保了线材加工时提供前后一致的张力控制特性。
3. 替代原有的力矩控制仪加上力矩电机方案，采用变频器和普通异步电机方案时，原有的操作习惯不变。
4. 节能效果明显且使用，原来的力矩电机发热带来低效以及易坏，现在的变频器方案可以保的力矩输出，无额外的热能耗，延长了整个系统的使用寿命。
四、总体方案概述：
收卷部分选型：
CM50-H-4T**(不支持卷径计算)
CM60-T-4T**(支持卷径计算)
采用矢量控制模式下（P0.03=4）的转矩控制方式（Pd.00=1）。
为了保证在力矩电机收线改造过程后工作正常，需要重新将电机轴侧负载脱开后旋转自整定;建议用户在替换力矩电机改造时,变频电机的数应和原力矩电机数保持一致,以避免改造后的异步电机运行速度过高。
若只做线上的恒转矩控制时，通过模拟量给定目标转矩即可实现；若考虑到随着工字轮上的收卷卷径不断变化而线上的转矩给定自动变化，还需要做线上恒张力控制，需要送入前级运行的当速度，变频器机内可自动计算当前卷径，这样模拟量可直接给定目标张力
二、工艺介绍
1. 穿模。实现整机启动工作之前，通过手工将原材料打磨并逐级通过模具。一般通过脚踏开关实现电机点动低速转动，同时采用工具将丝线从模具的牵拉到后端，通过模具后的丝线为了能够通过下一级模具，先要将其打磨或拉细，后才可以通过下一级模具。在这个工艺环节里，要求电机在启动和低速运行时力矩大且稳定，运行转速稳定，而且在减速停机时电机没有反转。
2. 拉伸。手工完成穿模以后就可以通过逐渐加大电机转速实现连续的拉伸过程了。注意直进式拉丝机的拉伸通常是由5 台以上的电机逐级同步运行实现的。在实际运行过程中，电机的运行速度范围会比较大，甚至电机会在恒功率区工作。在这个工艺环节里，要求无论负载大小，电机速度波动小，低速或弱磁区工作时转矩输出大且稳定。特别要注意的是，用于拉伸的电机运行时刻保持彼此同步；而每台电机所驱动的转鼓附近都有一个气臂，气臂的上下行程位置反馈当前电机转速是否和前后级同步的 0~10V 模拟量，通常变频器引入该模拟量作为 PID 调节的反馈，给定即为 5V 平衡位置；这也就要求经过 PID 调整后的电机运行响应快速且稳定。
3. 收卷。收卷部分是一台立的电机驱动，和拉伸电机之间没有任何的机械连动关系。经过拉伸后的成品需要同步地缠绕在工字轮上，在整个工艺过程中，无论启动加速、停机减速，任何线速度下的恒速运行均要求收卷电机和拉伸电机的运行转速同步，否则就会出现丝线拉断或者缠绕乱线等异常。在这个工艺环节里，要求收卷电机调速响应快，速度控制。4. 排线。通常成品线材是层绕在工字轮上的，在工字轮的横轴上，线材应该一圈一圈平行紧密地从横轴的一段到另一段排列在一起，实现一层；再逐层地加厚后实现一卷成品。这就要求有一个排线装置来完成线材在横轴上端到下端往复的排列成品线材。根据机械设计的要求，排线的实现有很多种方案，比如机械，变频，或伺服等。
5. 急停。当设备运行过程中，若出现紧急情况，要求整个设备尽可能快地停下来。这时候拉伸和收卷电机处于快减速的状态，要求停机过程结束后丝线不会被拉断，这样才可以保证下次可以顺利启动。
三、科创力源产品的特点
1. 拉伸电机同步性能优良。多台用于拉伸的电机在启动，加速，低速和高速运行，减速以及停车时运行同步，每级模具间的线材无打滑，在整个调速范围内张力稳定。
2. 收卷部分的同步控制优良。在实际应用中，收卷部分一般采用两种方式：有张力架收卷和无张力架收卷。在有张力架的收卷方式下，张力架上的动滑轮的位置反应了拉伸部分和收卷部分同步运行的一致性和保持线上张力大小的稳定性。一般当收卷速度快于拉伸速度时动滑轮会上移，反之会下移。由于科创力源拉丝机变频器内置速度同步的算法，并发挥了变频器转矩响应快，稳速精度高的优点，保证了启动时无论动滑轮当前位置如何，可一次到达平衡位置无摆动；运行时无论当速度和工字轮卷径大小，动滑轮均稳定无摆动。在无张力架的收卷方式下，收卷变频器通过的转矩控制，直接控制线上的张力大小为设定张力，并且可以不安装速度反馈编码器和PG卡实现开环恒张力控制，安装方便，降，维护简单。
3. 点动穿模时操作顺畅。由于穿模时需要频繁点动，所以拉伸电机处于静止、加速、低速运行、减速、静止等状态下的反复切换；在拉伸线径较大的情况下，启动瞬间的电流可能非常大，此时科创力源变频器低速下大力矩输出以及优良的电流限定能力可以使得走线平稳、不跳闸；在拉伸线径较小的情况下，启动不平稳或停机电机有倒转均会导致丝线断，此时科创力源变频器根据实际应用经验设计的起停特性可保证手工穿模的成功率大大提高。
4. 对该行业的特殊要求有丰富的经验。比如急停时要求拉伸和收卷要同步快速减速，此时收卷部分是一个大惯量负载的特性，一般要通过能耗制动的办法停车。科创力源变频器可以在整个系列内置制动单元，还可以提供整个系列共直流母线的解决方案；再比如由于材料或机械的原因突然断丝，科创力源变频器可以检测到断丝并自动停机，发出告警信号等待检修，排除故障后可继续运行，变频器的内部控制参数可保持稳定连续，不会受到以前断线的影响，从而保证前后控制特性的一贯良好性。（在该行业大量使用的国内某的产品就存在上述问题）
5. 同步速度给定方式灵活多样。可以提供多种用于拉伸前后级同步速度给定方式：模拟量级联，高速脉冲级联，MODBUS 模式下的上位机通讯，带 PROFIBUS 总线适配器的上位机通讯；
四、总体方案概述
拉伸部分选型：CM50-4T**-T0
收卷部分选型：CM50-4T**-S0 (有张力架方式)
CM60-H-4T**(无张力架方式，卷径计算)
CM60-T-4T**(无张力架方式，需要卷径计算)
拉伸部分的同步实现基本原理如下：后一级跟随级的速度变化，后一级拉伸电机的运行速度给定采用复合控制;主速度给定是由前后级的线材流量计算确定的，气臂运动的当前位置的模拟量反馈和平衡位置做 PID 调整后的输出作为辅助给定；级的运行速度直接为设备运行的线速度给定。
有张力架方式的收卷部分采用速度控制，其速度给定采用复合控制，主速度给定是前级运行的当速度，张力架上的动滑轮的当前位置的模拟量反馈和平衡位置做 PID调整后的输出作为辅助给定；
无张力架方式的收卷部分采用转矩控制，若只做线上的恒转矩控制时，通过模拟量给定目标转矩即可实现；若考虑到随着工字轮上的收卷卷径不断变化而线上的转矩给定自动变化，还需要做线上恒张力控制，需要送入前级运行的当速度，变频器机内可自动计算当前卷径，这样模拟量可直接给定目标张力。
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