西门子模块6ES7231-0HF22-0XA0常备现货

西门子模块6ES7231-0HF22-0XA0常备现货

一、系统概述

艾默生PLC和变频器在浆纱机上的应用，此电气系统采用PLC集中管理，分散控制，系统集中化，简约化，易控性强，更好的降低故障率。方案配置如下：

PLC系统由艾默生EC202416BAR主模块，16点的数字量输入模块和4路模拟量输出模块组成。

操作界面采用工业级液晶触摸屏，可动态修改控制参数，方便显示当前速度，当前匹长、匹数及系统的动态运行状态。

边轴电机变频器采用高性能通用型的EV2000系列，织轴收卷TD330022KW张力变频器。此变频器是张力专用变频器，内置张力控制功能。采用独立变频模式，结构简单，维护方便，稳定度高，保证收卷的张力及线速度，在小卷到大卷的变化过程中稳定可靠。在加减速中的自动补偿控制，使加减速中张力更稳，更有上卷防断纱程序，使上卷起机时便于操作。

本系统的优点：

张力设定在人机上设定，人性化的操作;

使用先进的控制算法:卷径的递归运算;空心卷径激活时张力的线性递加;张力锥度计算公式的应用;转矩补偿的动态调整等等;

卷径的实时计算，jingque度非常高，保证收卷电机输出转矩的平滑性能好。并且在计算卷径时加入了卷径的递归运算，在操作失误的时候，能自己纠正卷径到正确的数值;

因为收卷装置的转动惯量是很大的，卷径由小变大时。如果操作人员进行加速、减速、停车、再激活时很容易造成爆纱和松纱的现象，将直接导致纱的质量。而进行了变频收卷的改造后，在上述各种情况下，收卷都很稳定，张力始终恒定。经过PLC的处理，在特定的动态过程，加入一些动态的调整措施，使得收卷的性能更好;

在传统机械传动收卷的基础上改造成变频收卷，非常简便造价低，基本上不需对原有机械进行改造。改造周期短，基本上两三天就能安装调试完成;

克服了机械收卷对机械磨损的弊端，延长机械的使用寿命。方便维护设备。

机台上的所有操作部分全部采用36V以下的安全电，以保证操作中的使用安全。

二、系统框图

三、张力控制原理

所谓的张力控制，通俗点讲就是要能控制电机输出多大的力，即输出多少牛顿。反应到电机轴即能控制电机的输出转矩。真正的张力控制不同于靠前后两个动力点的速度差形成张力的系统，靠速度差来调节张力的实质是对张力的PID控制，要加张力传感器。在大小卷启动、停止、加速、减速、停车时的调节不可能做到像真正的张力控制的效果，张力不是很稳定。肯定会影响产品的质量。

变频收卷的实质是要完成张力控制，即能控制电机的运行电流，因为三相异步电机的输出转矩T=CmφmIa，与电流成正比。并且当负载有突变时能够保证电机的机械特性曲线比较硬。必须用矢量变频器，必须要加编码器闭环控制。用变频器做恒张力控制的实质是死循环矢量控制，即加编码器反馈。收卷的卷经是由小到大变化的，为了保证恒张力，要求电机的输出转距要由小到大变化。在不同的操作过程，要进行相应的转距补偿。即小卷启动的瞬间，加速，减速，停车，大卷启动时，要在不同卷经时进行不同的转距补偿，这样就能使得收卷的整个过程很稳定，避免小卷时张力过大；大卷启动时松纱的现象。

卷径的计算原理

根据V1=V2来计算收卷的卷径。因为V1=ω1×R1,V2=ω2×Rx。因为在相同的时间内由测长辊走过的纱的长度与收卷收到的纱的长度是相等的。即L1/Δt=L2/Δt，Δn1×C1=Δn2×C2/i

(Δn1---单位时间内牵引电机运行的圈数、Δn2---单位时间内收卷电机运行的圈数、C1---测长辊的周长、C2---收卷盘头的周长、i---减速比)

Δn1×π×D1=Δn2×π×D2/i

D2=Δn1×D1×i/Δn2，因为Δn2=ΔP2/P2

(ΔP2---收卷编码器产生的脉冲数、P2---收卷编码器的圈数)。Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1，即测长辊转一圈，由编码器接到PLC。那么D2=D1×i×P2/ΔP2，这样收卷盘头的卷径就得到了

收卷的动态过程分析

要能保证收卷过程的平稳性，不论是大卷、小卷、加速、减速、激活、停车都能保证张力的恒定。需要进行转矩的补偿。整个系统要激活起来，要克服静摩擦力所产生的转矩，简称静摩擦转矩，静摩擦转矩只在激活的瞬间起作用;正常运行时要克服滑动摩擦力产生地滑动摩擦转矩，滑动摩擦转矩在运行当中一直都存在，并且在低速、高速时的大小是不一样的。需要进行不同大小的补偿，系统在加速、减速、停车时为克服系统的惯量，也要进行相应的转矩补偿，补偿的量与运行的速度也有相应的比例关系。在不同车速的时候，补偿的系数是不同的。即加速转矩、减速转矩、停车转矩、激活转矩;克服了这些因素，还要克服负载转矩，通过计算出的实时卷径除以2再乘以设定的张力大小，经过减速比折算到电机轴。这样就分析出了收卷整个过程的转矩补偿的过程。

电机的输出转矩=静摩擦转矩(激活瞬间)+滑动摩擦转矩+负载转矩。

转矩的补偿标准

1) 静摩擦转矩的补偿

因为静摩擦转矩只在激活的瞬间存在，在系统激活后就消失了。静摩擦转矩的补偿是以计算后电机输出转矩乘以一定的百分比进行补偿。

2)滑动摩擦转矩的补偿

滑动摩擦转矩的补偿在系统运行的整个过程中都是起作用的。补偿的大小以收卷电机的额定转矩为标准。补偿量的大小与运行的速度有关系。在程序中处理时，要分段进行补偿。

3)加减速、停车转矩的补偿

补偿硬一收卷电机的额定转矩为标准，相应的补偿系数应该比较稳定，变化不大。 　

相关的计算公式

四、调试过程

（1）先对电机进行自整定，将电机的定子电感、定子电阻等参数读入变频器。

（2）将编码器的信号接至变频器，并在变频器上设定编码器的圈数。用面板给定频率和启停控制，观察显示的运行频率是否在设定频率的左右波动。因为运用闭环矢量控制时，运行频率总是接近设定频率，运行频率是在设定频率的附近波动的。

（3）在程序中设定空芯卷径和大卷径的数值。通过前面卷径计算的公式算出电机尾部所加编码器产生的大脉冲量(P2)和低脉冲量(P2)。通过算出的大脉冲量对收卷电机的速度进行限定，因为变频器用作张力控制时，如果不对高速进行限定，一旦出现断纱等情况，收卷电机会飞车的。低脉冲量是为了避免收卷变频器运行在2Hz以下，因为变频器在2Hz以下运行时，电机的转矩特性很差，会出现抖动的现象。

（4）通过前面分析的整个收卷的动态过程，在不同卷径和不同运行速度的各个阶段，进行一定的转矩补偿。补偿的大小，以电机额定转距的百分比来设定。

五、参数简表

附表1：TD3300功能参数简表

结束语：技术更新越来越快，我们必须tigao产品性能，使我们的产品能够适应我们的工艺要求

一、前言：

随着近年来硝酸行业的蓬勃发展，国内很多化工厂都相继上马年产10万吨的双加压法硝酸生产线，而四合一机组就是生产线的心脏。可编程控制器（PLC）以其在操作、控制、效率和精度等各个方面所具有的无法比拟的优点，迅速占领了工业生产中的各个领域，在旋转风机的控制中也占有不可或缺的位置。尤其旋转风机本身具有喘振特性，要求控制系统迅速作出反应，这就更加凸显了PLC控制的优势。这里以硝酸四合一机组的控制为例子，对GE公司的90_70系列PLC在此领域的应用做一个介绍。

二、工艺要求：

硝酸四合一机组由轴流压缩机、NOX压缩机、尾气透平膨胀机、汽轮机、变速箱，和配套辅机，包括润滑调节油站和相关阀门等件组成。硝酸四合一机组中，轴流压缩机、NOX压缩机为耗功设备，尾气透平膨胀机、汽轮机为原动机，共同驱动轴流压缩机、NOX压缩机。轴流压缩机是硝酸工程的原料压缩机，轴流压缩机所压缩的空气与氨混合后进入氧化炉，进行氧化反应，生成的氨氧化合物混和气经废热锅炉进行热交换，进行速冷，温度降至60℃，经脱水后进入NOX压缩机，经过压缩的气体进入吸收塔，制成硝酸，从塔顶逸出的尾气经预热、过热后进入膨胀机做功，回收能量，尾气做功后经烟囱排入大气。

自控系统要求检测系统过程参数，计算后对作用到执行机构上，使过程参数符合工艺要求；对各个工艺变量进行实时检测，防止系统由于工况异常而出现事故,特别是当机组出现喘振的趋势，系统要能迅速作出反应，对机组进行控制，防止喘振的发生；当工艺变量异常时，系统能够报警、停车。

三、设计选型：

系统硬件选用美国GE_Fanuc公司的90_70双机热备系统作为PLC主站，VersaMax系列作为系统I/O子站，上位使用DELL工控机，配备20’宽屏液晶显示器。

90_70系列PLC是GE公司推出的针对中等规模PLC控制系统的一系列产品，这里选用其中的IC697CGR772型号，采用96MHZ主频，1M用户内存，特别支持双机热备。双机热备系统中两个PLC主站互为备用。正常工作时其中一个对系统进行控制，另一个作为备用，在主机架出现问题的情况下，无扰切换到备用机架，以保证系统的正常运行，让客户可以从容对问题机架进行维护。

VersaMax系列作为GE的低端产品，主要应用在小型控制系统上，这里选用这个系列的I/O模块产品作为下位的I/O子站，主要是出于成本考虑，其在较低价格的基础上性能能够完全满足客户需求，并且具有结构紧凑、易于安装、兼容性好等优点。

在90_70和VersaMax系列I/O子站之间使用Genius总线进行连接。Genius总线每层局部网络多可以支持31个装置，装置之间大通讯距离为7500英尺，传输速率大为153.6kbps。每个90_70机架上选用2块专门的总线控制模块IC697BEM731,配合下位I/O子站的IC200GBI001，构成冗余Genius总线通讯系统。冗余系统能够在其中一条Genius总线出现故障的时候，保证系统通讯正常，确保生产过程的安全性。

上位工控机特意选择20’宽屏液晶显示器，主要是为了让现场工作人员能够长时间观察系统画面不至过度疲劳。

在90_70控制站和上位工控机之间使用以太网进行连接，控制站上选用专门的以太网通讯模块IC697CMM742，通过交换机，和上位工控机进行数据交换。

由于系统还要和专门的旋转机械检测设备本特利3500系统进行通讯，在90_70控制站上还安装了编程协处理器模块IC697PCM711，专门和本特利3500进行数据交换，保证数据的及时、准确。

为了和工艺上的DCS系统进行通讯，系统还在90_70控制站上安装了通讯协处理器模块IC697CMM711，保证通讯畅通。

系统结构见下图

四、设计过程：

目前控制系统普遍采用如下模式：

现场操作人员

PLC通过现场设备读取各种现场数据，通过编制好的程序，进行逻辑判断，传递给现场的设备进行动作。现场的操作人员可以通过上位机读取数据、对相关设备进行操作。

其中主要的工作重点，一个是PLC内部程序的编制，要求能完全满足工艺的要求，确保设备安全、稳定的长期运行。另一个就是上位画面的绘制组态，要求能够符合现场工作人员的习惯，操作尽量简洁、明了。

⑴下位机编程：

下位编程使用GE公司的CIMplicity MachineEdition软件（简称ME），它是GE公司开发的让用户可在个人电脑上进行控制程序开发，通过以太网或其他方式下载到PLC中的新一代编程软件。其内置大量先进、实用的公共编程工具，让用户使用少的时间去学习软件的使用，把更多的精力用于控制程序的开发。

编程过程主要是将下位I/O子站传输上来的各种信号经过变换、计算后，得到我们需要的信号或数据，在此程序中主要包括如下几个方面：

量程变换

在编程过程中，将所有模拟量输入信号进行量程变换，使其在上位机显示出实际值。由于现场来的模拟量信号都为4～20mA信号，经过AI模块转换后，对应到相应AI为0～32000的数字值，为了得到该信号代表的实际值，需要将该数值除以32000再乘以量程，后加上量程下限，得到实际值。

例如：压力量PI6501量程是0.5MPa~1.5MPa，如果此时输入的模拟信号为16mA，则在PLC中认为该AI为等于24000的一个数值，24000/32000×（1.5-0.5）＋0.5＝1.25MPa，这才是该点的实际值。

机组启动

四合一机组的启动需要满足很多条件，包括润滑油压力、调节油压力、盘车电机解锁、油箱液位、两个防喘阀开度都为大等等，这些条件必须满足，才能允许机组启动。

停车连锁

为了整个机组的安全，当某些条件一旦出现，机组必须停车，避免发生事故。比如润滑油压力低、冷凝泵同停、轴振动高、轴位移高、速关油压力低、调节阀过高而转速低等等，这些条件的任意一个都需要使机组停车，而机组的停车操作需要进行诸如关闭速关阀、开防喘阀、开尾透出口阀、关尾透进口阀等一系列操作，这些操作必须及时、准确的达到设计要求。

防喘振

喘振是各类压缩机、鼓风机等大型旋转设备特有的机械现象。一般表现为：快速的liuliang波动、迅速的压力振荡，喘振会导致风机的liuliang和压力极其不稳定。由于喘振伴随有反向的轴向推力和反向介质流动，从而造成风机的间隙改变，降低风机的效率，缩短风机的寿命，对风机造成严重危害。

四合一机组共有两个需要喘振调节的设备：NOX压缩机和空气压缩机，他们的控制原理是一样的，只是喘振线的数据不同。当PLC检测到喘振即将发生时，会通过PID算法控制喘振阀进行“快开慢关”的操作，达到防止喘振发生的目的。喘振线和防喘振线都由风机的生产厂家在现场进行试验后提供。

汽轮机热井排水阀、回水阀调节

通过PID计算，对汽轮机排水阀、回水阀开度进行控制，对热井液位进行调节，使其保持在现场工作人员设定的数值。

低压设备控制

控制包括润滑油泵、油加热器、事故油泵、冷凝液泵、盘车电机等设备在内的8个低压控制设备，使其工作状态能够显示在上位画面上，并且在旋钮开关打到自动状态下时，能够在上位机画面上进行相应设备的启停操作。

调节在上位画面上对静叶开度、尾透进口阀、出口阀等设备进行控制。

编程过程力求安全、全面，要尽量全面的考虑可能发生的各种情况，并设计出相应的处理方法，尽量使程序简洁，加快运行速度。

⑵上位机画面

上位机画面采用GE公司的iFix3.5，该软件也为GE_Fanuc公司产品，提供了大量实用绘图工具，让上位画面的绘制简单、快捷。PLC与上位画面之间使用以太网进行通讯，保证了通讯质量。画面主要是让操作人员感觉操作简洁、明了、习惯、快捷。一般的操作都可在3次操作内完成。

五、

系统自投运以后，一直运行正常，从未因自控系统造成过系统故障停车，保证了产量，也就保证了企业的效益。

此系统的优越性体现在以下几个方面：

速度快，能够满足防喘振对“高速处理”的要求

通过Genius总线和以太网通讯，能够满足“高速通讯”的要求

热备冗余系统保证了系统稳定性，方便在不影响生产的对系统进行硬件

易于扩展，同第三方模块的融合