西门子模块6ES7223-1PM22-0XA8使用方式

西门子模块6ES7223-1PM22-0XA8使用方式

  一、引言

    电镀主要分为挂镀和滚镀。挂镀自动生产线分为环形机械或液压式自动生产线和直线式生产自动线。直线电镀自动线的制造以无锡市周边工厂较多，此外南京、北京、合肥、杭州、广东均有很多的工厂。本文就台安新型智能型SV300系列变频器应用于轻型直线挂镀自动线的行车运行情况作简单介绍。

    二、电镀设备及工作原理简介

    电镀生产线主要设备包括：机架、槽体、行车组成。槽体由退锡、去油、腐蚀、抛光、活化、电镀以及水箱组成，其中去油、腐蚀槽体中装有加热及温控装置，电镀槽中有加热、温控装置和冷却装置，冷却通过手动调节阀门达到降温目的，水箱中装有液位控制器。槽体由聚丙烯板焊接而成，槽体内部有相应的排风口、排污口、内外溢流口、进水口。行车由电机、升降导轨、水平导轨等部件组成。通常都是采用进口的可编程序控制器(PLC)对生产线各工序实施程序控制，它改写程序方便、体积小、性高。新的发展是使用PLC和计算机构成的网络系统。在行车运行方面普遍采用变频调速器控制行车的运行速度。用接近开关控制行车的准确定位。

    三、SV300应用说明

    对行车的控制具体为使上升、下降，前进、后退的动作。一个典型的工作顺序为：行车的前进或者后退，到达镀槽的位置，然下降将镀件浸没于槽中，待电镀完毕再上升。该行车的控制时序是由PLC控制的。为了实现快速平稳的控制电机的起停,该电机采用了台安SV300型变频器来进行控制,变频器的起停和速度信号由PLC给定。变频器的运行采用外部端子接线。将变频器TM2端子台的S1-S5分别接到PLC上，通过PLC控制S1、S2的通断来实现变频器的正反转和停止。

    为了使行车运行的快速和平稳动作,使用固定的给定速度是很难实现的,但是,采用模拟的给定方式控制变频器的转速方式则成本会增加很多,而且电路比较复杂,不便于实际应用,所以折中采用了变频器多段速控制的方式。SV300变频器有7级速度可以切换,使用几个外部功能端子S3、S4、S5就可以控制各段速度的切换。实际使用时采用了三段速的方式,启动时采用的速度,然后经过中速到达高速运行,接近停止位置时经过中速到低速运行,直到到达停止位置时停止。同时为了让行车快速的响应由PLC发出的启动和停止信号，要求变频器设定较短的加减速时间，并采用带刹车的电机。但由于过短的加减速时间有可能会使变频器因减流而停止，因此给变频器加上一个刹车电阻。

    主要SV300参数设置如下：1-00=1，3-00=80Hz，3-02=1S，3-03=1S，6-02=12Hz，6-03=40Hz，6-04=65Hz。

    四、结语

    直线式电镀自动线的控制是PLC，通过PLC控制使系统具有性高、抗干扰能力强、易于操作等特点。而台安SV300型变频器的应用使得行车能够快速平稳的运行，通过PLC对变频器的外部控制也使得操作非常的简单和快速。

1 前言
氧化铝作为电解铝厂的主要生产原料在我国许多厂家尤其是新建厂中几乎都是通过浓相输送系统供给电解车间的。其主要流程是：贮仓中的氧化铝经过配料计量后加入风动溜槽，之后在配套离心风机提供的高压风作用下，分别送入各个电解槽上部料箱供电解使用，废气则通过溜槽上部的排放口溢出。与其它送料方式相比，这种输送方式具有设备磨损小，寿命长，氧化铝破损率低，能耗少等优点。
兰州铝业股份有限公司浓相输送系统共分为三区，每区配有9-19№7.1D型高压风机2台，风量7376m3/h，压力11596Pa，所配电机为Y250M-2，额定功率55kw。电解所需全部氧化铝及80%的氟化盐通过长约488 m的输送溜槽分别送入两个厂房，再经过支流槽分别供入76台电解槽的槽上料箱。风量、风压调整则通过风机出口一DN400的蝶阀完成。系统自2001年底投入使用以来，为保证电解用料起到很大的作用。但是由于在系统设计时，离心风机的风量、风压通常按为系统中配置的所有电解槽同时供料，并且保系统供料速度大于消耗速度，再考虑一定的裕量来选定。而在实际生产中由于电解槽所处工况不一，多数情况各电解槽料箱需添加的料量不等，使实际用风量和风压远小于设计值，并要经常进行调整。风量、风压的调整又是采用人工控制风机出口蝶阀的开度来实现。在这种运行方式下，电机始终处于全速运转状态，系统用风量也无法根据系统工况及时调整，致使系统出现流槽堵塞，料箱排气不畅，跑料等现象，从而造成打料时间延长，工人劳动强度大，原料浪费，用料无法保证，且浪费能源。
2 应用变频调速技术对风机性能参数的影响
风机属平方转矩负载，转速n的变化，将引起电机转矩T和功率P的强烈变化。由流体力学理论可知，在只改变风机转速的条件下，风机流量与其转速一次方成正比，压力与转速平方成正比，功率与转速三次方成正比：
Q／Q0=n／n0
H／H0=(n／n0)2
P／P0=(n／n0)3
其中Q、H、P、n分别表示风机的流量、压力、功率和转速，带有下标 “0”的表示额定工况参数。
由此可知，在系统中应用变频调速技术，及时调整电机转速，风机可以响应由于溜槽输料量的变化引起的风量风压变化，同时使能耗大为降低。
3 变频调速技术在输料系统中的应用
变频调速技术是通过变频器将标准的交流电转换成频率可调的交流电，供给电机并能对电机转速进行调节的装置。变频调速技术在国内经过十多年的应用推广，得到了飞速发展。变频器已广泛应用于国民经济的各个行业，尤其在风机水泵类中显著促进了节能改造，改善了生产过程。
3.1 变频调速原理
本系统采用现场PID调节器控制变频调速风机，它具有调节精度高，响应速度快，设备稳定性好，防护等级高，操作简单，维护方便等优点，在现场运行的实践中达到了预期的效果。



变频调速装置在手动状态进行调试，经过实践摸索，确定工作风压在4500Pa，当全部设备调试完毕后转入自动状态，变频器通过采集来自反馈端的压力测定值，与给定值作比较后送入PID调节器，由变频器自动调整电机频率，进而调整风机转速，控制输料系统的风量风压，达到无人值守状态下自动稳定运行。
3.2 变频调速装置的主要配置及功能
变频调速装置与输料系统相对应，即分为三套，每套配美国AB公司生产的PowerFlex700型变频器2台，55kw， 在变频器柜体内还配有PID调节器2台以及空气开关、信号隔离器、继电器、互感器、频率表等。在风机出口设有压力变送器2台。
变频调速装置设置的主要功能有：
⑴ 手动自动设定转换
手动状态：人为设定频率（根据经验设定）
自动状态：根据反馈值闭环调节
⑵ 面板指示
频率显示，电流电压显示，运行状态显示，风管压力设定值及实际值显示。
⑶ 报警
变频器故障报警，料位高低报警。
复位按钮对变频器软故障进行复位。
3.3 注意事项
⑴ 安装环境：变频器的使用环境温度一般在0~50℃，因此，一定要考虑通风散热。
⑵ 预防干扰：为提高控制系统灵敏度，防电磁波干扰，柜内仪表和电子系统应选用金属外壳屏蔽干扰，所有元器件均应接地，连线亦应选屏蔽控制电缆。
⑶ 避免共振：为防止电机工作在风机共振点转速区，应设定变频器的回避频率及其宽度值。
4 效果分析
4.1 输料工艺效果
该控制系统投入运行后，风压始终保持在恒定的数值，大大缓解了电解槽料箱跑、漏料的现象，同时大大减少了工人处理因风压过小、过大造成的溜槽堵塞或排气箱堵塞的工作量，电解车间缺料现象明显减少，对稳定生产起到明显效果。
4.2 节能效果
打料风机变频控制系统投运前，两台55kw离心风机为76台槽和为1台槽送料时，电机所消耗的功率大体上是相同的。打料期间，电机始终运行在50HZ，电流平均80A的状态下。控制系统投运后，电机运行频率一般在30HZ，电流平均3。按功率因数0.86，每天打料时间5小时，电费0.3元/kwh计算，系统投运前3个区6台风机每年的电费为：
1.732×380×80×0.86×5×0.3×6×365=14.87万元
改造后每年的总电费为：
1.732×380×35×0.86×5×0.3×6×365=6.51万元
每年节约电费：8.36万元
5 结语
变频调速技术操作维护简单、调速范围广、控制灵敏准确、响应速度快，可确保输出量随时与工艺实际工况要求相平衡，拖动电机与负载处于的匹配运行状态，节能效果显著，同时，延长了易损件的使用周期，降低维修费用，具有很好的使用和显著的经济效益。

采暖系统担负着热量产生、热量供应和热量调节的功能，合理的采用节能技术能够减少能源消耗。

2、采暖系统构成

典型的立采暖系统由热源（如电锅炉、燃气锅炉等）、循环系统、系统构成。

目前许多地区实行分段电价政策，低谷电时段（晚上11点到早上7点）电价是其它时段的一半。随着峰谷电价分计政策的实行，采用电锅炉做热源，配置蓄热水箱，利用低谷电蓄热的采暖系统可以大幅度降低运行费用。

电锅炉蓄热采暖系统由电锅炉、蓄热水箱、热交换器、蓄热循环泵、供热循环泵、软水器、泵、温度调节阀、控制系统等构成。

**供水经过软水器处理后注入蓄热水箱。为了节省投资，采暖系统中采暖水的由蓄热水箱提供。蓄热时段蓄热循环泵、电锅炉和电动阀V2开启，同时电动三通调节阀V1工作，供热循环泵运行，在蓄热的同时为采暖系统提供热源。供热时段（非蓄热时段）除电锅炉和电动阀V2停止工作外，其它设备运行，由蓄热水箱储存的热能给系统供暖。

3、工作流程

见图二。
使用时，根据用户要求设定蓄热时段、供热时段、蓄热温度、电锅炉出水温度、供水压力、循环加压泵蓄热时工作频率等参数。
到达蓄热时段时，电动阀开启，蓄热水箱到高水位时电动阀关闭。循环加压泵按设定的频率运行，30秒之后电锅炉运行，开始蓄热。当蓄热水箱的温度达到设定温度或蓄热时段结束，电锅炉停止工作，60秒之后循环加压泵停止运行。如果在蓄热时段且蓄热水箱温度设定温度5℃，循环加压泵再次投入运行，30秒之后电锅炉开始工作。

到达供水时段时，供水电动阀开启，蓄热电动阀关闭，电锅炉不工作，循环加压泵变频调速恒压供水。供水时段电动阀一直关闭，不进行操作，以免向用户供应冷水。如果供水时段结束或蓄热水箱的水位低水位60秒，循环加压泵停止工作。

控制系统可以选择手动工作。开启供水电动阀，关闭蓄热电动阀，启动循环加压泵以变频调速恒压方式供水，约30秒之后启动电锅炉，这样以方式向用户供水。供水结束时，先停止循环加压泵，60秒之后停止电锅炉

1 引 言
一般设备或部件在出厂前都要经过喷涂处理，自动喷涂设备工作过程是通过输送链条将待喷涂物送入高温烘箱中，经过一系列烘烤过程使涂料附着在待喷涂物上，然后由传动链条送出，经工人从链条上取下检查，其合格品送入仓库。对其电气控制系统要求是能根据不同的喷涂物调节输送链条速度，从而保足够的高温加热时间，显然输送链条速度慢高温加热时间长，速度快高温加热时间短，从理论上看实现起来似乎应该是非常简单的。但是由于输送链条较长，使用单台电机拖动输送链条非常困难，在设计中一般采用两台电机，其中一台确定为主传动电机，而另一台为从传动电机。问题是如何保证这两台电机同步运行？如果两台电机不同步， 将导致输送链条出现堆积或断裂现象，致使生产无法进行，因此同步控制问题的解决在链条皮带传动中是一个关键性的问题，采用通用变频器的控制策略就可以实现主、从电机运行的同步。
2 通用变频器的控制策略
由于电机运行是受变频器驱动的，如果两台变频器的输入/输出可以调整就有可能实现主、从电机运行的同步，因此有必要对变频器的性能略作讨论。采用一般的通用变频器给异步电动机供电时，可以实现无级平滑调速，起动和停车都很方便，但是，调速时有静差，精度不高，调速范围不过1:10左右，而且也不能像直流调速系统那样提供很高的动态性能。要实现高动态性能，研究实现的控制策略，这里有两种控制策略，即矢量控制和直接转矩控制，各有特色。矢量控制系统的特点是:采用由转子磁链决定d-轴方向的dq同步旋转坐标系，把异步电机的定子电流分解为其励磁分量和转矩分量，得到类似于直流电机的转矩模型，再采取措施把非线性系统变换成两个立的转速和转子磁链的子系统，从而模直流电机分别用PI调节器进行控制。直接转矩控制系统舍去比较复杂的旋转坐标变换，仅在两相静止坐标系上构成转矩和定子磁链的反馈信号，并用双位式砰-砰控制代替线性调节器来控制转矩和定子磁链，根据二者的变化，选择电压空间矢量的PWM(SVPWM)开关状态，以控制电机的转速。值得注意的是，无论是矢量控制系统，还是直接转矩控制系统，都需要转速闭环控制，所需的转速反馈信号来自于电机同轴的速度传感器，对于系统一般都用光电码盘，其成本、安装、性都有问题，如果能取消光电码盘而保持良好的控制性能，显然会大受欢迎，这就是无速度传感器的调速系统。作为的通用变频器都希望采用无速度传感器控制。
3 主从变频器同步控制功能实现
主变频器的给定输入是位移传感器和从变频器的模拟输出的迭加，从变频器由外接电位器给定。系统启动时主变频器的输出频于从变频器的输出频率，也就是说主电机速度从电机的速度，因此链条处于拉伸状态，位移传感器根据拉伸程度相应地给出的信号逐渐减小，主变频器降速，直至终和从变频器处于同速状态。但是由于电机和链条之间是皮带传动，所以从电机会有丢转现象从而造成实际应用的主从不同步，链条有被拉伸的噪音，改进的方法是加上PG速度闭环速度控制转速死循环后，噪音几乎消失。本文选用的台达B系列变频器采用无传感器向量控制方式，具有自动转矩补偿，转差补偿功能，启动转矩在1Hz时可达150%，过载能力150%额定电流持续一分钟，输出频率0.1Hz至400Hz可调，调节范围宽，同时具有开环向量、死循环向量等各种控制方式。自动喷涂设备采用的是V/F+PG速度死循环控制，其目的就是解决其输送待喷涂物时链条堆积或断裂问题，经用户使用，效果非常好，大大提高了生产效率，有效地解决了生产过程出现的链条堆积或断裂问题。
4 同步控制变频器调速系统构成


要求使用的变频器有两路模拟输入和一路模拟输出,且两路模拟输入均接受电压信号并可迭加输入,其中一路模拟输入还可以接受负电压信号（如AUI为-10到10V）,模拟输出为0-10V的电压信号，的功能就是变频器要有速度死循环控制，如图1中的PG环节。台达变频器VFD-B为高功能向量控制泛用型，该型变频器可根据工况选择，其额定电压、功率范围为：230V/单相(0.75kw-2.2kw)；230V/三相(0.75kw-37kw)；460V/三相(0.75kw-75kw)。
VFD-B型变频器有以下特点：
•向量控制及V/F控制*MODBUS通讯格式；
•马达参数调适（Auto tuning）*参数密码锁定；
•16段速、15段可程式运转*PG速度回授控制（选购）；
•内含PID回授控制*自动调适加减速时间；
•具启动速度追踪模式*4段加减速立调整。
5 结束语
上述讨论的变频器同步调速系统已在相关企业投入运行，实际运用效果表明，与改造以前的系统相比，该系统设计安装，现场接线大大简化，调试简单，性得到显著提高。由此可以说明台达变频器转速死循环控制具有良好的动态响应特性，可以运用于自动喷涂设备及其它类似对同步要求比较高的应用场合。

随着plc在工业控制中的推广普及，plc产品的种类越来越多，其结构型号、性能、容量、指令系统，编程方法等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择plc对于提高其在控制系统中的应用有着重要作用。应用plc要详细分析被控对象、控制过程与要求,熟悉了解工艺流程后列出控制系统的所有功能和指标要求，与继电器控制系统和工业控制计算机进行比较后加以选择。plc适合于控制对象的工业环境较差，而性、性要求特别高，系统工艺复杂，输入输出以开关量为多，用常规的继电器接触器难以实现，工艺流程又要经常变动的对象和现场。其次要确定控制范围，一般讲，能够反映生产过程的运行情况，能用传感器进行直接测量的参数；用人工进行控制工作量大，操作复杂容易出错或操作过于频繁，人工操作不容易满足工艺要求的往往由plc控制。 

2 plc的选择 

2.1 机型选择 

机型的选择主要是指在功能上如何满足自己需要，而不浪费机器容量。选择机型前，要对控制对象进行下面估计：有多少开关量输入，电压分别为多少，有多少开关量输出，输出功率为多少；有多少模拟量输入和模拟量输出；是否有特殊控制要求，如高速计数器；现场对控制器响应速度有何要求；机房与现场分开还是在一起等。 

在功能满足要求的前提下，选择、维护使用方便以及性能价格优的机型。通常的做法是：在工艺过程比较固定、环境条件较好的场合，选用整体式结构的plc；其他情况则选用模块式结构的plc；对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的，一般其控制速度无须考虑，因此选用带a/d转换，d/a转换，加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求；而控制比较复杂，控制功能要求比较高的(如要实现pid运算、闭环控制、通讯联网等)，可根据控制规模及复杂程度来选用中档或机(其中机主要用于大规模过程控制，全plc的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等)。 

应该注意的是，同一个企业应尽量做到机型统一，这样同一个机型的plc模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；同时，其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；此外，由于其外部设备通用，资源可以共享，因此配上计算机后即可把控制各立系统的多台plc联成一个dcs系统，这样便于相互通信，集中管理[2]。 

2.2 i/o的选择 

plc与工业生产过程的联系是通过i/o接口模块来实现的，plc有许多i/o接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其他一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。 

(1)确定i/o点数。不同的控制对象所需要的i/o点数不同，一些典型的传动设备及常用的电气元件所需plc的i/o点数是固定的，如一个单线圈电磁阀用2个输入点，一个输出点；一个按纽需一个输入点；一个信号灯占用一个输出点等，但对于同一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，i/o点数也应有所不同。根据控制系统的要求确定所需的i/o点数时，应再增加10%～20%的备用量，以便随时增加控制功能。 

(2)开关量i/o。开关量i/o接口可以从传感器和开关(如按纽、限位开关等)及控制设备(如指示灯、报警器、电动机启动器等)接收信号。典型的交流i/o信号为24～240v，直流i/o信号为5～240v。尽管输入电路因制造厂家不同而不同，但有些特性是相同的，如用于错误信号的抖动电路等。此外，大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制逻辑部分之间都没有可选的隔离电路。在评估离散输出时，应考虑熔丝、瞬时浪涌保护和电源与逻辑电路间的隔离电路[3]。 

(3)模拟量i/o。模拟量i/o接口一般用来感知传感器产生的信号。这些接口可用于测量流量、温度和压力，并可用于控制电压或电流输出设备。其典型量程为-10～+10v、0～+11v、4～20ma或10～50ma。一些制造厂家在plc上设计有特殊模拟接口，因而可以接收低电平信号，如rtd、热电偶等。这类接口模块可用于接收同一模块上不同类型的热电偶或rtd混号。

(4)特殊功能i/o。在选择一台plc时，用户可能会面临一些特殊类型且不能用标准i/o实现的i/o限定，如定位、快速输入、频率等。此时应考虑供销厂商是否提供特殊的有助于大限度减小控制作用的模块。有些特殊接口模块自身能处理一部分现场数据，从而使cpu从耗时的任务中解脱出来。 

(5)智能式i/o。大型plc的生产厂家相继推出了解决典型工艺过程的智能式的i/o模块，例如pid控制模块等。这些智能模块本身带有处理器，可对输入或输出信号作预先规定的处理，并将处理结果送入cpu或直接输出，这样可以提高plc的处理速度并节省存储器的容量。 

2.3 存储器类型及容量选择 

plc系统所使用的存储器由rom和ram组成，存储容量则随机器的大小变化，大存储能力：一般小型机大存储能力6kb，中型机的大存储能力可达64kb，大型机的大存储能力可上兆字节。使用时可根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。 

plc的存储器容量选择要受到内存利用率、开关量的i/o点数、模拟量的i/o点数和用户的编程水平这四个因素的影响。存储容量计算的种方法是：根据编程使用的节点数计算存储器的实际使用容量。二种为估算法，用户可根据控制规模和应用目的来估算，总存储字数=（开关量输入点+开关量输出点）×10+模拟量点数×150，然后按计算存储器字数的25%考虑裕量。为了使用方便，一般应留有25%～30%的裕量。存储容量的方法是生成程序，即用了多少字，知道每条指令所用的字数，用户便可以确定准确的存储容量。 

2.4 编程器和电源模块选择 

在系统的实现过程中，plc的编程问题是非常重要的。用户应当对所选择plc产品的软件功能及编程器有所了解。小型控制系统一般选用价格的简易编程器，如果系统较大或多台plc共用，可以选用功能强，编程方便的图形编程器。如果有个人计算机，可以选用能在个人计算机上运行的编程软件包。同时，为了防止因干扰、锂电池电压下降等原因破坏ram中的用户程序，可以选用eeprom模块作为外部设备。 

对于结构为模块式的plc，电源模块和额定电流大于或等于主机、i/o模块、模块等总的消耗电流之和。当使用机架时，从主机架电源模块到远一个扩展机架的线路压降小于0.25v。 

2.5 程序设计和总装统调 

在确定控制对象的控制任务、选择好plc的机型后，就可以进行控制系统的流程设计，画出流程图，进一步说明各信息流之间的关系，然后具体安排i/o的配置，并对i/o进行地址编号。i/o地址编号确定后，再画出plc端子和现场信号联络图表，进行系统设计即可将硬件设计和程序编写二项工作平行进行，编写程序的过程就是软件设计过程。 

用户编写的程序在总装统调前需要进行模拟调试。用装在plc上的模拟开关模拟输入信号的状态，用输出点的指示灯模拟被控对象，检查程序无误后便把plc接到系统里，进行总装统调，如果统调达不到指标要求则可对硬件和软件作调整，全部调试结束后，一般将程序固化在有长久记忆功能的eprom盒中长期保存。 

3 plc的抗干扰措施 

由于plc是专为工业环境而设计的控制装置，应该具有很强的抗干扰功能，但是如果环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈或安装使用不当都不能保证系统的正常运行，干扰会造成plc误动作或使plc内部数据丢失，甚至使系统失控，所以在系统设计时，应采取硬件措施再配合软件措施，以提高plc的性和抗干扰能力。

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