- 浔之漫智控技术(上海)有限公司
- 服务热线：
15221406036
产品描述
西门子6ES7223-1PM22-0XA8保内产品
如图2所示可通过多种调整变化的形式逐渐到达定位点，我们希望获得图中标示为1的单调变化模式，不希望出现标示为2或3的振荡波形，标示为4的调整模式会形成不到位故障或伺服系统随动误差大、调节时间延长等现象，影响整机的速度匹配和控制精度等。图示出的常用的动态性能指标有：上升时间tr、调节时间ts和调量σ%。其中上升时间tr反映了系统的动态灵敏度和系统过渡过程的快速性；调节时间ts又称过渡过程时间，是衡量系统快速性的主要指标；调量σ%是反映在系统过度过程进行得是否平稳的指标。
4.2在系统调试时,可通过对系统动态性能的这些指标进行在线软件测试、相关数据分析得到系统参数应调试的值,如：SIMATICSTEP7软件针对SIMATICS7-300FM354SERVO模块的DB1200中的参数和数据进行调节，实现控制精度、运行速度等的优化配置以及在线伺服系统的监测，系统分析关键参数的走势，如运动调量的变化、速度及电流值的变化，从而调节使伺服系统达到理想状态。如确认伺服系统运动执行元件对上位机的指令执行偏差情况，可采用指令偏差的自动或手动模式进行调整，适当优化伺服控制器和伺服电机的设定参数，对SIMATICS7-300上位机及SIMATICS7-300FM354SERVO模块伺服控制参数的设定和调整等，也可选用特定的调试软件来辅助设定和调整控制参数。如：速度指令调整增益、速度环路增益等增益参数的调整，来获得优化参数和控制效果，由于伺服系统带负载运行时存在系统与负载动态匹配的问题、存在参数时变、负载扰动以及伺服电机自身和被控对象的严重非线性、强耦合性等不确定因素，在线修订模糊控制的数学模型和控制敏感参数，相应的PID控制参数，以实现系统无调和振荡现象。如：货架冷弯机组在设计时会考虑使用多板厚同规格的系列产品、或通过不同的冷弯工艺在一条生产线上生产不同规格尺寸的货架产品，故交流位置伺服系统的负载的大小和性质会发生多种变化，甚至相同规格卷料在换后也会造成负载的不稳定与变化,这种变化将使系统的性能特别是动态性能变得复杂，使运动定位出现振荡、调甚至于不能稳定运行，在调试现场测定系统所带负载的动态性能指标和伺服系统在线带负载时的动态性能指标,在调试过程中对系统进行动态性能分析与测定,并凭经验由人工进行现场在线修正与调试，调试现场也需要配合相当的人力进行相关数据的收集整理、数据分析处理等。
4.3主要完成以下工作：1）、实时采集数据,即测试带载系统的动态性能参数,如实际速度、实际位置参数等，主要是通过一些的参数单元、计算及软件，通过使用这些工具和手段进行有关参数的设定、监控、波形显示、I/O检查监控、在线调整、运动参数的与处理等。2）、辅助作图,把这些参数用曲线形式表示出来,如画成速度响应曲线、位置响应曲线等；3）、求出系统的动态性能指标,如:上升时间tr、调节时间ts和调量σ%等。4）、根据系统动态性能指标的走势，重新制订交流位置伺服系统的性能在线调试方案，5）、事实上可以实现伺服定位控制稳定在编码器一个角脉冲波动范围上，并稳定实现运动控制。如：我公司选用的编码器为2000p/r，测量辊周长为300mm，货架组件的孔位控制精度理论上可实现±0.075mm，考虑到冷弯卷料的表面平整度等其它因素的影响，其实际孔位控制精度要低些；根据从生产现场采集到的数据分析，实际孔位控制精度σ达到±0.10mm以内，且误差基本符合正态分布规律，从根本上也保证了总长度上的累积误差小，基本稳定在6σ以内。交流伺服系统运行速度可达60M/min以上，整机匹配运行速度可达到20M/min以，大地提高了冷弯型钢产品的生产制造品质、生产效率和应用范围。
4.4系统的机械控制精度对电气系统的控制精度存在一定的影响,可通过电气上的通电保持和实际的转矩平衡、适当的机械定位抱闸及加工原料的平整度等方面进行综合控制以缩短系统的在线调试时间和周期，为保证冷弯组件的质量和生产成本，还定期对旋转编码器测量辊的磨损进行校准修正、相关外围设备参数变化或调试过程中的机组再调整、设备的维护保养等，从而尽量在很多场合达到较位置控制的要求。并根据具体产品进行参数优化和性能分析，以提高系统的广泛适应性。
5、结论
运用SIMATICS7-300可编程控制器在在线预冲孔冷弯成型生产线中的具体应用及编程设计、调试。基本可实架立柱的孔位误差控制精度要求，该系统经过实际在线调试和运行表明，整个系统设计合理，控制精度高，运行，减小了操作人员的劳动强度，提高了生产效率。将在线预冲孔冷弯成型生产线的生产效率和产品质量提升到了一个新的层次，应该说其整体规划设计思路和具体应用调试过程是成功的。
3、系统PID参数分析与整定
3.1PID参数：鉴于货架冷弯型钢冷弯生产线的具体生产过程的间断性特点，有利于采用现场经验整定法有效PID参数并能达到一个较好的控制效果，初期PID比例参数按经验数据设定，并依先比例，后积分，后微分的顺序进行PID参数调整，在观察现场控制过程、过程值及运动控制精度的测量比较的同时，慢慢的改变PID参数值并反复凑试，直到运动控制精度及其稳定性符合要求为止。PID整定参数确定后，并不能说明它永远都是的，仍然会受外界扰动而发生根本性的改变并要求重新根据需要进行参数的整定，实际过程中可以发现输出与误差的关系式如下所示：
上式中，U(n)为n个采样周期的控制输出；e(n)为n个采样周期的位置误差；n为正常采样周期；为微分采样周期；kp为比例增益；ki为积分比例增益；kd为微分比例增益。PID控制系统调节输出就是为了保偏差值e为零，使系统达到一个预期稳定状态。
3.2控制系统参数的整定：主控PLC程序中的PID参数整定及系统运动分析，看给定的参数是否符合控制系统的要求，该过程需用参数整定实现。参数整定的主要任务是确定kp、ki、kd、采样周期n及微分采样周期；比例增益kp提供了一个与位置误差成正比的输出，比例系数kp增大，使伺服驱动系统的动作灵敏、响应加快，而过大会引起振荡，调节时间加长；积分比例增益ki提供了随时间增长的输出，因此保了静态位置误差为0，积分系数Ki增大，能系统稳态误差，但稳定性下降；微分比例增益kd提供了与位置变化率成正比的输出，起到了前控制的作用，减小了系统的调，保证了系统的动态特性良好，微分控制kd可以改善动态特性，使调量减少，调整时间缩短。采样周期的选取应远小于对象的扰动周期、应比对象的时间常数小得多、应考虑执行机构的响应速度、对象所要求的调节品质等，实际上尽量选取小量值；具体整定过程需要根据PID参数来现场的适应参数和现场的实际调整设定，由于系统主控PLC程序中的PID参数不能实现实时在线调整，需要根据不同的产品或负载情况分别整定，并在生产工具过程中通过触摸屏分别输入整定值来实现有效控制，否则易形成位置控制过程的调或振荡等现象。
4调试要点及注意事项
4.1交流位置伺服系统的动态性能是冷弯设备在线调试过程中的重要阶段，直接决定了冷弯设备的工作性能和产品的孔位精度分布规律和控制精度。如货架冷弯机组中的伺服系统的控制要求很高,不应有任何振荡和调,否则会造成货架组件的侧立面孔位误差大，孔位分布不均匀，严重影响货架的装配精度和使用性能，降低成品率，增加生产经营成本。货架冷弯机组中的伺服定长送料为断续送料模式，其送料的长度与配套设备的加工时间决定于交流位置伺服系统的运动节拍，控位精度及交流位置伺服系统的动态性能等，其动态性能一般可由系统在单位阶跃输入信号作用下的时间响应曲线来描述。
1、引言
1.1随着市场对冷弯型材需求量的不断增长，特别是对有孔冷弯型材的需求，在线预冲孔冷弯成型生产线的设计和制造技术也需要不断发展与成熟，如：在线预冲孔孔位分布的演变、产品品种的多样化和小批量化要求、材料利用率的提升和设备的易操作等方面均对设备的复合化和电气控制技术提出了高的要求，本文拟就SIMATICS7-300PLC在在线预冲孔冷弯成型生产线中的具体应用和软硬件设置、主要程序的组成功能、PID控制原理及系统调试等方面进行探讨。
2、PLC系统配置
2.1根据在线预冲孔冷弯成型的产品加工工艺、单机功能配置及运动分析、设备的操作与维护保养等方面的要求，本机组电气控制部分采用西门子S7-300PLC，PLC与监控系统以及各从站之间的通讯采用PROFIBUS-DP现场总线方式；冷弯成型机组的主动力由SIMENS公司6RA28系列直流调速控制器和直流电机实现，为了减少故障排除时间，整线电气控制系统有启动提示、故障报警、自动停机，并通过汉字显示终端，显示部分故障的详细内容及提示。
2.2PLC硬件配置：1）、处理单元选用SIMATICS7-300CPU315C-2DP一块，它具有大型的程序存储容量，并有PROFIBUS-DP主/从接口，可以配制成分布的自动化结构，易于今后的系统扩展。2）、伺服电机定位模块SIEMENS6ES7354一块，3）、SIMATICS7-300OP27一块，4）、继电器输出单元SIEMENS6ES7322五块，5）、SIMATICS7-3006ES7FM350高速计数模块一块，6）、SIMATICS7-300PS307电源模块一块，7）、接口模块IM153二块，8）、数子量输入输出模块SIEMENS6ES7321十块，9）、人机界面TP170A一块，方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，实现从S7-300中数据，S7-300按用户的刷新速度传送这些数据，S7-300操作系统自动地处理数据的传送。10）、PROPHBUS网站一套等。
2.3程序设计：SIMENS公司的S7-300PLC程序主要采用结构化的设计方法，各主要功能块如：PID控制、故障处理、TP170A的通讯接口等均用子功能块FC实现，需要时在主程序OB1中调用，程序结构见图1，下面主要通过Profibus-DP总线进行通信和控制的交流伺服控制系统来说明S7-300PLC的软件设计，其程序主要有OB100、OB1、FB40和FB41组成。
2.5OB1是主程序块，根据实现的各作业功能编写出显示块、参数设置块、工作运行块、自动循环块、动力组调整块等。这块程序块由OB1调用，实现整体和程序的协调运行，包括功能FC32、功能块FB40、功能FC37和背景数据块DB40等，其中FC32的功能是定期的读和新来自总线上的背景数据块的数据；功能块FB40是控制伺服控制器的主要程序块，它将完成伺服控制器的初始化和位置控制，主要包括功能FC40和功能FC41；FC40主要完成轴的初始化；FC41是整个伺服控制系统的部分，能够实现诸如速度命令、位置命令、力矩命令、原点复归命令以及从总线上读取伺服控制器的反馈值等控制；FC37是复位模块，能总线的错误信息并产生一个复位命令使伺服控制器重新复位；DB40是功能块FB40的背景数据块。
2.6FC30是FC40的子块，完成从PLC到伺服控制器的命令传递，检查命令是否被正确执行并对错误进行处理；FC31是FC41的子块，对FC41的完成情况进行诊断并传递给总线；FC33和FC34是功能块FB40的附属，前者对当前伺服控制器的状态进行检查，以便下一个指令的发送；后者处理多个伺服控制器的同步问题（在实际冷弯产品中存在多工位在线伺服控制模式）等。
2．系统的优化
为了使PLC能够快速执行PID算法，并实时刷新计算输出，我们选用PLC9030中的模块CPU351来完成。利用PLC编程软件LogicMaster提供的梯形图功能，来实现防喘振算法和相关联锁逻辑功能。
现场导致压缩机停车的条件很多，在控制系统改造前还经常出现原因不明的意外停车,此次改造，我们在软件中增加联锁停车事故信号的捕获功能，使压缩机停车原因具体、明确，便于事故分析，收到很好的效果。
为了便于现场操作和维护，将PLC硬件和工艺操作用的触摸屏均安装在防爆控制柜上，将防爆控制柜安装在压缩机附近的现场操作室里。
b、防喘振控制系统的特点
PLC系统选用GEFanuc的9030系列控制系统，性能优良，。
PLC系统具有双机热备功能，实现PLC主机冗余、电源冗余、通讯模块和通讯总线冗余，主机、从机可无扰动切换，增加了系统的性。
上位机与PLC之间通过10Mb/S的高速以太网ETHERNET实现数据的采集和传输，保的高速、。
系统具有强大的通讯功能，支持多种通讯总线协议，具有开放的网络结构，可与其它厂家的PLC和DCS进行通讯。
系统具有容错能力和强大的自诊断功能。
PLC的微处理器选用的INbbb处理器，系统运行速度高，可达0.22ms/K指令。能快速执行PID算法，并实时刷新计算输出。
PLC具有功能强大的梯形图编程软件LogicMaster，可实现防喘振算法和相关联锁逻辑功能。
联锁停车事故信号的捕获功能。
结束语
新的防喘振控制系统自投用后，运行效果一直很好，压缩机没有发生喘振现象，压缩机停车原因明确，机组运行加平稳，达到了设计要求，显著的经济效益。
每个控温点占用一路模拟量输出，急冷变频器占用一路模拟量输出，执行器采取开度定位方式。
因此温度控制占用：
8 路模拟量（输入、输出）。
3.1、3相关风机部分
3.1.3、1排烟风机控制
排烟风机一用一备，二者逻辑上互锁，电气控制采用两套立的星-三角控制，每套占三个开关输出点（主、星、三角），占三个开关输入点（启动、停止、故障），因此排烟风机控制占用：
6点开关输入：（启动、停止、故障）*2。
6点开关输出：（主、星、三角）*2。
3.1、3.2助燃风机控制
助燃风机一用一备，二者逻辑上互锁，电气控制采用两套立的星-三角控制，每套占三个开关输出点（主、星、三角），占三个开关输入点（启动、停止、故障），因此排烟风机控制占用：
6点开关输入：（启动、停止、故障）*2。
6点开关输出：（主、星、三角）*2。
3.1、3.3急冷风机控制
冷风机快慢由变频器调整，通过PLC内部PID运算输出4-20mA标准信号，来控制变频器的输出频率。同时在人机界面上也可以实行手自动切换进行控制。因此急冷风机占用：
5点开关输入：急冷A启动、急冷B启动、急冷停止、急冷A故障、急冷B故障
2点开关输出：（运行控制）*2。
1点模拟输出：频率调节（手自动调节）。
3.1、3.4抽热风机控制
抽热风机一用一备，二者逻辑上互锁，但电气控制采用两套立的星-三角控制，每套占三个开关输出点（主、星、三角），占三个开关输入点（启动、停止、故障），因此抽热风机控制占用：
6点开关输入：（启动、停止、故障）*2。
6点开关输出：（主、星、三角）*2。
3.1、3.5快冷风机控制
快冷风机一开一备，直接输出控制，因此占用：
6点开关量输入：（启动、停止、故障）*2。
2点开关量输出：（运行控制）*2。
3.1、3.6轴流风机控制
轴流风机：0.18kw8台，直接输出控制，因此占用：
3点开关量输入：启动、停止、故障。
3. 控制方案
炭素振动成型机的整个流程可分为下料、装料、挤压脱模和冷却输送四个过程。在整个振动成型过程中，温度、压力、振动频率、振动时间和推出速度对产品的质量起着至关重要的作用。
与一般小型PLC编程软件不同，SunyPLC200编程软件提供了符合IEC61131-3标准的FBD、LD、SFC、IL和ST全部五种控制语言，不同的控制方案可以根据编程需要或技术人员的需要用任意一种语言来实现。
3.1. 下料
混捏好的糊料从圆盘螺旋下料机部加料口加入，经分料器的上部锥体分布在圆盘上。在下料前，检查判断糊料斗称量车是否在圆盘螺旋下料机的下方等待接料，然后控制变频器输出驱动圆盘螺旋下料机电机的螺旋转速，对糊料斗称量车下料，下料过程由快到慢以满足炭块的重量。炭块的重量可根据产品的类型、要求通过SunyHMI200给定。
3.2. 装料
装料前PLC检查判断模具到位、模具爪夹紧到位、重锤上升到位、重锤爪夹紧到位等信号，然后打开糊料斗称量车的抱闸驱动小车送料，行走到模具口上方时停止行走关抱闸，然后糊料斗称量车底开门把称好的糊料放入模具中。
3.3. 挤压脱模
挤压脱模是振动成型的过程，主要包括振动挤压和脱模两个过程。控制方案的合理性对能耗、质量和产量起着举足轻重的作用。
振动挤压：SunyPLC200检查判断糊料斗称量车存在返回到位信号，然后重锤爪松开并到位，重锤下降并到位，开始驱动两台振动电机带动偏心振子转动，不平衡质量回转引起惯性力迫使振动台振动。由于两个振动器转动方向相反、同步，使它们的惯性合力水平方向为零，只有在垂直方向产生激动力。振动台上的模具和装在模具内的糊料都处于强烈的振动状态。虽然振幅不大（1～2mm），但振动频率很高（40～50HZ），产生大大过重力加速度的加速度，因此糊料颗粒质量大小不同，获得的惯性力也不同，颗粒界面间产生应力，而这个应力过糊料的内聚力，便产生相对位移。同时，在强烈的振动下，糊料颗粒间的内摩擦力及糊料与模具壁之间的外摩擦力也急剧下降，糊料便具有重液体的液体性质，跳跃着的糊料充填到模具的各个角落，较小的颗粒充填到大颗粒间的空隙中去，从而得到具有规定形状的高密度程度的产品。振动时间过短，则糊料密度低。振动时间过长，则浪费能源且降低产量。因此，不同的炭素，不同的产品，应设定合理的振动时间。铝电解用预熔阳炭块振动时间为1～2分钟。
脱模：输出信号驱动重锤上升并到位，重锤爪夹紧并到位；模具爪松开并到位，驱动模具上升且到位。
3.4. 推出输送
炭块推出：驱动推出器从振动台推出炭块，在推出过程中对产品的高度进行检测，用来测试产品的质量。
冷却输送：被推出的产品马上在凉水中冷却，防止产品冷却的弯曲和变形。冷却时间应根据季节、产品直径大小、冷却水的温度确定。冷却完成后，驱动板式输送机输送炭块到炭块堆场，检查合格后堆放。
4. 操作管理
SunyHMI200通过ModbusRTU协议可以将SunyPLC200的有关数据实时显示出来，而操作员也可以通过功能键实现对生产的干预。
对SunyHMI200的画面设计是通过SunyHMI200画面编辑软件来完成的。在进行设计之前，需要与设备操作人员进行深入的探讨，以便达到监视容易、操作方便的目的。
3. 系统功能
3.1 联锁控制
按照细纱机的工艺要求实现自动控制，包括低速运行、高速运行、吹吸风、落纱等过程。落纱分为自动落纱和中途落纱两种方式。中途落纱是为了方便操作工中途休息、吃饭等而设置的，是一项“暂停工作”的功能；自动落纱分为定长落纱和定时落纱，定长落纱就是当纺纱长度达到预设值的时候自动进行落纱，定时落纱就是当纺纱的时间达到预设值的时候自动进行落纱。自动落纱的方式以及落纱时间或者长度均可以在SunyHMI200上进行设置，而在设备掉电时SunyPLC200也能够将这些数据保持。
根据实际情况，控制程序中增加了各个过程、设备之间的联锁保护功能，使生产过程加。控制程序逻辑合理性强、性高、柔性好、功能完备。可自动完成纺纱、锭子运转曲线和集体落纱的控制。
3.2 生产管理
在生产过程中对各种工艺参数自动进行计算，包括锭子转速、牵伸倍数、细纱号数、细纱捻度、千锭小时产量等。计算得到的参数都实时在SunyHMI200上得到显示，以便于对生产情况进行监控。下图为SunyHMI200组态图
产品推荐
