无锡西门子中国一级代理商变频器供应商

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一、自动焊机的设计与原理

(2)工作原理　采用转动端夹紧工件，另一端紧工件的方式，双头CO2焊相对不动的原理与CO2/MAG焊接电源匹配实现工件环缝的焊接。

按下启动按钮→托料盘上升到位→待焊阀体、法兰件分别放在定位盘及托料盘上→气动尾到位紧工件→调整好焊位置和角度→调整好焊接速度、焊接电流、电压及有关参数→工件旋转→自动焊接→焊接完毕，气动尾松开→卸下工件、进入下一个循环。

二、阀体与法兰双环缝自动焊接实例

(1)阀体与法兰材料为 A105、其熔炼分析和产品化学成分见下表：

(2)锻钢承插焊闸阀、阀体与法兰焊接组合件规格、尺寸见图2。

(3)焊接工艺　焊材选用牌号：GB/MG—49—1，型号：GB/ER—49—1或 ER70S—G。焊丝选用规格：φ1.2mm、电弧电压20～30V、焊接电流200—300A、气体流量20～25L/min。

(4)双环缝自动焊接结果　一次性焊接完毕，成形后的焊缝外观美观、流畅、整齐划一，内在焊接质量经RT检验无任何焊接缺陷。

三、新旧焊接设备与方法的对比

仅以型号为Z41H—40FB—50的阀体与法兰组合件为例进行焊接对比：以往的阀体与法兰组合件焊接通常是在定位机床上，先固定阀体与法兰位置，用焊条电弧焊或手工钨氩弧焊进行三点定位焊，然后夹持在焊接变位器上用手工钨氩弧焊进行环缝焊接，焊层为2～4层。一面焊接完后，再调换位置焊接另一面，一位熟练的焊工需要9～10min才能将一套组合件焊接完毕。这样的施焊过程使得焊工劳动强度大、生产效率低，并受人为的操作技能影响，焊接质量得不到保证，外观焊缝成形差，费工、费时且增加了焊接成本。

现在使用卧式双环缝自动焊机，只要把阀体与带孔法兰在焊接机床固定、夹紧后，就可进行双双丝同步环缝焊接，并且定位准确，两边法兰平行度误差小。焊接时间只需1.5min，一次性完成全部焊接过程。

四、经济效益

以规格为50min阀体与带孔法兰为例：原组焊一套阀体与法兰固焊工时费用0.34元，组焊工时费用1.53元，气消耗费用0.82元，现用双环缝自动焊机焊接，把两道工序合并为一道工序完成。焊接工时费用为0.65元、气消耗费用0.3，计每套可节约人工费用1.22元、节约气消耗费用0.50 元，按年组焊各种规格阀门8万套计算，其他项目不计，仅生产成本费用就可节约10万元左右，而此焊机购进费用仅用了9.4万元。原手工钨氩弧焊组焊阀体与法兰件返修率一直在3％左右，现使用机床组焊返修率降到1％以下，为此每年可以节约返修费用达1万元以上。由此可见，其经济效益是非常可观的。

五、结语

清洁、、和自动化是焊接技术长期追求的目标，用CSW—500卧式双环缝自动焊机替代传统的手工钨氩弧焊，阀体与法兰的单丝焊接是实现这一目标的开始，它对于阀门行业小型锻钢阀体、法兰组合焊工序是一种新没备、新工艺、新方法，适于批量焊接。除具有省工、省时及焊接操作技术要求不高的特点外，在工作中也减少了强烈的弧光和有毒烟尘对焊工的危害，大大减轻了焊工的劳动强度，改善了工作环境，并使焊接生产效率提高3～4倍。焊接机床操作简单、维修方便，具有较高的工艺稳定性，显著提高了焊接质量。此设备的生产和使用为阀门行业焊接领域提供了良好的发展空间，使阀体与法兰组合件焊接质量产生质的飞跃，是值得大力推广和使用的。

    双变频伸线机为电线电缆的主要加工设备，它的加工对象主要为金属铜、铝、以及铜包铝等。简单工作流程：通过主拉电机，控制机械机构传动内导轮，牵引金属线经过多道拉丝模，逐级牵伸，达到产品目标直径输出目的。为保产品质量，通过张力杆动态平衡，达到调节丝线直径均匀的目的。保证张力杆的平衡，是保证线径均匀，保证好的产品质量的先决条件，而张力杆的平衡稳定度，由卷绕电机的速度决定，为了实现其动态平衡和稳定，卷绕电机速度控制使用简单的开环控制和普通PID调节是远远达不到要求的。因此，现有市场上针对此，有不同的控制方案：

    1、使用PID控制板：PID控制板有不同的应用形式，部分国产甚至国外的变频厂家，在早期为推广使用其变频器，专门制作了PID反馈板，在应用时，由于作为一个变频器的附属产品，通用性较差。而部分拉丝厂家工程师在深入研究了拉丝机的各项性能和功能后，也有推出针对拉丝设备的PID控制板，很多方案甚至使用人性化界面设计，此类控制方案通用性较强，也应用较广，但是控制板的电子元器件参数调试不够方便，为达到调节稳定度的目的，让直接客户在使用过程中不断进行参数修正以优化性能。而部分硬件实现的PID控制板由于电子元器件随温度等外界环境的变化而变化，导致PID参数变化，需要随时维护。

    2、使用外部PLC控制：这种方式的控制多见于部分大型拉丝机制造厂家，PID算法与PLC内部集成，稳定性比较好，也比较，但是PLC的应用增加了系统本身的造价和成本，在综合考虑成本和性能上面，此方案的选择并非选择。

    3、使用单片机控制系统：单片机系统可做到控制的人性化，将系统PID功能集成于MCU的软件里面，通过友好人机界面，实现拉丝设备方便操作，方便维护，但是此种方案涉及到比较复杂的软硬件开发，而且开发周期较长，难以推广。

    4、使用拉丝机卷绕变频器。拉丝机变频器的较早出现于国外和我国的，将卷绕功能的前馈PID集成于变频器的软件算法，通过优化的参数设置，便可实现稳定的运行。这种方式是市场上应用广，也是值得推广的方案，但是此种方案的国产变频器在早期的推广遇到了不小的阻碍，主要是由于产品本身的性能和稳定性达不到部分现场的要求，部分客户暂时难以接受。随着国产变频器的应用逐步深入场合，其稳定性和使用性能也被已经被市场接受，加上国产变频器的服务到位，较之国外长家有不小的优势，也使国产变频器的市场份额越来越大，使用越来越广。

    二、四方E380产品功能特点：

    E380系列变频器是四方电气技术有限公司于2007年年初推出的集成型产品，在E350系列的基础上，改进完善了硬件和软件设计，集成了多种功能，针对拉丝机行业，E380改进了PID设计，通过算法融入主拉机频率的前馈PID设计，实现了主机和卷绕的稳定同步，达到收线张力的动态平衡。针对客户现场模拟量信号的误差较大以及电压模拟量抗干扰性差的特点，E380系列拉丝功能特RS485数字通讯进行联动控制的方式，在很大程度上克服了模拟信号传输的缺陷。 

    E380系列拉丝软件特点：

    1、内置前馈PID功能，外部PLC，MCU控制系统，PID控制板。

    2、自适应PID参数调整，变频器自动优化PID参数调节性能。

    3、简单易懂的拉丝参数组，大大减少客户调试时间和难度。

    4、转速和显示，线长计长设定、检测、显示等功能，可节省客户转速显示表，计米表等设备成本。

    5、多种断线检测和报警方式，避免出现意外情况下的事态扩大。

    6、RS485联动控制，且可随意调节的联动比例，增加了联动信号的精度，易于实现张力杆的稳定控制。

    7、集成化的软件设计，模块化软件设计，可切换到通用模式

    三、拉丝机系统实现方案：

    方案1：四方E380变频器为主拉驱动和卷绕驱动，主拉与卷绕的频率信号通过RS485联动。

    方案2：使用东元7200系列做主拉变频器，通过四方E380拉丝变频器替代PID控制板。主拉与卷绕通过主机（东元变频器）模拟信号输出，卷绕（四方变频器）模拟信号读取进行频率同步。

  该系统运用SIEMENS的S7—300PLC通过PROFIBUS—DP总线实现变频器网络控制．从而实现了中厚板精整系统的a动化生产。系统调试，维护方便，运行。

    近几年，随着生产自动化和过程自动化中分散化结构的增长，现场总线系统的应用日益普遍。其原因之一是现场总线系统实现了数字和模拟输入／输出模块、智能信号装置、过程调节装置、可编程序控制器（PLC）和PC之间的，把I／O通道分散到实际需要的现场设备附近，使安装和布线的费用开销减少到小，从而使成本费用大大节省。原因之二是标准化的现场总线具有“开放”的通信接I：1，允许用户选用不同制造商生产的分散I／O装置和现场设备，同时也可以方便地实现二级及三级网络的连接。济钢中厚板三期工程精整区域由于设备数量较多，同时又分散在较大的范围内，因此特别适合采用现场总线方式实现生产过程的自动化控制。中国变频器发展高峰论坛

    系统简介

    中厚板精整区域的主要设备有：冷床输入辊道、输入提升链、滚盘、输出提升链及输出辊道、润滑站及冷床冷却风机，另外还有火焰切割系统、运输辊道、翻板机、电磁起重机等。中厚板厂的原有自动化设备，绝大多数采用SIEMENS公司的产品。为了便于维护和网络连接，精整区域的自动化控制设备也以SIEMENS的产品为主，PLC选用s7—300，其中CPU型号为315—2DP。传动系统全部为SIMOVERTMASTERDRIVERS矢量控制型变频器。

    其中，l#冷床及精整区域PROFIBUS—DP系统中，2#站s7—300为主站，本站的模块均为冷床系统输入输出点。

    3样站，17样站为远程ET一200，其中3样站ET一200是精整系统的远程I／O，17样站ET一200则作为冷床操作台远程I／O。4～8#站是输入输出系统传动变频器，9～16#站是1#冷床系统传动变频器，18～2l样站则是2样冷床系统传动变频器。

    总线连接

    PROFIBUS—DP系统是一个两端有源终端器的线性总线结构，亦称为RS485总线段，在一个总线段上多可连接32个站。使用9针D型连接器用于总线站与总线的相互连接。

    D型连接器的插座与总线站相连接，而D型连接器的插头与总线电缆相连接。

    与总线连接的每一个站，无论是主站还是从站，都表现为一个RS485电流负载。有源总线终端接有终端电阻，在时防止反射，并且当总线上无站活动时，它确保在数据线上有一个确定的空闲状态电位。本系统中，在一个总线段上共有20个站，2样站和l样站作为总线的2个终端接有终端电阻，终端电阻可以由位于中线插头的开关来实现连接和断开之间的转换。

    PROHBUS—DP协议是为自动化制造工厂中分散I／O和现场设备所需的高速数据通信而设计的。典型的DP配置是单主站结构，DP主站与DP从站间的通信基于主一从原理，也就是说，只有当主站请求时，总线上的DP从站才可能活动。

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    DP从站被DP主站按轮询表依次访问。DP主站与DP从站间的用户数据连续地交换，而并不考虑用户数据的内容。中厚板1#冷床及精整区域就是采用这种典型结构，如图1所示。

    变频器的设置

    （1）变频器与主站S7—300的通信是通过在SIMOVERTMASTERDRIVERS上安装CBP通信板来实现的

    装机装柜型变频器有6个槽可用来安装可选板，cBP通信板可以安装在任何一个槽位。通信板安装完毕后就可以起动进行配置，要确定站地址，这是通过变频器参数设置完成的。其过程如图2所示。CBP通信板有3个指示灯显示通信状态。这3个指示灯分别是：红色为运行灯；黄色为与变频器进行数据交换灯；为与PROFIBUSDP进行灯。只有当这3个指示灯同时闪烁时，系统通信才正常。

    （2）PROFIBUS—DP的数据通过报文的形式交换

    每个报文传输的数据可分为两组，需要用STEP7进行硬件配置时设定。这两组数据分别是参数PKW和过程数据PZD。PKW数据段是读写变频器参数值以及读参数的全部特性。PZD数据段传输的是变频器的控制信息，也就是变频器的控制参数，由主站的S7—300向变频器发出控制字和设，变频器则返回状态字和实际值。PKW和PZD的数据长度可根据需要设定，同时可设定的速率。本系统中，PKW和PZD分别设定为4个字和2个字，通信波特率为1．5Mbit／s。

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    （3）变频器通信控制参数的设置

    变频器参数设置的基本过程如下：变频器送电后，将参数恢复为工厂设置，然后进行CBP板的配置，选择P060=5进行系统设置，后进行控制字和状态字的连接设置，将矢量控制开关量和矢量控制连接量与PLC中定义的参数值和控制字连接。本系统的主要连接参数如附表所示。

    （4）由于翻板机、辊道等设备需要比较准确的定位，并且生产节奏较快，因此每台传动变频器都有外置的制动单元和制动电阻

    制动单元通过中间回路连接到变频器上，当中间回路电压达到预定值时，制动单元自动接通，阻止中间电压继续升高。与制动有关的参数：P462为从静止加速到参考频率的时间；P463为加速时间的单位；P464为从参考频率减速到静置的时间；P465为减速时间的单位。根据工艺要求的不同，每台变频器设置不同的加减速时间。

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    PROFIBUS—DP的电磁干扰问题

    安装PROFIBUS—DP的标准方法是：有接地基准电位，即把所有模块机架和负载电流回路与公共的基准电位（地）相连接，从而确保由于不合理的PROFIBUS—DP电缆敷设或设备安装不当而产生的干扰电流能被尽快分流掉。采用这种安装方法时，将各个部件的接地（S7—300、ET200、SIMOVERTMASTERDRIVERS）连接到控制柜的公共接地点。在这种方式下，总线插头连接器将PR0F1BUS—DP电缆的屏蔽与网络中所有的总线站相连接，干扰电流通过连接的地线分流掉，从而防止了由干扰引起的故障。

    由于传动系统需要较大的电功率，因此动力电缆常常输送高电压和电流。如果这种电缆长距离与PROFIBUS—DP电缆并行敷设，则会在PROFIBUS—DP电缆上产生电容性和电感性干扰，从而扰动网络中的数据通信。为避免这种干扰，在敷设PROFIBUS—DP电缆时，要确保PROFIBUS—DP电缆与其他电线电缆之间的距离。在施工中，尽可能地把电力电缆和PROFIBUS电缆分别敷设在相互隔离的电缆桥架上。

    该系统投入使用后，了较好的效果：

    1）系统运行稳定，维护检修工作量较少。

    2）变频传动系统响应速度快，定位准确。

    3）可方便地与二级系统联网，为全线自动化奠定基础。

    4）保证了产品质量，了较好的经济效益。

  交流电机伺服控制在卷绕中的应用

    在纺织印染设备中卷绕是较为常用的传动系统, 主要传动方式分为液压传动、直流传动、交流变频传动和交流伺服系统等。其?

    恒张力卷绕有两种方式:压布辊磨檫传动和卷布辊传动。种方式由于传动不受卷布辊直径影响, 情况较为简单, 与一般的传动没有多大的差别。二种方式因受卷布辊直径的影响, 传动角速度是变量, 并随直径的增大转速变慢。如果采用普通的交流变频传动，需要检测卷布辊的直径D，然后根据式（1）计算卷布辊转速n，再根据计算的转速控制变频器的频率，与普通的变频调速没有什么两样。

    n="V/（πD）      （1）

    式（1）中: V为线速度; D为需要卷布辊的直径; n为卷布辊转速。

    的有速度传感器矢量控制变频器的性能已经可以算做是交流伺服控制，它有速度运行模式和转矩运行模式两种工作方式。当工作在转矩运行模式时，能根据转矩给定运行，而转速浮动。多数情况下，要求加工过程中保持张力恒定。但是，有的应用要求卷绕过程中内紧外松，既要求实现变张力控制，随着卷径的增大，张力逐渐变小。恒张力常常和恒线速度相关，恒线速度则要求电机的转速与卷径成反比。对张力的控制可以采用开环的方法，也可以采用闭环的方法。有些电动机（如力矩电机等）本身具有软机械特性，用它们来驱动卷绕机构，可以获得近似恒张力运行;卷径的变化可以看着是一种扰动，用扰动补偿调节，可以实现间接法张力控制，也是一种近似的恒张力控制。直接有效的方法是利用张力传感器实现张力的闭环调节，也称直接法张力控制。印染联合机中常用的松紧架也可以看作是一种张力检测环节。只是这种装置体积大、精度差，没有张力显示，使用不便。卷径在卷绕系统中是一个的参数，一般需要用某种检测装置来。卷绕张力是卷径的函数，需要通过计算来获得。

    1 速度控制与转矩控制   

    速度控制与转矩控制是伺服控制器的两种控制模式。速度控制模式已为大家所熟知，给定的是速度，反馈的也是速度，对速度形成闭环控制，保速度为设定值，转矩则随负载而定。转矩控制模式，给定的是转矩，伺服控制变频器计算出实际的转矩，如果实际转矩设定转矩，则升速，反之，则减速，速度是浮动的。转矩控制模式非常适合于卷绕驱动。在卷绕驱动中，给定的是张力, 线速度恒定, 转速随卷径的增大而降低，转矩模式正好能满足这个要求。张力与半径的乘积就是转矩，作为转矩模式的给定，其转速正好浮动到所要求的线速度，无须线速度控制。如果不用专门的检测装置，变频器能够自己计算出卷径，问题可以进一步简化。显然，将伺服控制变频器的转矩控制模式用于卷绕驱动可以大大简化控制系统。

    2 具有内部卷径计算的伺服控制变频器卷绕驱动   

    如上所述，如果伺服控制变频器具有卷径计算功能，那么由外部张力给定就能算出转矩给定，使用转矩控制模式将变得很方便。伺服控制变频器1将系统的运行线速度传给伺服控制变频器2，伺服控制变频器2接受外部输入的张力给定和张力传感器输入的张力反馈信息构成张力闭环控制，伺服控制变频器2具有内部卷径计算功能并工作在转矩控制模式。伺服控制变频器2驱动异步电机以所要求的张力卷绕并自动将其速度浮动到运行线速度。

   下面以LENZE-9300系列伺服控制变频器为例，说明卷径的计算方法。LENZE-9300系列伺服控制变频器内部有五十多种功能块，能完成诸如加减乘除和一系列的变换功能, 也能完成PID闭环调节。根据式（2）可计算出卷径。

    D="k×v/ω="k×∫vdt/∫ωdt     （2）

    式（2）中: v为外部输入的线速度值; ω为变频器知道的角速度值; k为由实验确定的常数。功能块的使用可以通过对一系列的代码进行设定完成。图4示出了一个由功能块组成的卷径计算框图。    3 应用实例   

    这里总共使用了三台LENZE-9300系列伺服控制变频器，驱动三台带有旋转变压器的变频异步电动机。其中，拖辊伺服控制变频器工作在速度模式，它的主速度给定（1/2端）来自PLC的模拟量输出，辅助速度给定（3/4端）来自于松紧架信号，以此和前部保持同步;卷轴1和卷轴2伺服控制变频器工作在转矩模式，具有内部卷径计算功能，能对通过CAN总线由PLC发送来的张力给定信息和由张力传感器送来的实际张力信息进行闭环控制。无须对卷轴1和卷轴2实行专门的速度控制，它们能够自动的将其线速度浮动到需要的数值。卷轴1和卷轴2交替工作，实现连续的卷绕，由LENZE-8215变频器（图中没有画出）驱动的换轴电机完成换轴功能。CAN总线还将伺服控制变频器计算出的卷径信息发送到PLC，由PLC据此完成张力给定的计算。卷绕部分对卷轴的要求是内紧外松，这就要求初始张力大，随着卷径的变大，张力按照某种规律逐渐变小。

    现在的纺织印染设备使用了大量的, 变频器、工控机、现场总线、各种传感器、计算机网络等在纺织印染设备上已经普遍使用, 纺织机械在向数字化方向发展。虽然行业是劳动力密集型的, 但设备是技术密集型的。这种变化还在继续中, 总有, 会甩掉劳动力密集型的行业帽子。

    近十几年来，国内外采用交流变频异步电机驱动取代直流电机驱动，技术水平有了??有的松紧架结构（或者张力传感器或者速度传感器）。这个环节成了新设备的薄弱部分，故障多、维护工作量大，影响了新设备潜能的发挥。有人作过改进，但改进工作主要集中在如何把松紧架的位置信号转变为控制用的电信号上，没有涉及到松紧架本身。

    1 松紧架的利与弊   

    印染设备上的传动辊特别多，其中少数辊子通过电机拖动，称其为主动辊;大多数辊子通过绕在其上的织物拉动，称其为被动辊。如果一个主动辊拖动的被动辊多，则织物张力的均匀性差。主动辊处的张力大，后一个被动辊处的张力小。反之，如果一个主动辊拖动的被动辊少，则织物张力的均匀性好，主动辊与后一个被动辊之间的张力差小。一般说来，主动辊与主动辊之间需要松紧架、张力传感器、速度传感器加以同步。工艺要求提高张力的均匀性，这就要求主动辊多、拖动电机多，从而松紧架多。这样作的弊端是增加了设备的复杂性和故障率，给操作和维护工作带来困难。

    现在的趋势是对织物加工过程中的张力均匀性提出了越来越高的要求。为了满足这个要求，新设备设计中增加了主动辊的数量，从而也增加了拖动电机的数量。但需要想办法不增加甚至减少松紧架的数量。

    2 减少和取消松紧架的方法   

    变频器在印染设备上的使用已经是一项成熟的技术。变频器的功能越来越完善，能做的事情越来越多。一些原来很难完成的工作，借助于变频器可以很容易实现。比如无速度传感器矢量控制变频器可以工作在速度模式也可以工作在转矩模式，可以和输出电机的速度、线速度、转矩、电压和电流等运行参数。借助于这些功能，有可能构建出一些减少和取消松紧架的同步调速方法。

    （1） 大小电机法

    一个单元用二台电机拖动，一台电机的功率大，另一台电机的功率小。小电机可以提供一定的辅助驱动转矩，以改善张力的均匀性，但不足以单将设备驱动;大电机的功率足以将该单元驱动，决定了该单元的速度。小电机的变频器工作在转矩模式，大电机的变频器工作在速度模式。二台电机间不设松紧架。

    举例:印染前处理的水洗单元，传统的做法使用一台电机驱动，现在改为二台电机驱动，以改善张力的均匀性。台电机功率7.5kW，工作在矢量控制速度模式;二台电机0.75kW，工作在矢量控制转矩模式。二台电机间不需要松紧架，同步不成问题。

    （2） 直接速度同步系统

    一般各单元都设计成转速负反馈，使各单元机的线速度尽量不受负载波动等因素的影响。这样，只要在联合机运行前，事先将各单元机的线速度调整相等（考虑到织物的伸长，实际应为一定的比例关系），即可实现同步运行。

    举例:直辊丝光机的直辊部分使用带速度反馈的交流变频异步电机直接速度同步系统, 四台电机的线速度依次递增一个小的百分数（可调）, 实现一定的张力, 不需松紧架同步运行。

    （3） 软机械特性法

    如果几个单元的功能和结构相似，每个单元有一台电机和一台变频器驱动，可以考虑利用矢量控制变频器的转矩输出构造异步电机的软机械特性，从而电机间不需要松紧架而能保持良好的同步。有跑快倾向的因负载加重而快不起来，有跑慢倾向的因负载变轻而慢不下来，终维持速度一致。因为软机械特性不是用串电阻的方法获得，而是用转矩负反馈构造，使得效率比较高。

    举例:直辊丝光机的直辊部分有四台电机驱动，它们的功能和结构相同。可以采用软机械特性法实现电机间的同步，设松紧架。四部分的线速度可以设定的不一样，以实现加工所要求的织物张力的调节。