西门子模块6ES7223-1BM22-0XA8参数规格

西门子模块6ES7223-1BM22-0XA8参数规格

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，我们必须提高产品性能，使我们的产品能够适应我们的工艺要求

引言： 

据有关统计数据表明，随着中国经济高速发展以及人民生活质量的提高，对微波食品、休闲食品及冷冻食品等方便食品的需求量将不断增加，这将直接带动相关食品包装的需求，中国食品与包装机械业在今后的一段时间内将维持正增长。预计“十一五”期间，中国包装工业的总产值可望达到4500亿元人民币，并保持年均7%的增长速度。从2011年到2015年，总产值可望突破6000亿元，每年平均增速约维持在16%的水平。以产品分类，中国纸包装制品产量到2015年可达3600万吨，塑料包装制品946万吨，金属包装制品491万吨，玻璃包装制品1550万吨，包装机械120万台套。预计未来循环经济将成为包装行业发展的主要模式、包装资源回收利用将实现产业化、绿色包装材料将获得大力开发和发展、包装基础工业也将加快发展。一个国家包装工业的发展水平及其包装设计研发理念，是该国经济生活中文明程度的重要标志。包装产业不仅涵盖了包装产品的设计、生产，包装印刷，包装原辅材料供应，包装机械以及包装设备制造等多个生产领域，其包装制品还参与到至第三产业，货物流通的每一个环节。对使用后的包装产品进行处置、回收和再生利用是包装工业性的社会责任。包装产业的发展与全球经济一体化和人类社会可持续发展息息相关。包装产业作为“朝阳产业”，必将对全球制造业发展及其产品的国际间流通产生不可低估的作用。 

目前我国的包装机械自动化程度不高，和其他包装强国相比技术水平还有待提高。我们要大力的发展包装机械的自动化水平，提高生产效率，提高产品的档次，这样才能在激烈的国际包装市场竞争中立于不败之地。下面给大家介绍来自美国的小型一体化控制器（OCS）在包装行业的应用。 

一、 一体化控制器OCS在颗粒包装机上的应用： 

颗粒自动包装机适用于制药、食品、植物种子、化妆品、化工等产品中的松散状无粘性粗粉状、颗粒状物料的自动包装，如：冲剂、小丸、味精、白糖、汤料、麦片等，颗粒自动包装机可以在包装过程中自动完成计量、拉袋、充填、封口、切断、计数、热压批号等全部工作，是医药制药、食品、化工等行业广大客户实现生产自动化、提高生产效率的优选设备。北京某包装机械制造有限公司是生产颗粒自动包装机及灌装机的厂家，其生产的DXD系列自动包装机及灌装机行销海内外，得到用户的普遍好评。Horner公司技术工程师在认真研究了包装机工作原理之后，提出了基于XLE103小型一体化PLC的控制系统。产品外形如下：

DXD全自动包装机要求加料、充填、拉袋、封口、剪切、撕口、热压批号等工序全自动完成，包装速度、制袋长度可以人为调整。采用XLE103控制的DXD全自动包装机是集PLC控制器、人机界面、温度PID控制、高速I/O、步进电机控制等多种功能于一体的多用途自动包装机，该包装机具有自动给料、高速计数、袋长可调、温度可自调节，并且具有性能稳定、操作维护方便、效率高等特点，保证了包装袋的长度稳定，图形美观。根据工艺要求，DXD全自动包装机采用XLE103进行自动控制，包含一个关键的步进电机的协调运行。XLE103是一款高度集成的一体化控制器，它本身集成12路数字量入，12路数字量出，4路高达10KHz的高速计数器输入，2路大道100KHz的PWM（高速脉冲）输出，2路14位的模拟量输入，自身可支持8路的PID数字调节。还集成2个串口，可以支持MODBUS协议和其他的串口协议。并且编程软件免费，编程电缆用户可自己制作。 

经过实践的证明，此款OCS控制器完全可以控制颗粒包装机的各种动作，并且达到了降低成本，提高效率的目的。对颗粒包装机提高附加值是个很好的先例。 

二、 一体化控制器OCS在缓冲机上的应用： 

随着工业的高速发展，对包装材料的需求量越来越大，尤其是具有缓冲性能的包装材料泡沫聚苯乙烯（EPS）的需求越来越大。缓冲包装材料属于一种寿命周期短、“用过即扔”的一次性包装物，瞬间即可变成垃圾，对环境的负面影响是显而易见的。家用电器、电子仪器、玻璃器皿等产品的包装一直采用EPS，由于塑料发泡材料的废弃物在自然界中长期不能生物降解，给环境造成严重的“白色污染”，已经被许多国家禁止使用，我国也将逐步禁止使用。使用皱纹牛皮纸是一种经济容易得到的缓冲材料，其特点是表面性能稳定，不容易产生粉尘，加工容易，可塑性好，其缓冲作用主要靠挤压皱纹牛皮纸而实现，能为轻的待装产品提供良好的缓冲作用。下面就一体化控制器OCS为核心控制的褶皱牛皮纸生产设备—缓冲包装机作一下详细的介绍。缓冲机的外观如下：

此设备的控制器是由美国Horner公司自主研发的一款小型的一体化控制器XLE，Horner的工程师针对缓冲包装机的特点，经过细心的研究后，决定选用XLE103作为此设备的控制部分。这款控制器的外形尺寸仅为96mm×96mm×58mm，非常适用于小系统，它本身集成12点直流输入（其中4路可以配置为高速计数器）；12点直流输出（其中2路可以配置为脉宽调制）；2路模拟量输入；2个串行通讯口；支持TF-flash卡；更重要的是，它本身自带一块128×64的图形LCD。这些功能就完全满足了缓冲机的要求，其控制器产品外观如下：

经过实践的证实，XLE103完全满足缓冲包装机的工艺要求，并能根据工作状况自动调整，以使设备达到高能效。 

三、 一体化控制器在封口机上的应用 

目前我国对于食品的安全卫生标准日加严格，在食品的生产运输过程中必须采用真空的包装，这就必须使用封口机械对食品进行真空包装。下面就给大家介绍一下一体化控制器XLE在真空封口机上的应用。 

封口机主要的两个关键控制点就是袋内真空度和封口温度的控制。XLE通过接受真空度传感器的信号来检测包装袋内的真空度，从而根据操作人员的设定值来控制真空泵的起停时间，当包装袋内的真空度达到设定要求时马上进行热封，从而能保持袋内食品的保鲜期。对控制器的要求非常高，不仅要时时采集模拟量信号，不断地进行比较。根据特别的算法，从而保持袋内真空度处于动态的平衡。XLE本身具备32路相对独立的PID算法调节，根据热电偶采集的温度信号进行PID控制已经达到了很好的效果