西门子模块6ES7222-1BF22-0XA8大量库存
1、引言
毛纺工艺较复杂，各工序所用的设备品种、规格较多，主要的毛纺机械分为精梳毛纺机械和粗梳毛纺机械两大类，精梳毛纺机械有洗毛机、和毛机、梳毛机、精梳机、针梳机、粗纱机、细纱机等。粗梳毛纺机械有和毛机、粗纺梳毛机、环锭细纱机、立锭细纱机等，其中洗毛机、和毛机目前使用的电控系统较简单、单电动机传动、不变速和简单变频调速，而梳毛机、精梳机、粗纱机、细纱机、立锭细纱机等近年来自动化技术水平发展较快，普通推广应用了变频调速、计算机、可编程控制技术等，并取得了较好效果，本文主要介绍变频器在精纺梳毛机、毛粗纱机和毛细纱机上的应用例。
2、半精纺梳毛机
半精纺梳毛机用于化纤仿毛半精纺制条，满足纤维的精细梳理要求，主要设备组成为：自动喂毛机→开毛辊→后饧林→后道夫→除草装置→主饧林→前道夫→自动换筒圈条器。
主要技术特征为：
·工作幅宽（m）:2或2.5；
·出条速度（m/min）:高35-40；
·电子称重精度（g）:1；
·大称重量（kg）:1。
2.1传动及变频器的选型
自动喂毛机的钭帘、平帘为单独交流异步电动机传动、变频调速，开毛锟、后饧林、后道夫、除草装置、主饧林等为一台主电动机通过边轴加减速器统一传动，即采用机械速比来保证各单元之间的工艺速比、主电机为交流异步电动机采用变频调速。前道夫、圈条器为单独交流电动机传动、变频调速。
该机在整个加工过程中，负载基本不变，属恒转矩负载，对调速精度有较高要求，需保持前、后各单元机所要求的速度比不变，应选用无速度传感器矢量控制变频器，并配置有RS-485通信口，以便于与PLC通信。
PLC可编程控制器可选用S7-226CPU,24输入、16输出共40个数字量I/O点，2个RS485通信口，6个独立的30kHz高速计数器，满足本系统需要。
2.2控制系统
该机为可编程控制器PLC控制，变频调速、触摸屏操作显示如图1所示。
图1半精纺梳毛控制系统原理框
PLC的一个通信口（如PORT1）以自由口方式与变频器的PS485通信口进行串行通信连接、PLC的另一个通信口（如PORTO）以PP1协议与触摸屏通信，完成工艺参数的设定、修改、数据显示。
PLC的功能主要有：
（1）与触摸屏通信，完成工艺参数的设定、修改、查询和数据统计显示故障诊断；
（2）与变频器通信，完成控制斜帘、平帘变频器（含电动机）的起动、运行速度和停止；
（3）控制喂毛帘、剥毛辊、毛斗电动机的起、停等逻辑控制；
（4）计算功能：自动喂毛机的自调匀整系将每斗所称的毛的实际重量与工艺设定的重量通过触摸屏送至PLC进行比较，根据重量偏差值经计算后调整喂毛时间即延长或缩短喂毛时间，以保证单位时间内喂入的毛料基本相等，起到了自调匀整的作用。
（5）控制自动换筒动作，当满筒信号（编码器脉冲计达设定值时）送至PLC,PLC控制换筒电磁阀动作，带动气动换筒机构将满筒推出，并拨进空筒，完成自动换筒。
触摸屏的主要功能是工艺参数的设定、修改、查询和显示，全机的操作和故障诊断显示等设定修改和查询的工艺参数主要有：
·称重—每次喂入量；
·定重—梳毛机出机毛条每米的重量；
·满筒长度—每筒出条毛条长度；
·日期和时间；
·道夫与平帘之间的速比；
·左右称重量不对称大值。
显示的工艺参数主要有：称重、定重、出条速度、毛条长度、各班产量、近20称喂入不匀率，当前时间和日期以及各频器输出电压、电流和频率等。
自诊断功能主要有：
诊断左、右皮重超重、喂入不足、喂入超时、左右称重量不对称超限、推毛超时未到位、推毛复位超时不到位、电动机过热（热继电器动作）、平帘、斜帘变频器故障等。
3、毛纺粗纱机
适用于纯毛，人造纤维和合成纤维的纯纺或混纺。该机为悬锭毛纺粗纱机。
其主要技术特征有：
·牵伸倍数4～20；
·捻度范围10～40捻/米；
·高纺纱转速1200r/min。
3.1电气传动和变步器的选型
主电机10kW交流异步电机传动，变频调速；
卷绕电机5kW交流异步电机传动，变频调速；
龙筋升降电机0.55kW交流异步电机传动，变频调速；
该机主传动电动机的负载属恒转矩负载，即在各种不同运转速度下，所需转矩不变（或基本不变）。恒转矩负载的功率为：
P=ML·n/9550（1）
可见，恒转矩负载的功率P与转速n成正比。
式（1）中，转矩M1为折算到电动机轴上的转矩，其单位是N·M，转速的单位r/min，功率P的单位是kW。
卷绕电动机负载的属恒功率负载，即在各种不同运转速度下，所需功率不变（或基本不变），其机械特性（转矩与转速的关系曲线）呈双曲线，恒功率负载的阻转矩为：
ML=9550P/n（2）
即恒功率负载的阻转矩ML与转速n成反比。负载的恒功率特性实际上是在一定的速度范围内，因为当速度很低时，受机械强度等的限制，阻转矩ML不可能无限增大，实际上，在很低的速度下，恒功率负载将转变为恒转矩负载。
龙筋升降电动机的负载类似起重机负载，龙筋运动为升降往复变化，负载经重往复变化，该类负载电动机应配置直接转矩控制变频器或采用伺服电动机驱动。但因龙筋升降电动机功率小，负载轻，选用矢量控制变频器，采用变频调速也可。
主传动变频器宜选用矢量控制变频器，而卷绕变频器宜选用直接转矩控制变频器。
3.2控制系统
采用PLC控制，完成粗纱的卷绕成形及牵伸、加捻的同步运行，选用高精度的张力传感器在线检测粗纱张力。该信号送至PLC经数据处理和运算后控制变频器输出频率，调节卷绕电动机的转速以保证粗纱张力稳定，如图2所示，通过旋转编码器检测捻度齿轮的参数和龙筋升降动程变化量，数据经PLC数据处理和运算后控制龙筋的升降。
图2粗纱张力控制原理框图
采用触摸屏设定纺纱品种，粗纱质量、捻度、锭翼转速以及纺纱定长等参数，通过PLC自动控制卷绕张力的大小以保证少断头的锭翼转速等的匹配关系，显示机器的运行状态，提示故障方式和故障位置，实现人机对话，控制系统如图3所示。
图3毛纺粗纱机控制系统原理框图
图3中，变频器分别为主电动机、卷绕电动机和龙筋升降电动机调速变频器，线圈为接触器线圈。
4、毛细纱机
适用于纤维平均长度为60～100mm的羊毛、毛型化纤的纯纺或混纺
主要技术特征：
锭数（锭）504、492、480、456等；
锭速（r/min）：10000-17000。
4.1电气传动和变频器选型
全机主传采用15kW（对456锭）交流异步电动机传动，变频调速。钢领板升降电机380v，180w，吸风电动机2.2kW、3kW各1台。
毛细纱机主传动为恒转矩负载，对调速精度要求较高，宜选用无速度传感器矢量控制变频器为宜。
4.2控制系统
F2520型毛细纱机采用可编程控制器PLC通过变频器控制电动机调速，使全机速度按预先设定的纺纱曲线运行。系统主要由PLC、触摸屏、变频器、定位控制模块和伺服系统等组成。框图如图4所示。
图4毛细纱机控制原理框图
本机采用电子凸轮取代传统的机械式凸轮，使钢领板的升降更为平稳。电子凸轮由定位模块（如西门子EM253模块）和伺服电机及其驱动器等组成。
5、结束语
毛纺机械种类较多，工艺性强，近年来自动技术化水平有了较大tigao，与其它纺织机械（如化纤机械、棉纺机械等）相比，应用变频调速，计算机技术还不够普及、水平还不够高。还有不少毛纺机械至今仍未采用变频调速等高新技术。也就是说毛纺机械的技术改造工作量还较大，需要同行共同为毛纺机械技术水平的tisheng尽力。
本文从众多应用案例中，提炼整理出常见的偏位原因及对策，用以帮助设备厂家调试人员快速定位问题、采取各种适宜措施tigao设备抗干扰性、为设备正确接地保证正常运行。
偏位的现象、原因及解决办法（规律性和非规律性偏位两种）
1.规律性偏位
偏位现象1：做往复运动，往前越偏越多（少）。
可能原因①：脉冲当量不对
原因分析：无论是同步轮结构还是齿轮齿条结构，都存在加工精度误差。运动控制卡（）并没有设置准确的脉冲当量。例如上一批同步轮电机旋转一圈设备前进10mm，这批同步轮大一点电机转一圈前进了10.1mm，就会导致该批机器每次运行比以前的设备多走1%的距离。
解决方式：出机前用机器画一个尽可能大幅面的正方形，用尺去量实际尺寸，对比实际尺寸和控制卡设置尺寸之间的比例，将其加入控制卡运算，反复进行三次之后就会得到一个比较准确的值。
可能原因②：脉冲指令的触发沿与方向指令的电平变换时序冲突
原因分析：驱动器要求上位机发出的脉冲指令的沿与方向指令电平变换有一定时序要求。而部分plc或运动控制卡编程时没满足这种要求（或者其自身的规则不符合驱动器的要求），导致脉冲和方向时序并不能满足要求而偏位。
解决方式：控制卡（plc）软件工程师将方向信号提前。或者驱动器应用技术人员更改脉冲沿计数方式。
偏位现象2：运动过程中电机在固定点抖动，过该点后能正常运行，但少走一段距离
可能原因:机械装配问题
原因分析：机械结构在某个点阻力较大。由于机械安装的平行度、垂直度或设计不合理的原因导致设备在某个点阻力较大，的力矩变化规律是速度越快力矩越小，很容易在高速段卡死，速度降下来却能走过去。
解决方式：
1）检查机械结构出现卡死的原因，是该处摩擦阻力大还是滑轨装得不平行等。
2）步进电机力矩不够。由于终端客户出现提速或者加大负载的要求，导致原本能满足要求的电机在高速力矩不够，从而发生高速段堵转的现象。解决方法可以通过驱动器设置更大输出电流或者在驱动器允许电压范围内tigao供电电压，或更换更大转矩的电机。
偏位现象3：电机往复运动来回均没走到位且偏移量固定
可能原因：皮带间隙
原因分析：皮带与同步轮之间存在反向间隙导致，往回走会存在一定量的空程。
解决方式：如运动控制卡具有皮带反向间隙补偿功能，可利用之；或者绷紧皮带。
偏位现象4：切绘轨迹不重合
可能原因①：惯量过大
原因分析：平板切绘机喷墨过程由光栅控制，扫描式运动，切割时走插补运动，两者轨迹不重合是因为，类似设备x轴小车惯量较小且由光栅定位，喷绘位置准确，而y轴龙门结构惯量较大，电机响应性差，插补运动时y轴跟随性不好导致轨迹部分偏位。
解决方式：增加y轴减速比，使用陷波功能tigao伺服驱动器刚性以解决该问题。
可能原因②：刀和喷头重合度没调好
原因分析：因为切绘机刀和喷头都装在x轴小车上两者有坐标差，切绘机上位机软件能调整这个坐标差做到刀和喷头轨迹重合，如果没调好，切绘轨迹会整体分离。
解决方式：修改刀和喷头位置补偿参数。
偏位现象5：画圆成椭圆
可能原因： xy轴平台两轴不垂直
原因分析：xy轴结构，图形偏位例如画圆成椭圆，正方形偏位成平行四边形。龙门结构x轴与y轴不垂直时会导致该问题。
解决方式：调节龙门架x轴与y轴垂直度可以解决该问题。
2.非规律性偏位
偏位现象：运行过程中不定期出现偏位，偏位具有偶然性，偏位多少不确定
可能原因①：干扰原因导致电机偏位
问题分析：非周期性偏位大部分因为干扰导致，少部分因为运动控制卡发出的窄脉冲或者机械结构松动引起。
解决方式：
如果干扰出现的比较频繁，则可以利用监控脉冲频率确定干扰发生的时间进而确定干扰源，移除或者使脉冲信号远离干扰源能解决部分干扰。如果干扰出现的比较偶然，或者难以确定干扰源位置或柜已固定难以移动，则可以考虑采用以下措施来解决问题：
①驱动器接地，② 脉冲线更换双绞屏蔽线，③ 脉冲正负端并联103陶瓷滤波（脉冲频率小于54khz），④ 脉冲信号套磁环，⑤驱动器和控制器前端增加滤波器。
备注：常见的干扰源包括变压器、线圈式、、电磁阀、高压电线等。规划电气柜的时候应避免信号线靠近这些干扰源，信号线与高压供电线宜分不同线槽布线。
可能原因②：脉冲串出现窄脉冲
问题分析：客户运动控制卡发送脉冲串占空比较小或过大，出现窄脉冲，驱动器识别不了，导致偏位。
解决方式：查找控制器出现这种问题的原因，是脉冲接口问题，还是软件算法问题
可能原因③：机械结构松动
问题分析：连轴器、同步轮、减速机等用顶丝固定或螺丝夹紧的连接件在快速冲击场合运行一段时间可能出现松动，导致偏位。用键和键槽配合固定的同步轮则注意键和键槽之间是否存在间隙，齿轮齿条结构则注意两者之间的配合间隙。
解决方式：关键部分、受力大的结构螺丝一定用弹垫、螺丝或顶丝宜涂覆螺丝胶。电机轴与联轴器尽量用键槽连接。
可能原因④：滤波电容过大
问题分析：滤波电容过大，普通rc滤波器截止频率是1/2πrc，电容越大截止频率越小，一般驱动器脉冲端电阻为270欧姆，103陶瓷电容构成的rc滤波电路截止频率为54khz，频率高于此会因为幅值衰减过大而导致部分有效信号无法被驱动器正确检测到，终导致偏位。
解决方式：加滤波电容时需要核算脉冲频率、一定要保证大通过脉冲频率满足要求
可能原因⑤：plc或者运动控制卡大脉冲频率不够高
原因分析：一般plc允许输出大脉冲频率为100khz，运动控制卡根据其发脉冲芯片不一样差异较大，特别是普通开发的运动控制卡可能会因为脉冲频率不够高导致偏位。
解决方式：假如上位机大脉冲频率有限，为了保证速度，可以适当降低驱动器细分，以保证电机转速
目前，我国工业生产中还用很大一部分的风机采用传统的控制方式，设备额定的风量liuliang都超过实际需要的风量liuliang，即大马拉小车现象，而工艺生产要求在运行中能随时改变风量liuliang。调节风量liuliang的方法是利用挡板风门，通过人为增加阻力的方法达到调节的目的。这种调节方法很不方便，浪费大量的电能。
河南省中原大化集团公司复合肥厂130KW以上的风机有7台，风量liuliang的调节全部都采用挡板风门调节，通过几年的运行发现存在以下几个方面的问题：
1、 电机经常运行在电机额定功率的50％～75％左右，出现了大 马拉小车的现象；
2、 风门调节机构，由于复合肥生产腐蚀严重，尤其在夏季经常出现因腐蚀调节机构锈死，生产中需要调节风门改变风量liuliang时出现机构锈死调不动现象；
3、 每次大修风门及其调节机构部分都是重点检修部分，或者全套更换，花费很多并不能彻底解决问题。
根据以上问题，结合现代风机控制技术的发展方向，决定拆除风门及其调节机构，利用变频调速来控制风量liuliang，也能达到节能的效果。
一、 改造方案
研究后决定先对一台风门调节机构腐蚀较为严重的进行改造观察效果。该风机配用电型号Y355M—6P，额定功率185KW，额定电压380V，额定电流335A。由于在原电动机上进行改造，要保留原电机的结构，通过对变频器的选型对比后决定采用山东一家公司生产的通用风机变频节能控制系统的E350系列，该系统改造方面，改造后既能在变频节能状态下运行，又能在市电状态（改造前的状态）下运行，操作方便。改造前后电机控制原理图如下（虚线内位改造部分）。为了工艺上方便调节频率，在主控室的DCS上增加频率调节外部电流4～20mA的模拟信号输入。
改造后的操作为：
电机运行在变频节能状态时将QF1合上，QF2断开，SA2转换开关切换到节能位置，主控室在DCS上给出电机要运行的频率后现场按下SB启动电机。在运行中也可以随时在DCS中改变电机的运行频率来满足生产的需要，停车时主控室将电机的频率置为0，电机停转后按下SE即可切断电源。
电机运行在市电状态（改造前的状态）时将QF1断开，QF2合上，按原来的操作步骤进行开车和停车。
二、运行效果分析
改造后对变频器的各参数进行调试后运行正常，现对改造前后的运行数据情况分析如下：
风机风门开度 改造前电机电流 改造后电机电流 改造后频率
60％ 160A 50A 25Hz
98％ 230A 150A 45Hz
根据生产中风道堵塞的程度，频率在25Hz～45Hz之间调节时已完全满足了生产需要，如果一年按运行250天计算
三、
每度电按0.5元计算，采用变频调速节能技术后一年可以多节约8万多元，运行一年即可收回改造投资，效益非常可观，也节约了风门及其调节机构的备件。随后准备对几台风机进行改造，彻底做到节能降耗，满足企业发展的要求
引言
矿井tisheng机是煤矿、铁矿、有色金属矿生产过程中的重要设备。tisheng机的安全、可靠运行，直接关系到企业的生产状况和经济效益。煤矿井下采煤，采好的煤通过斜井用tisheng机将煤车拖到地面上来。煤车厢与火车的运货车厢类似，只高度和体积小一些。在井口有一绞车tisheng机，由电机经减速器带动卷筒旋转，钢丝绳在卷筒上缠绕数周挂上一列煤车车厢，在电机的驱动下将装满煤的列车从斜井拖上来或放下去。这种拖动系统要求电机频繁的正、反转起动，减速制动，电机的转速按一定规律变化。斜井tisheng机的机械结构示意图如图1所示。斜井tisheng机的动力由绕线式电机提供，采用转子串电阻调速。tisheng机的基本参数是:电机功率55kW，卷筒直径Φ1200mm，减速器减速比24:1，高运行速度2.5m/s，钢丝绳长度为120m。
图1 tisheng机卷筒机械传动系统结构示意图
目前，大多数中、小型矿井采用斜井绞车tisheng，传统斜井tisheng机普遍采用交流绕线式电机串电阻调速系统，电阻的投切用继电器—交流接触器控制。这种控制系统由于调速过程中交流接触器动作频繁，设备运行的时间较长，交流接触器主触头易氧化，引发设备故障。tisheng机在减速和爬行阶段的速度控制性能较差，经常会造成停车位置不准确。tisheng机频繁的起动﹑调速和制动，在转子外电路所串电阻的上产生相当大的功耗。这种交流绕线式电机串电阻调速系统属于有级调速，调速的平滑性差;低速时机械特性较软，静差率较大;电阻上消耗的转差功率大，节能较差;起动过程和调速换挡过程中电流冲击大;中高速运行震动大，安全性较差。
改造方案
为克服传统交流绕线式电机串电阻调速系统的缺点，采用变频调速技术改造tisheng机，可以实现全频率(0～50Hz)范围内的恒转矩控制。对再生能量的处理，可采用价格低廉的能耗制动方案或节能更加显著的回馈制动方案。为安全性考虑，液压机械制动需要保留，并在设计过程中对液压机械制动和变频器的制动加以整合。矿井tisheng机变频调速方案如图2所示。
图2矿井tisheng机变频调速方案
考虑到绕线式电动机比鼠笼式电动机的力矩大，且过载能力强，仍用原来的4极55kW绕线式电机，在用变频器驱动时需将转子三根引出线短接。tisheng机在运行过程中，井下和井口必须用信号进行联络，信号未经确认，tisheng机不能运行。为显示运行时车厢的位置，使用E6C3-CS5C40P旋转编码器，即电机旋转1圈旋转编码器产生40个脉冲，这样每两个脉冲对应车厢走过的距离为1200×π/(24×40)=3.927，约为3.9mm。则与实际距离的误差值为4-3.9=0.027mm，卷筒运行一圈误差为0.027×40×24=25.29mm，已知钢丝绳长度为120m，如果两个脉冲对应车厢走过的距离用近似值3.9mm计算，120m全程误差为25.92×120000/1200π≈825mm。再考虑到实际检测过程中有一个脉冲的误差，则大的误差在821mm～829mm之间，对于数十米长的车厢来说误差范围不到1m，精度足够。用计数器实时统计旋转编码器发出的脉冲个数，则可计算出车厢的位置并用显示器显示。一个问题是计数过程中有无累计误差存在？实际检测时，在一个tisheng过程开始前，将计数器复位，个重车厢经过某个位置时，打开计数器计数，车厢在斜井中的位置以此点为基准计算，没有累计误差。在操作台上，用8英寸触摸屏显示交流电压和电机工作电流以及车廂的位置。
方案实施
斜井tisheng负载是典型的摩檫性负载，即恒转矩特性负载。重车上行时，电机的电磁转矩必须克服负载阻转矩，起动时还要克服一定的静摩檫力矩，电机处于电动工作状态，且工作于象限。在重车减速时，重车在斜井面上有一向下的分力，但重车的减速时间较短，电机仍会处于再生状态，工作于第二象限。当列重车上行时，电机处于反向电动状态，工作在第三象限和第四象限。有占总运行时间10%的时间单独运送工具或器材到井下时，电机纯粹处于第二或第四象限，此时电机长时间处于再生发电状态，需要进行有效的制动。用能耗制动方式必将消耗大量的电能;用回馈制动方式，可节省这部分电能。回馈制动单元的价格较高，考虑到单独运送工具或器材到井下仅占总运行时间的10%，为此选用价格低廉的能耗制动单元加能耗电阻的制动方案。
tisheng机的负载特性为恒转矩位能负载，起动力矩较大，选用变频器时适当地留有余量，三晶132kW变频器。由于tisheng机电机绝大部分时间都处于电动状态，仅在少数时间有再生能量产生，变频器接入一制动单元和制动电阻，就可以满足重车下行时的再生制动，实现平稳的下行。井口还有一个液压机械制动器，类似电磁抱闸，此制动器用于重车静止时的制动，特别是重车停在斜井的斜坡上，必须有液压机械制动器制动。液压机械制动器受PLC和变频器共同控制，机械制动是否制动受变频器频率到达端口的控制，起动时当变频器的输出频率达到设定值，例如0.2Hz，变频器A、B端口输出信号，表示电机转矩已足够大，打开液压机械制动器，重车可上行;减速过程中，当变频器的频率下降到0.2Hz时，表示电机转矩已较小，液压机械制动器制动停车。紧急情况时，按下紧急停车按钮，变频器能耗制动和液压机械制动器起作用，使tisheng机在尽量短的时间内停车。
tisheng机传统的操作方式为，操作工人坐在煤矿井口操作台前，手握操纵杆控制电机正、反转共三挡速度。为适应操作工人这种操作方式，变频器采用无级（无档位）调速。变频调速原理图如图3所示。
图3 变频调速原理图
节电率与投资回报分析
某铁底矿使用的煤矿tisheng机,原采用132KW三相异步电动机,转子串电阻调速,用交流接触器进行速度切换,由于功率比较大,启动换档时冲击电流大,中高速运行不平稳,大量的电能消耗在转子电阻上,告成能源的极大浪费。工人的操作环境也极恶劣，急需进行改造。
由于变频器具有软启动、大范围内平滑调速、节能效果显著等优点，我矿经过多方考察，决定采用广州三晶电气有限公司生产的系列变频器对绞车系统进行变频改造，经过几个月的运行，证明改造的效果比较理想，主要表现在：
1、实现了启动时的软启动、软停车，减轻了对电网的冲击。
2、变频器的频率连续调节，使调速更加方便、可靠，运行更平稳。
3、使用变频器后省去原先的换档接触器及调速电阻，即节省了维修费用，又减少了停机维修时间，从而tigao了产量。改善了恶劣操作环境，使工人避免在夏季调速电阻发热告成的高温条件下工作。