西门子6ES7221-1BH22-0XA8常备现货

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 1引言
  近几年来，机床在金属切削加工中占有主导地位，成为衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。主轴是机床构成中的一个重要部分，对于提高加工效率，扩大加工材料范围，提升加工质量都有着很重要的作用。目前机床主轴电机大多采用交流主轴电机，通过皮带传动带动主轴旋转，或通过皮带传动和主轴箱内的减速齿轮(以获得更大的转矩)带动主轴旋转。为提高机床加工效率，减少加工零件之间的工艺时间，一般主轴制动采用机械制动方式，由于主轴惯性大，停车时间长，刹车部件很容易磨损，必须定时检查，定期更换。
2系统组成
   主轴电机控制系统选用西安西驰电气有限责任公司生产的CMC-S型软起动器(该款软起动器具有多种起动方式、模拟信号控制功能、中英文显示界面，并配有先进的RS-485通讯接口等特点)和CMC-DZ制动单元，如附图所示。通过设定软起动器内部参数，起动时主轴电机无级调速起动，避免了对车间供电系统的影响，减小机床内部机械冲击;停车时配合CMC-DZ制动单元使主轴电机在设定时间内准确平稳的停止，减少了加工零件之间的工序时间。从而提高了机床工作效率，延长了使用寿命。

                                               附图 CMC-S型软起动器
3 软起动器参数设置
使用CMC-S软起动器时，一般将下列参数设定为:
起动时间 1M00 5s
初始电压 1M01 20s
刹车时间 1M06 3s
电流限幅值 1M08 2.5倍
其余参数可按说明书设定。
4 软起动器控制过程
   当设置完参数后，机床主轴电机可在设定时间内，从零转速到额定转速无级平滑地起动。起动完毕后，软起动器停止输出，旁路接触器闭合(正、反转通过旁路两个接触器KM2、KM3实现)。此时软起动器转为监控状态，对主轴电机运行进行保护。
   主轴电机停车时，CMC-S软起动器配合CMC-DZ制动单元实现制动停车。CMC-DZ制动单元带有信号采集、PID控制，且属能耗制动方式，在主轴电机三相绕组间输入直流电(需设置输出电压)。机床停车时，软起动器控制旁路接触器KM2或KM3断开，刹车制动节点闭合，KM1闭合，制动单元输出端接通主轴电机回路，DZ制动单元通过安装在主轴上的转速传感器对电机转速进行检测并通过采样来的转速信号，以调节输入主轴电机的直流电压。在设定刹车时间内，当电机转速较高时，制动单元输出电流大，零转速时输出电流也降为零，从而使其主轴准确平稳地停止。
5 结束语
   此软起动控制系统能够准确可靠地判别机床主轴的旋转状态，避免了机床的误动作，减少了主轴加工的辅助时间，使机床的保护性能更趋于完善。减少了机床制动过程中机械零件的碰撞，延长了检修周期，节省了人力﹑物力开支。在西安昆仑厂﹑宝鸡机械厂等用户中得到了。

   一、凹印机简介：凹版印刷因其版面特征而得名，以其精美的印刷质量在软包装行业占有重要的位置。凹印机一般由放卷装置、放卷牵引、主机、收卷牵引、收卷装置组成，根据配置的不同有三电机系统、五电机系统、七电机系统。一般的凹印机的基本配置有主机、收卷牵引及放卷牵引三个电机。放卷张力由磁粉制动器控制，收卷张力是由力矩电机或磁粉离合器控制，这是基本的三电机系统。若将放卷及收卷张力改为变频器控制的电机来控制，则为五电机系统。对于带有自动换卷的双工位收、放卷系统，则构成目前比较先进的七电机系统。卷材印刷时，需要一定的张力将材料张紧进入印shuadan元，并在运行过程中保证张力稳定，才能保证各种颜色套印准确，图案精美。张力控制是凹版印刷的控制技术核心，若张力控制稳定，张力波动小，机器的套印精度及印刷速度就高。
   二、行业现状介绍：因为在高速印刷过程中对套色精度要求高，整个过程中的张力控制精度要求很高，长久以来，七电机凹印机的驱动部分一直是进口变频器的天下，更的无轴传动系统是伺服控制器来实现。近年来国产矢量变频器相继推出，但因为矢量控制的算法复杂，国产矢量变频器在性能上主要是稳速精度及动态响应特性方面和进口变频器相比还有些许差距。一些国产高端变频器已经在印包行业占有重要位置，但一般多用在复合机、分切机等要求不是很高的应用场合。能体现高水平要求的七电机凹印机长久来被进口变频器的独霸地位还是无法被撼动。
深圳市汇川技术有限公司推出的MD320系列矢量控制变频器及MD330张力专用变频器，集高端性能与强大功能与一身，利用其独特的同步控制及张力控制功能，有效弥补性能上和进口高端变频器的些许差距，成功应用于七电机凹印机系统。下面就汇川变频器在七电机凹印机上的应用方案与目前行业中的方案作以比较进行分析。
方案介绍：
一、传统方案：
    系统的张力控制是通过控制系统线速度恒定来控制张力稳定。目前行业多是利用PLC来进行恒线速度控制，将收放卷牵引及收放卷装置的摆辊电位器的反馈信号送到PLC，通过PLC进行PID控制及卷径计算，将结果通过模拟量的方式传给矢量变频器。变频器在整个控制系统中只是一个执行机构。这就需要PLC运算速度快并且需要扩展较多的A/D和D/A模块，因为PLC运算速度及信号传替的影响，使得系统动态响应变慢，只能用矢量变频器中高端的品牌，要求变频器模拟量输入口有高的分辨率，变频器动态响应快稳速精度高，来弥补因方案不足而造成的延迟。
二、汇川变频器方案：
1、 汇川矢量变频器简介
   汇川矢量控制变频器是近年来新推出的国产变频器。主要有MD300简易型矢量变频器、MD320通用型矢量变频器及MD330张力控制专用矢量型变频器。MD300功能简单，主要应用于功能要求低而对性能要求较高的场合。MD320功能强大，并可实现闭环矢量控制，能满足目前大多数行业对变频器功能及性能的要求。MD330是张力专用变频器控制器，主要将卷径计算，张力锥度、预驱动等张力控制的专用功能集于一身，实现了张力控制的简易化。MD330的张力控制有转矩模式及速度模式。对张力控制精度要求高的场合一般有速度模式，对张力控制精度要求不高的场合，可以用转矩模式，系统结构简单调试方便。
2、 汇川变频器的系统构成：
   系统由七台电机传动控制，分别为两个收卷（MD330）、两个放卷（MD330）、主机（MD320）和收、放卷牵引（MD320）构成，其中收卷、放卷和收、放卷牵引都是带张力反馈的闭环张力控制，变频器工作在速度模式。由于中部是印刷部分，对套色精度要求高，主机和收、放卷牵引均工作在带编码器的闭环矢量控制方式。如图所示：

 
3、 控制要点：
    1）要求每段张力恒定，摆杆摆动幅度小。但由于收、放卷过程卷径在不断地变化，PID的调节必须考虑卷径变化而带来的速度变化，否则摆杠摆动太大； 
    2）中间套色印刷对张力变化很敏感，要求前后牵引摆杠摆动要非常小，否则就容易套色不准。这样要求稳速精度高，系统在动态时响应速度快。
    3） 自动换卷时速度平稳，摆杆摆动小，尽量减小废品率。
4、实现过程
   系统速度由主机控制，可通过电位器来设定或通过人机界面设定。主机变频器的运行频率信号经AO1输入到PLC，PLC根据触摸屏上输入的版径（印刷轴的直径）计算出线速度信号，以模拟量的方式输出给收、放卷牵引及放卷变频器，通过AI2端口输入至变频器。对于放卷部分，因为卷径变化是引起线速度变化的因素之一，变频器将根据当前线速度自动计算出卷径，再将卷径对速度的影响叠加进去，给出相应的主频率保证基本同步，用PID作为辅助频率进行微调，此PID反馈系统是张力摆杆，反馈信号通过AI1端口输入至变频器。因为PID只作微调即可保证同步，使得摆杆波动很小，起停平稳。PLC的线速度信号也通过变频器的AI1端口输入至收、放卷牵引变频，作为它的主频率源，因为此环节没有卷径变化，调节相对简单，无需张力专用变频器，用通用变频器即可。速度控制也是采用主频率源AI1与辅助频率源PID叠加的方式来调整。PID的反馈是通过AI2端口输入至变频器的。经PLC换算后主机和牵引的传动比相同，在此PID也只要微调即可保证同步。自动换卷过程，因为两个卷轴目前的卷径不同，在相同频率时线速度不同，直接切换则会造成速度突变而使得摆杆大幅度摆动，严重时会将材料拉断。必须先通过预驱动的方式使待换轴的线速与目前系统的线速度一致，方可保证在自动换卷时切换无冲击，使得摆杆稳定。
5、汇川变频器的方案优势：
   1）、从上述过程可以看出，原本需要通过PLC进行运算的PID、卷径及预驱动等，均可以利用变频器本身所具有的功能来完成。速度调节由变频器本身来完成，直接动态响应快。可以弥补系统对变频器稳速精度要求高、模拟量分辨率高及变频器对PLC输出信号的快速响应的需求。
    2）自动换卷时，MD330本身带有预驱动功能，使得空卷轴的线速度和系统运行线速度一致，保障切换时的摆杆的平稳。
6、调试中常见的及需要注意的问题：
   1）、因为矢量控制方式对电机的参数有较大的依赖，调试前建议要作电机参数辨识，使得变频器获得比较准确的电机参数，才能获得较好的控制效果。
2）、实现闭环矢量过程中经常遇到因为编码器信号造成变频器过电流的现象。表现形式为开环矢量工作正常而工作在闭环矢量时电机转速很慢且电流很大。一种原因是编码器的A、B相接反，对调即可。，一种原因是编码器丢脉冲，检查编码器是否连接稳固；是否有单相脉冲丢失的情况。
   3）、为了使收、放卷牵引的摆杆摆动幅度小，需要调试收、放卷牵引的主频率器运行在大频率时，所传动材料的线速度要与系统的大线速度相等。调试时只要看PLC的输出10V时对应的大线速度值，根据传动比和传动轴直径计算出达到该线速度所需要的频率做为收放卷牵引变频器的大频率即可。
   4）、两个放卷的初始卷径可用同一个模拟量输入，这是因初始卷径值只有在DI输入被复位瞬间才是有效的，可以用两台复位的时间不同来区别初始卷径是为那台的，初始卷径的来源定义成AI2，PLC编程时要注意它们的对应关系。
   5）、为了减小牵引PID的调节量，辅助频率源范围选择参数F0-05设为相对于大频率、辅助频率源范围F0-06设为8%（50Hz*8%=4Hz），这样可以有效防止超调并且线速度为0时PID依然有作用，保证零速时张力恒定。
    6）、收卷换料时必须卷径复位，否则起动时摆杆波动变大；
   7）、放卷换料时因卷径有突变，卷径滤波时间要设小，这样系统一运行变频器就会快速计算出卷径；使系统快速稳定下来。
    8） 、运行时要观察摆杆摆动的规律来调整PI参数即可获得满意的效果。
结束语：
汇川矢量变频器利用其独有的强大功能及的性能，通过与方案的巧妙结合，利用变频器的功能，在七电机凹印机中应用成功。有效地减少了PLC的工作量，逻辑清晰、线路简单。与原有系统相比，变频器成本有较大幅度的节省。本该方案由于收放卷与牵引都带张力反馈，主机和牵引都用有速度传感器矢量控制；张力反馈和多数控制信号直接输入到变频器，具有控制精度高、动态响应快、成本低、、故障率低、维护方便等特点，是一个性价比优良的方案。

1 前言
　　近几年我国的造纸业及印刷包装行业取得了飞速的发展，面临着前所未有巨大机遇，但相对于世界先进的设备，也面临着巨大的挑战。生产设备的生产能力非常强大，但我们的产品基本处于中低端市场。主要的原因是技术条件的限制。目前为至，大量的分切机上仍旧使用磁粉制动器来进行收放卷张力控制，限制了设备的运行速度，也浪费了能源，由于磁粉本身的使用寿命的原因，造成了故障率较高的情况。
汇川公司推出的MD330张力控制变频器，可以进行恒张力控制，并且可以控制张力锥度，保证收卷后各层形状均匀，极大的提高了分切机的运行速度。

2 分切机介绍
　　分切机是一种将宽幅纸张或薄膜分切成多条窄幅材料的机械设备，常用于造纸机械及印刷包装机械。分切机的简易示意图如图1所示。

　　分切机的传统控制方案是利用一台大电机来来驱动收放卷的轴，在收放卷轴上加有磁粉离合器，通过调节磁粉离合器的电流来控制其所产生的阻力，来控制材料表面的张力。
磁粉离合器及制动器是一种特殊的自动化执行元件，它是通过填充于工作间隙的磁粉传递扭矩，改变励磁电流可以改变磁粉的磁性状态，进而调节传递的扭矩。可用于从零开始到同步速度的无级调速，适用于高速段微调及中小功率的调速系统。还用于用调节电流的方法调节转矩以保证卷绕过程中张力保持恒定的开卷或复卷张力控制系统。
其主要的特点是磁粉离合器作为一个阻力装置，通过系统控制，来输出一个直流电压，控制磁粉离合器产生的阻力。主要的优势是其为被动装置，可以控制较小的张力。其主要的缺点是速度不能高，高速运行时易造成磁粉高速磨擦，产生高温，造成磁粉离合器发热进而缩短其寿命。

3汇川变器器在分切机上的控制框图：
方案说明：
　　使用汇川通用变频器MD320驱动压辊，控制分切机的运行速度，它可以工作在开环矢量工作方式。主速度一般可以用电位器来调整。AO1端口作为运行频率的输出，作为放卷变频器、上、下收卷变频器的线速度给定。放卷变频器及收卷变频器要使用汇川张力专用变频器MD330。此三种变频器均需要工作在闭环矢量方式，工作在张力开环模式。
汇川MD330变频器是一种可以实现恒张力控制的变频器，可以通过变频器内部的计算，获得材料的卷径，通过控制变频器的输出转矩来获得恒张力控制。汇川变频器可以通过设置系统惯量补偿、摩擦补偿及材料惯量补偿可以补偿由于系统惯量、磨擦阻力及材料惯量引起的起动或加速过程中速度不均匀的情况，获得非常平稳的张力控制效果。方案简易，调试简单。恒张力控制基本不受速度的影响，可以实现高速分切。

　　因为矢量控制变频器的转矩控制精度为额定转矩的5%以上，当控制的张力过小时，在空卷时变频器应输出小的转矩，比较困难。
参数配置情况：
主驱动变频器（MD320）：
F0-01：0（无速度传感器矢量控制）
F0-02：1（端子命令）
F0-04：2（AI1输入）
F5-11：（后级变频器输入和驱动变频器输入频率相除）其它参数均为出厂默认值。
放卷变频器（MD330）：
FH-00（张力控制模式）：1（张力开环方式）
FH-01（卷曲控制模式）：1（放卷模式）
FH-03（机械传动比）：按实际情况输入，此值为电机轴转速/收卷轴转速
FH-04（张力设定源）：2（AI2）
FH-06（大张力）：根据实际情况设置
FH-10（卷径计算方法选择）：0：通过线速度计算
FH-12（卷轴直径）：实际值
FH-13（初始卷径源）：0（FH-12~FH-15设定）
FH-27（线速度输入源）：1（AI1）
FH-28（大线速度）：实际值
FH-33（机械惯量补偿系数）：实际值
收卷变频器（MD330）：
FH-00（张力控制模式）：1（张力开环方式）
FH-01（卷曲控制模式）：0（收卷模式）
FH-03（机械传动比）：按实际情况输入，此值为电机轴转速/收卷轴转速
FH-04（张力设定源）：2（AI2）
FH-06（大张力）：根据实际情况设置
FH-10（卷径计算方法选择）：0：通过线速度计算
FH-12（卷轴直径）：实际值
FH-13（初始卷径源）：0（FH-12~FH-15设定）
FH-27（线速度输入源）：1（AI1）
FH-28（大线速度）：实际值
FH-33（机械惯量补偿系数）：实际值
调试情况说明：
　　利用汇川变频器作分切机控制时，建议使用电机直接拖动主轴的方式而无需安装减速装置。主要原因是变频器控制张力时控制量终为变频器的输出转矩，转矩为张力与卷径的乘积，在空卷时，输出转矩为小。如果减速比为N，折算到变频器上转矩为转矩/N，若小于电机额定转矩的5%，则控制的不够准确。
　　在调试时，将收放卷的三个变频器的闭环矢量方式调试正常，否则没法完成后续的转矩控制。在此过程中，常遇到的问题是编码器信号没有输入、旋转编码器A、B方向接反、编码器脉冲数输入不正确。这几种问题的表现形式主要是运行速度和输入速度偏差较大或者电机低速蠕动运行电流与实际空载电流相差较大。
       放卷控制中变频器实际上只是提供一个反向的拉紧力，其控制精度要求不高。调试相对简单。关于零速时的反向拉紧，汇川变频器可以提供两种选择，一个是允许反向拉紧功能，表现形式是在零速时若运行命令没有撤掉，则变频器可控制电机一直将材料拉紧，避免刚开始运行时由于材料松驰而造成的速度冲击，将材料拉断。一种选择为不允许反向收紧，在零速时若运行命令没有撤掉，则变频器没有力矩输出。材料可能会松驰，但可避免断料时的飞车情况。
　　收卷变频器工作在转矩控制模式，在加减速过程中，需要提供额外的转矩用于克服系统的转动惯量。如果不加补偿，则会出现收卷过程中张力偏小减速过程中张力偏大的现象。如果起动时出现张力变小，则增加系统惯量补偿系数。磨擦补偿主要是克服在整个运行过程中由于系统存在的磨擦力对张力的影响，可通过调节磨擦补偿系数来完成。正常运行时材料张力若小于设定张力，则将摩擦补偿系数增大。需要补偿的是卷轴上材料所产生的转动惯量，通过设定材料的密度及宽度，变频器可计算出当前材料的转动惯量。调试时合适设定张力锥度，可以控制材料的卷曲质量，避免外紧内松的情况发生。
　　很多情况下卷径的获得是统过线速计算法来获得的，而卷径又是计算输出转矩的直接的因素，正确设定大线速度是非常关键的。调试时可以通过验证变频器显示的当前卷径和实际卷径，来判断所设大线速度是否正确。若显示的当前卷径大于实际卷径，则表明所设的大线速度偏大。
　　通过设定以上的几个补偿量，可以有效的改变系统惯量对加减的影响。设定合适的张力，可以达到比较好的收卷控制。

4 结束语
       因为用变频器来控制分切机的收放卷控制克服了磁粉固有的弱点，使得高速分切的控制成为了现实，大大提高了设备的可靠性，从成本上并没有过多的增加，越来越多的客户开始采用变频器来实现分切机控制。

    三垦WD05系列变频器独具的卷绕功能得到越来越多用户的认可。实际上不仅是收卷可以使用，在放卷侧同样可以使用WD05的卷绕功能。以下就是三垦变频器在成缆机上的应用实例，具有一定的代表性。

系统组成
>>放卷和收卷均采用张力架反馈信号参予调节控制；
>>由主变频器（INV1）给出主车速信号（领航信号），分别控制放卷、收卷变频器。

调整步骤：
>>由于张力架的快速补偿效应，不进行卷绕曲线的设定。
>>在不穿线的状态下INV1与INV2,INV1与INV3分别进行运转，用转速表測各卷绕筒的线速度，并调整偏置和增益(Cd62,Cd63)使基本同步。
>>INV2、INV3分别单独运转，使张力架往上下动作，确认在不动作区内频率有否変化，在此基础上确认在不动作区之外频率的变化趋势的正确性。观察张力架动作和频率変化并决定大致的増益值（Cd655～Cd658）。
>>穿线后，先低速慢慢运转。此時注意张力架的动作并适当调节相关増益值。
>>加速到通常运行确认稳定性。
>>在稳定动作中使変頻器突然停止，确认是否同步停止动作。
>>停止后，再加速，确认稳定动作。
>>卷绕结束后，更换新的卷绕筒，再进行卷绕，确认是否正常工作。
>>使INV1頻率変化，确认从低速到高速的动作。
>>更换卷绕筒径、线径后，确认是否正常动作。
>>在卷绕完成后停止的将MCL复位。

   实践证明，wd05变频器在要求恒张力放线、收线的拉丝机上完全能够满足工艺要求。由于张力架优异的PI快速补偿特性，可不需要卷绕曲线的参予调节，避免了繁琐的参数设定。