西门子6ES7331-7KB02-0AB0详细说明
进口NL_650凹版印刷机在我国烟包行业有着广泛的应用，九十年代进口的NL-650型凹版印刷机主要采用机械长轴传动方式，通过机械齿轮变速和分配机械动力驱动引入牵引、引出牵引和各个印**元，各个印**元之间的**相位同步是通过机械长轴及相同的齿轮减速比实现的，经过长期使用后，由于传动齿轮的机械磨损导致印刷精度下降，严重影响产品质量。随着印刷行业特别是烟包印刷对更高精度、更高生产效率以及多规格、小批量及降低成本需求的不断增长，这已经严重制约了生产的发展。随着计算机和电子技术的高速发展，由运动控制系统和智能伺服系统构成的电子长轴传动（独立传动）系统在各种印刷机上已取得广泛的应用，并且印刷机采用电子长轴技术的已成为印刷设备制造行业的发展方向。
电子长轴与传统的机械长轴相比，具有以下的优点：
1）非常高的刚性；
2）具有更高的精度；
3）灵活性大，增加色组及加工单元非常方便；
4）能耗明显降低；
5）宽范围电子齿轮的调整（1：65000到65000：1）；
6）没有随着机械长轴传递的扭性干扰。
鉴于NL-650印刷机在国内使用的现状，我司提出了采用德国博世力士乐公司生产的具有水平的印刷及纸张处理专用控制系统SYNAX200和数字智能伺服系统对其电气控制系统的改造。SYNAX200是一种可分散系统，它给人们提供了技术上和经济上佳的解决方案，主控轴和随动轴不再依靠机械而是电子系统结合在一起。通过SYNAX200系统，我们可以用数字智能传动装置代替齿轮，用光缆代替机械长轴，让PPC（运动控制系统）控制器实现主控轴的功能。具体改造方案如下：
本改造方案主要针对张力引入、六个印**元、张力引出和模切等十一个单元，系统的控制信号通过外部I/O点与原上位机相联系，操作方式不作改变（若时间许可，可将原控制系统的上位机省略，系统所有的控制均由运动控制器集成的PLC完成），具体由如下各部分组成：
一、系统构成如下图所示：
二、PPC运动控制器及逻辑运动控制器PLC
PPC运动控制器是SYNAX200系统的主控单元，它可提供ELS电子长轴（虚拟主轴或实轴方式）的功能来取代机械主轴，ELS电子长轴的功能是按按上位机的要求给出速度和位置命令，实现一个虚拟的电子传动长轴---虚拟主轴，虚拟主轴履行生成算术主轴位置的功能。主轴位置以模数格式计算，范围从0到360度，循环传送到各个随动轴。而随动轴可以根据需要跟随主轴走相位同步模式、速度同步模式、电子凸轮模式、空运转模式、设置模式。在这里，我们可以按照在SYNAX200系统中设定好的加速度和急停加速度等参数对整机进行控制。还可以对系统中的各个伺服电机根据生产工艺需要进行分别控制，如相位调整、张力控制、空运转控制等。PPC内集成有PLC，其间的无缝连接，使PLC可以快速而准确地利用PPC的各种功能，也可以非常灵活的控制各个驱动单元和印刷机中其它相关电气设备，这就使得SYNAX系统具有极大的柔性，满足印刷工艺的各种控制要求。
SYNAX200系统还具有以下的辅助功能：
1、空运转模式：
在原来机械实轴的方式下，印**元在空运转时需脱开连接其他运动部分的离合器。在电子轴的控制方式下，在空运转模式时，印**元可预先设定为独立于主控轴工作。空运转时系统只需控制印**元的电机运转即可。
2、设置模式：
在设置模式下，可自动移动到可编程位置，例如设定和机械重新组合的位置。
3、张力控制:
SYNAX200带有张力控制功能，驱动器的模拟量输入通道通过接收张力传感器的数值，通过PI调整以达到设定值。
4、套准功能:
取消原来套色系统的执行机构，套色系统的调整信号进入PLC，PLC根据采集到的信号通过调整印**元的伺服电机相位进行套色。
5、预套准功能（可选）:
通过PLC及PPC协同工作，实现停机预套准功能，使快速进入自动套准成为可能，大大节省原料及进入自动印刷的时间。
三、伺服驱动器
选用德国博世力士乐新一代的数字智能驱动器IndraDrive。
四、伺服电机
选用德国博世力士乐的高性能的伺服电动机。
五、可视化人机界面
此次增加的人机界面BTV40是工业控制计算机，在BTV40上可以进行PLC的编程，运动控制系统参数的设置和监控画面的制作等。通过人机界面，我们可以设置如印版周长、齿数、模切滚周长、模切入周长、模切出周长和张力辊周长等各种运行参数。我们还可以通过人机界面监视系统的运行情况，如运行状态、速度、扭矩监控和系统报警等，系统报警画面可以帮助维护工程师快速地诊断系统故障。
六、本改造方案的优点
1、技术先进性：
本系统采用德国博士力士乐公司（BoschRexroth）技术的印刷及纸张加工处理设备专用运动控制系统SYNAX200,具有印刷及纸张加工处理所需的各种功能和强大的网络功能。
2、高精度：
本系统的相位同步精度优于0.005度。
3、高可靠性
本系统中采用的主要部件均为进口原装德国产品，具有极高的可靠性，伺服电机为免维护电机。
4、现场安装调试方便
现场安装调试2－3个星期可完成。
5、操作使用方便
本次改造还保留原系统的PLC，操作方法和原来一样，无需对操作工进行特别培训。
6．维护保养简便：
本系统采用的所有元器件均为免维护通用元器件，本系统无需特别保养维护，配件更换简单方便。
七、本方案成功的应用案例
本方案在广东某印务有限公司的NL_650印刷机的改造中已获得成功，印刷精度+/-0.1mm，模切精度：+/-0.15mm（实际运行长期稳定印刷误差小于+/-0.05mm，模切误差小于+/-0.08mm）。
1、引言
传统的鼠笼式异步电动机起、制动控制方式一般有四种，即定子回路串电阻起动，Y/△起动，自耦变压器起动和延边三角形起动；制动方式有三种，反接制动，能耗制动和电容制动，其中任何一种起、制动控制方式的实现通常由继电器-接触器控制系统来完成。下面就以定子回路串电阻降压起动和反接制动为例，分析由继电器-接触器实现的鼠笼式异步电动机的起、制动控制。
图1 继电器接触器控制系统
如图1所示，此控制电路含三个接触器和一个中间继电器线圈，12个触点。起动时，KM2、KM3线圈均处于断开状态，按下起动按钮SB1，KM1线圈通电并自锁，电动机串电阻减压起动。当电动机转速上升到某一定值时(此值为速度继电器KS1的整定值，可调节，如调至100r/min时动作)，速度继电器KS1的常开触点闭和，中间继电器KA通电并自锁，KA的常开触点接通接触器线圈KM3，KM3的主触点在主电路中短接定子电阻R，电动机转速上升至给定值时投入稳定运行。
制动时，按下停机按钮SB2，KM1线圈断电，其主触点断开三相电源；控制电路中常开触点断开，KM3失电，限流电阻串入；常闭触点闭合，接通反接制动接触器KM2，对调两相电源相序，电动机处于反接制动状态。当转速下降至某一定值时(比如100r/min)，KS1常开触点断开KA，继而断开KM2，电动机失电，迅速停机。
这种传统的继电器接触器控制方式控制逻辑清晰，采用机电合一的组合方式便于普通机类或电类技术人员维修，但由于使用的电气元件体积大、触点多、故障率大，运行的可靠性较低。随着PLC技术的发展，使用PLC进行电机的运行控制已成为必然趋势。
2、采用PLC实现鼠笼式异步电动器起、制动控制
可编程序控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，自60年代末，美国研制和使用可编程控制器以后，特别是日本和联邦德国也相继开发了各自的PLC(programmablelogiccontroller)，与传统的继电器接触器控制系统相比较，笔者认为采用PLC实现鼠笼式异步电动机起制动控制是明智的选择。下面就是笔者设计的采用PLC实现的鼠笼式异步电动机起制动控制电路的接线图、梯形图和指令程序，如图2和图3所示。
图2 PLC控制的输入输出接线图
图3 PLC控制的梯形图
PLC控制逻辑与传统的继电器接触器控制系统基本一致，其工作过程如下：
起动时，按下起动按钮SB1,X400常开触点闭合，Y430线圈接通并自锁，KM1线圈接通，主触头吸合，电动机串入限流电阻R开始起动，Y430的两对常开触点闭合，当电动机转速上升到某一定值时，KS1的常开触点闭合，X402常开触点闭合，M100线圈接通并自锁，M100的一对常开触点接通Y432的线圈，KM3线圈有电主触头吸合，短接起动电阻，电机转速上升至给定值时投入稳定运行。
制动时，按下停机按钮SB2，X401常开触点断开Y430线圈，使KM1失电释放，而Y430的常闭触点接通Y431线圈，制动用的接触器KM2线圈通电，对调两相电源的相序，电动机处于反接制动状态。Y430的常开触点断开Y432的线圈，KM3失电释放，串入电阻R限制制动电流。当电动机转速迅速下降至某一定值时，KS1常开触点断开，X402常开触点断开M100的线圈，M100的常开触点断开Y431线圈，KM2失电释放，电动机很快停下来。过载时，热继电器FR常开触点闭合，X403的两对常闭触点断开Y430和M110的线圈，从而使KM1或KM2失电释放，起到过载保护作用。
上述控制过程指令程序如下：
3、PLC与继电器接触器控制系统的比较
通过对鼠笼式异步电动机起制动的传统控制方法和PLC控制方法的比较，从某种意义上看，PLC控制是从继电器接触器控制发展而来的。两者既有相似性又有很多不同处。
3.1 二种方案的不同点
(1) PLC内部大部分采用“软”逻辑
继电器接触器控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连接，为全硬件控制；PLC内部大部分采用“软”电器、“软”接点和“软”线连接，为软件控制。
(2) PLC控制系统结构紧凑
继电器接触器控制系统使用电器多，体积大且故障率大；PLC控制系统结构紧凑，使用电器少，体积小。
(3) PLC内部全为“软接点”动作快
电器接触器控制全为机械式触点，动作慢，弧光放电严重；PLC内部全为“软接点”动作快。
(4) PLC控制功能改变极其方便
继电器接触器控制功能改变，需拆线接线乃至更换元器件，比较麻烦；PLC控制功能改变，一般只需修改程序便可，极其方便。
(5) PLC控制系统制造周期短
PLC控制系统由于结构简单紧凑，基本为软件控制，设计、施工与调试比继电器接触器控制系统周期短。
由于PLC技术是计算机控制的基础上发展而来，它的软硬件设置上有着传统的继电器接触器控制无法比拟的优势，工作可靠性极高。
3.2 PLC方案的设计要点
(1) 设置滤波
在PLC中一般都在输入输出接口处设置π形滤波器，它不仅可滤除来自外界的高频干扰，还可减少内部模块之间信号的相互干扰。
(2) 设有隔离
在PLC系统中CPU和各I/O回路(主要指数字口)几乎都设有光耦合器作隔离，以防止干扰或可能损坏CPU等。
(3) 设置屏蔽
屏蔽有两类:一类是对变压器采取磁场和电场的双重屏蔽，这时要用既导磁又导电的材料作为屏蔽层；另一类是对CPU和编程器等模块仅作电磁场的屏蔽，此时可用导电的金属材料作屏蔽层。
(4) 采用模块式结构
PLC通常采用积木式结构，这便于用户检修和更换模板，在各模板上都设有故障检测电路，并用相应的指示器标志它的状态，使用户能迅速确定故障的位置。
(5) 设有联锁功能
PLC中个各输出通道之间设有联锁功能。以防止各被控对象之间误动作可能造成的事故。
(6) 设置环境检测和诊断电路
这部分电路负责对PLC的运行环境(例如电网电压、工作温度、环境的湿度等)进行检测，也完成对PLC中各模块工作状态的监测。这部分电路往往是与软件相配合工作的，以实现故障自动诊断和预报。
(7) 设置Watchdog电路
PLC中的这种电路是专门监视PLC运行进程是否按预定的顺序进行，如果PLC中发生故障或用户程序区受损，则因CPU不能按预定顺序(预定时间间隔)工作而报警。
(8) PLC的输入、输出控制简单
PLC是以扫描方式进行工作的，即PLC对信号的输入、数据的处理和控制信号的输出，分别在一个扫描周期内的不间间隔里，以批处理方式进行，这不仅使用户编程简单、不易出错，也使PLC的工作不易受到外界干扰的影响；PLC所处理的数据比较稳定，从而减少了处理中的错误；PLC的输入、输出的控制较简单，不容易产生由于时序不合适而造成的问题。
4、结束语
由于PLC在设计制造时充分考虑到工业控制的现场环境问题，并采取了多层次、多种有效措施来提高工作可靠性，采用PLC实现电机控制，特别是对工作环境条件较恶劣的工矿企业应该是一项明智之举。