西门子模块6ES7214-2BD23-0XB8设置参数
随着我国汽车工业的快速发展,汽车已经作为新兴代步工具走入千家万户。而作为汽车必不可少的轮胎也必然成为了有车一族的消费品。这种需求拉动了我国轮胎、橡胶工业。致使国际、国内的轮胎制造商纷纷登陆中国，投资建厂，扩大生产规模，满足不断增长的轮胎需求。在轮胎生产中，重要的一个环节是轮胎的成型，各国的轮胎成型机制造商无不绞尽脑汁地研究，开发高效、jingque、简捷的轮胎成型设备。我国的轮胎设备制造企业也在工艺、技术、高效率上不断研发符合生产要求的机器。施耐德电气作为电气自动化在全球的者在过去就有着丰富的轮胎成型控制经验，目前更有不断翻新的高技术解决方案来支持设备制造企业不断提高产品质量，降低成本，优化结构，提高生产效率。目前，我们推出的成型机整套控制解决方案就代表了当今。它带给用户的是高效、简捷，易于调试、安装、高性价比。
制造工艺要求
轮胎的成型就是根据轮胎尺寸要求，把挂胶的帘布和带子裁断成一定长尺寸，经过贴合，挤压形成胎坯。根据成型工艺的要求，设备一般包含胎体贴合鼓，带束层鼓，成型鼓，内圈传递环，外圈传递环，带束层供料架，帘布供料架，冠带层供料架，复合胶。这些设备的传动要求速度快，位置的定位准确，主鼓在转动时，要求其辅助设备能够同步供料。这些设备的传动采用伺服电机。在供料架的辅助传动，裁断等传动上有相关普通电机需要控制。各个机架还有很多开关点，传感器点。还有一些气动单元需要控制。一台高效的成型机要能够制造不同尺寸，不同规格的胎，即在人机界面上，可以调用各种生产工艺，执行各种生产工艺，显示，记录生产状况。有的厂家还要求能够远程调试，监控等。设计一台高效，结构简捷，安装调试简单，控制既集中又分散的控制系统是自动控制厂商不断追求的目标。
施耐德电气凭借其出色的网络控制技术，完整的产品线，勾勒出了一幅这样的画面。它以3个网络贯穿了设备的3大部分。一个是以太网，一个是通用CAN-OPEN总线，一个是面向运动控制的SERCOS通讯控制。
以太网是施耐德电气基于MODBUSTCP/IP的网络通讯技术，它的通讯速度可达10M,速度快，可传输大量数据。在这里它用于与基层PLC的数据交换以及上位PC和人机界面等的数据交换。
CAN-OPEN总线是目前通用，开放的总线技术，很多设备供应商都把自己的产品赋予CAN总线通讯功能，如变频器，传感器，气动单元。我们把变频器，传感器，编码器都接在CAN总线上，CAN总线的通讯速度可达1M,方便了我们对数据快速响应的要求。
SERCOS是SerialReal Time Communication System 的缩写, 它如指挥管弦乐队演奏出强有力的, 令人难忘的,协调的乐曲一样, 当前的运动控制产品制造商已经开发出范围广泛的运动控制整体解决方案, 令运动控制更加随心所欲。
就以施耐德电气的基于PLC的SERCOS总线控制技术来说，一旦把硬件结构搭建完毕，实现的运动控制功能是可以随意由软件编程来完成的，这里既不用考虑变更硬件，也不用考虑干扰问题，因为SERCOS总线数据的传输是由光缆完成的。这种业界公认的SERCOS通讯结构，为多轴应用提供了开放的光纤标准网络。可以非常方便的实现多轴的电子齿轮功能，电子凸轮功能，多轴的运动插补功能,电子虚轴等功能。
控制结构如图所示
橡胶轮胎成型机-PremiumPLC方案
方案的设计特点
这次我们提供的整体解决方案有以下几个亮点：
1．用PREMIUMPLC带以太网的CPU，通过以太网控制13个站的TWIDO PLC，TWIDO PLC安装在基层现场。
这样，由于不采用PREMIUM的I/O模板和BUS总线，使得总体PLC成本大大降低。又由于TWIDOPLC放置在基层，使主控柜节省了大量空间，节省了向基层铺设的电缆。用户的安装很简捷，大大节省了安装和调试时间。基层的TWIDOPLC是带CPU的，可以独立编程，操作。实现了分散控制概念。通过以太网把数据送到主站PREMIUMPLC中。人机界面HMI可以挂在以太网上，向PLC发出任务请求，显示执行状态等。如果需要工控机也可以挂在以太网上，通过PLCIP地址访问PLC实现远程监控，调试。
2．采用CAN总线对变频器，自动化阀岛，编码器进行控制和数据采集
在轮胎成型机中有众多的气动元件，变频器需要控制，为了减少复杂的安装，我们采用了CAN总线通讯技术，即一条电缆控制多台变频器，自动化阀岛，多点传感器单元，采集多个编码器数据。这种设计由于省掉了大量的模拟量，高速计数模板，而使价格有了相当的竞争力，也使安装节省了大量的电缆铺设。可靠性大大提高。施耐德的变频器内置了CAN_OPEN通讯卡，也使用户使用起来很方便。目前，带CAN总线的编码器使数据的传输再也不用担心干扰对其的影响。
3．运动控制系统采用SERCOS通讯控制技术
因为在轮胎成型中，运动控制有以下几个关键技术需要实现：
·多段定长控制，即根据不同规格需要输送定长的材料带。
·同步跟踪控制，即一个带层的运动要求其它带层同步运动。
·插补控制，即成型鼓转动的周长，需要若干个供料架在同一时间提供同样周长的带子。
·在线测量，即在带子高速运动过程中，通过光电传感器的上升沿和下降沿 测量出带子的长度。
·对力矩的控制，在此模式下，伺服电机可以工作在设定力矩。
施耐德电气基于PLC的SERCOS运动控制模板对以上伺服电机的控制易如反掌，采用光缆通讯，速度更快，没有干扰，方便调试。
施耐德电气的伺服驱动器LEXIUM15和BSH电机满足了对带束层鼓，胎体贴合鼓，成型鼓，及带束层供料架，帘布层供料架，传递环的传动要求。电机的急停和安全保护信号是直接接到驱动器上的，由驱动器直接处理，速度和可高性更高。
在四电机传动粗纱机的控制系统中，采用UnityPremium PLC(TSX P57 0244M)作为控制器,进行粗纱机工艺数学模型的计算和速度闭环和张力闭环控制。四台施耐德电气公司的高性能、高精度ATV71变频器分别控制罗拉电机、锭翼电机、筒管电机及龙筋电机，以实现粗纱机的牵伸、加捻、卷绕成形等工艺要求。配MagelisXBT-G 10.4” 彩色STN触摸屏(XBT G5230)进行操作和系统监控。整个系统通过Unity PremiumPLC和ATV71组成通讯速率高达1M的CANopen现场总线。
Premium+ATV71+XBTG方案硬件配置
控制特点
控制器：PremiumPLC完成数学模型计算、逻辑控制、张力闭环及CANopen通讯，系统稳定可靠，编程简单。
为保证粗纱质量，四台电机的调速和同步控制要求数据刷新速度至少为50ms，通过UnityPremium PLC和ATV71组成CANopen现场总线，应用Unity PremiumPLC的高效的数据处理能力和处理速度，以及CANopen总线高速传输和周期性、同步数据交换功能，可以很好地满足四电机传动粗纱机的实时调速及同步要求。
速度环：4台ATV71（采用编码器反馈的矢量控制模式），由ATV71自身完成。
ATV71系列变频器是施耐德电气公司推出的基于现代控制理论矢量控制技术的具有高性能和强大功能的全系列变频器，功率范围0.37～500KW，频率范围0～1000Hz(≤37KW)，0～500Hz(>37KW)
10%(开环)， ；调速范围1～100(开环)，1～1000(闭环)；调速精度为%(闭环)；过力矩能力为170%60s或220%2s。具有开环/闭环切换、摆频功能、给定值存储、PID调节以及各种保护等先进功能；集成EMCA级滤波器；无传感器电机控制；内置可编程控制卡。在四电机传动粗纱机控制系统中，ATV71采用电流矢量闭环控制模式，可以实现零速度下满力矩，满足了粗纱机对低频传动的特定要求。
张力环：通过CCD反馈，由PremiumPLC完成。
通过CCD反馈检测粗纱张力的变化，应用PremiumPLC的PID函数功能，对四台变频器之间的速度比进行实时修正，能有效克服由于温度、湿度及纱线品质不一致引起的张力波动，达到恒张力纺纱的目的。
高速通信：速率高达1M的CANopen总线。
CANopen总线是基于CANBUS的高层协议，秉承了CAN总线的抗干扰性强、高速、实时的优点，CANopen应用PDO、SDO、NMT等通讯对象，方便了总线的管理和应用。CANopen应用于四电机的粗纱机，可确保四电机之间速度的同步。
1、引言
细纱工序是成纱的后一道工序，是将粗纱牵伸30～50倍并加捻，纺成具有一定特数、符合相关质量标准的细纱，供捻线、机织或针织使用。纺织厂生产规模的大小是以细纱机总锭数表示的；细纱产量是决定各工序数量的依据；细纱的质量水平、原料物料耗电量等指标、劳动生产率等是技术和管理水平的体现，细纱工序在纺织厂中占有重要的地位。
传统细纱机的牵伸原理与粗纱机基本相同，而卷绕和加捻则是由钢领和钢丝圈来完成的，称为环锭细纱机。环锭细纱机和传统粗纱机一样由一台电机传动，通过齿轮箱变换各机构需要的速度。在环锭细纱机各组成部分中，牵伸系统是反映细纱机性能和影响纱线质量的关键因素，而新型的紧密纺纱技术通过对牵伸部分进行创造性改造，将牵伸区和集合区分离，在环锭纺罗拉牵伸与加捻之间叠加对纤维须条的气动凝聚或集聚技术，增加了须条的紧密度，毛羽减少约20％，强力则提高约10％，条干均匀度、机器效率等也有不同程度的提高，不仅可以降低加工成本，可以减少后加工工序。紧密纺的另一优点是与原细纱机完全一致，只多出一对集聚罗拉，在原环锭细纱机上也可进行改装，具有广阔的市场前景。
紧密纺细纱机的控制系统较环锭细纱机复杂许多，是前后罗拉的严格同步，实现牵伸倍数和捻度的精密控制，保证高支数纱线的成纱质量；是通过取消钢领板的传动齿轮，采用先进的伺服控制技术实现卷装的电子成形技术，从而实现了机械机构的简化、生产速度的提高、以及纱线支数和管纱成形的自动调节。
2、控制系统方案
在紧密纺细纱机的控制系统，我们采用了三套施耐德电气公司的TwinLine系列伺服驱动系统和无刷伺服电机，分别控制前、后罗拉以及钢领板；采用两台ATV31系列变频器，分别控制主传动电机和风机；整个系统采用MicroPLC控制，采用XBT-G 5.7”黑白触摸屏进行系统操作和监控。
3、控制系统简介
Micro系列PLC是施耐德电气公司推出的具有强大处理能力和较大的存储空间的中小型PLC(I/O点多256点)，采用灵活的模块化设计，结构紧凑，为要求精密功能(PID调节、高速计数、jingque定位、人机对话等)的复杂机器提供经济型的解决方案。MicroPLC内置人机界面接口和多种通讯扩展接口，易于实现与其它设备的连接；高密度的应用(64点I/O模块等)使MicroPLC成为紧凑的控制器。
Micro PLC编程软件与PremiumPLC兼容，具有中型PLC同样的通讯语句、PID调节语句、各种运算语句等精心设计的功能函数，和在线修改等高性能的调试诊断工具，极大地丰富了MicroPLC的应用范围，减少了系统设计的时间。
Twin Line系列是施耐德电气公司推出的宽范围的伺服驱动器和无刷伺服电机产品，集成了先进和优化的无刷电机控制技术，并具备IEC61131-3标准的编程功能和各种开放的接口，通过脉冲/方向、I/O或现场总线等方式控制，电机功率范围为0.3～13.8Nm，速度范围为4500～12000 rpm，可以灵活满足各种实时应用要求，实现经济化、智能化的应用解决方案。
通过Micro PLC准确的运算和高精度的模拟量输出，控制TwinLine系列伺服系统，可以实现紧密纺细纱机所要求的前、后罗拉精密同步、以及钢领板电子成形；MicroPLC的内存扩展功能也为紧密纺细纱机控制所需的大容量数据存储区提供了有力的保障。
ATV31系列变频器是新推出的、ATV28系列变频器的升级产品，功率范围从0.18～15kW，有6个逻辑输入口、3个模拟输入口、1个逻辑/模拟输出口和2个继电器输出口。ATV31系列变频器具有可靠性高、结构紧凑、便于使用等特点，内置A级EMC滤波器，集成了Modbus和CANopen两种工业现场总线，提供电机和变频器保护、加/减速斜波、16段预置速度、双极(±10V)信号给定、PI调节器、制动顺序、以及横动控制(TraverseFunction)等众多功能，可以很好地满足各种机械的应用要求。
4、细纱的电子成形控制
细纱的管纱如右图所示，分管顶、管身和管底三个部分，卷绕形式采用圆锥形交叉卷绕形式(又称短动程升降卷绕)，同一层纱各处的卷绕直径不同，以实现退绕时纱可从管顶抽出而管体不转动，适应高速退绕的目的。
卷绕成形运动由两个运动组合而成：
·圆周运动：电动机通过锭带拖动筒管恒速转动
· 轴向移动：钢领板短动程升降运动引导纱在卷绕面上均匀分布
其中：
·卷绕转速(nW)=锭子转速 - 钢丝圈转速 ? v/(pdx) (v：前罗拉线速度，dx：筒管的卷绕直径)
· 钢领板升降速度(vR)＝= D * nW (D：卷绕节距)
在细纱的电子成形控制中，采用伺服系统控制钢领板短动程升降运动，根据前罗拉的出线速度和纱线的粗细度设定卷绕节距和成形高度，计算出纱线在管身和管底卷绕所须的钢领板升降速度；通过编码器检测钢领板的位置，由PLC输出相应的速度信号给伺服系统，实现细纱的电子成形。
5、结束语
本系统采用施耐德全套解决方案，具有以下几大优点：
(1) 人性化的编程软件，减少了客户工作量。
(2) 优化的闭环控制系统，降低成本，提高了质量。
(3) 由于成形时，要求纲领板的速度始终在变化，要求PLC具有快速运算能力及输出，MicroPLC运算指令丰富，支持浮点数运算，能够快速及时地控制纲领板的速度，以保证成形精度。
(4) Micro 高速计数可达500KHZ，能够满足高精度测速的要求。
概述
工艺流程：轧车\上超喂\下超喂\主链\毛刷\出布\落布
工艺说明：
拉幅工艺：对织物纬向施以一定的拉力，消除织物在前处理及染色印花过程中因经向张力较大而产生的布边不齐、纬纱歪斜、幅宽不等等缺点。
定形工艺：将织物在适当张力条件下，加热到所需温度并保持一定时间，使纤维分子链在新的位置上重新调整，以适当速度冷却，将织物受热变化的状态固定下来。可以消除织物上原有的皱痕，还能防止再产生新的褶皱。
传动系统：
全机主要有7个同步传动单元(见系统框图，其中，主链分传动)，4台循环风机
(8室烘房)，2台排风机。
技术要求：
1．左右主链需要速度及位置同步，避免织物纬斜。
2．10段门幅控制，调幅精度控制在±2mm之内。
3．温度控制，8路PT100信号输入PLC。
4．张力控制。
控制特点和方案说明
整个系统采用CANopen通讯数字量控制，主要控制如下：
1．传动部分：交流变频传动。
2．控制部分：两台HMI(机头机尾)、ATV31变频器、8路AI、12路40kHz高速计数、CANopen总线。
3．主链一主一从，采用编码器信号反馈，PLC每20ms对从主链编码器进行采样，与主主链编码器信号进行比较，根据反馈脉冲差值调整从主链速度，之后清零主从脉冲值，避免累计误差产生，以保证主从主链的速度同步。在HMI上设有从机速度点动修正。
4．除进布和出布侧外，每室烘房也设有门幅控制，全机共有10段调幅，为了使门幅误差在工艺要求之内，采用编码器双向计数控制。
5．烘房温度直接由8路PT100模拟量输入PLC(控制精度12位)，并由PLC编程进行PID调节，在HMI上显示各段烘房温度并可调整。
6．各传动单元之间无张力传感器，在HMI上都设有速度微调。
7．上下超喂变频外接制动电阻，避免在负超喂过程中的能耗制动引发变频器频繁故障。
8．各单元工艺速度关系：
V上超=V主×(1+K1%)
V下超=V上超×(1+K2%)
V轧车=V下超×(1+K3%)
V毛刷=V上超×(1+K4%)
V出布=V主×(1+K5%)
V落/打=V出布×(1+K6%)
预缩整理联合机控制方案
概述
工艺流程：进布\预缩\落布
工艺说明：
织物在湿、热情况下尺寸产生收缩，以恢复纱线的平衡弯曲状态，使织物原来存在着的潜在收缩在成品前预先缩回，以符合纺织品规定的缩水率标准，防止纺织品加工成服装后，穿着洗涤时产生收缩。
传动系统：
同步单元(变频控制)
-进布电机-2.2Kw
-呢毯电机-3Kw
-橡毯电机-15Kw
-出布电机-1.5Kw
其他传动(直接启动)
橡毯模辊、压辊、橡毯张力辊等
技术要求：
-工艺车速：10-100m/min
-预缩率：<16%
控制系统说明
1．全机采用CANopen总线通讯控制。
2．预缩率计算：
理论预缩率＝橡毯变形厚度/(压辊半径＋橡毯变形厚度)×
3．进布、呢毯和橡毯电机采用编码器反馈方式，根据预缩率进行控制各自的速度，并且在触摸屏上设置手动调节装置(步进/步退)；出布采用平幅折叠落布。
4．呢毯纠偏采用光电传感器检测。
5．触摸屏上显示/设定：开机车速、电机实际转速、实际预缩率、监控画面、设定预缩率等。
6．变频器所有故障通过总线读取，并在界面上显示相应故障说明。
系统概述
细纱工序是成纱的后一道工序，是将粗纱牵伸30～50倍并加捻，纺成具有一定特数、符合相关质量标准的细纱，供捻线、机织或针织使用。传统细纱机的牵伸原理与粗纱机基本相同，而卷绕和加捻则是由钢领和钢丝圈来完成的。环锭细纱机和传统粗纱机一样由一台电机传动，通过齿轮箱变换各机构需要的速度。在环锭细纱机各组成部分中，牵伸系统是反映细纱机性能和影响纱线质量的关键因素，而新型的紧密纺纱技术通过对牵伸部分进行创造性改造，将牵伸区和集合区分离，在环锭纺罗拉牵伸与加捻之间叠加对纤维须条的气动凝聚或集聚技术，增加了须条的紧密度，毛羽减少约20％，强力则提高约10％，条干均匀度、机器效率等也有不同程度的提高，不仅可以降低加工成本，可以减少后加工工序。紧密纺的另一优点是与原细纱机完全一致，只多出一对集聚罗拉，在原环锭细纱机上也可进行改装，具有广阔的市场前景。
紧密纺细纱机的控制系统较环锭细纱机复杂许多，是前后罗拉的严格同步，实现牵伸倍数和捻度的精密控制，保证高支数纱线的成纱质量；是通过取消钢领板的传动齿轮，采用先进的伺服控制技术实现卷装的电子成形技术，从而实现了机械机构的简化、生产速度的提高、以及纱线支数和管纱成形的自动调节。
方案原理图
图1 紧密纺细纱机传动方案原理图
在紧密纺细纱机的控制系统，采用了三套施耐德电气公司的TwinLine系列伺服驱动系统和无刷伺服电机，分别控制前、后罗拉以及钢领板；采用1台ATV71变频器控制主传动电机，采用1台ATV31变频器控制风机；整个系统采用MicroPLC控制，Micro PLC与变频器及伺服间采用高速CANopen总线进行通讯，采用XBT-G5.7”黑白触摸屏进行系统操作和监控。
Micro+ATV71+ATV31+TWLIN+XBTG方案硬件配置
控制特点
控制器：由Micro PLC实现整机的逻辑控制和参数计算，实现整机的优控制。
Micro系列PLC是施耐德电气公司推出的具有强大处理能力和较大的存储空间的中小型PLC(I/O点多256点)。通过MicroPLC准确的运算和高精度的模拟量输出，控制TwinLine系列伺服系统，可以实现紧密纺细纱机所要求的前、后罗拉精密同步、以及钢领板电子成形；MicroPLC的内存扩展功能也为紧密纺细纱机控制所需的大容量数据存储区提供了有力的保障。
人机界面：由触摸屏XBTGHMI实现纺纱参数的设定、显示和故障监控。
锭子和罗拉的变频调速（ATV71）
锭子利用变频器的多段速功能很好地满足了细纱的工艺要求,前后罗拉通过ATV71进行严格速度同步，实现对粗纱的精密牵伸。其主要优势在于能够根据落纱大、中、小纱的张力变化，实现自动无级变速，优化纺纱条件，以尽可能地保持纺纱各阶段的张力稳定，对降低断头，减少毛羽，实现优质高产，降低能耗和减轻值车工劳动强度都将起到积极作用。
ATV71系列变频器是施耐德电气公司推出的基于现代控制理论矢量控制技术的具有高性能和强大功能的全系列变频器。调速范围1～100(开环)，1～1000(闭环)；调速精度为10%(开环)，%(闭环)；过力矩能力为170%60s或220%2s。集成EMCA级滤波器，集成了Modbus和CANopen两种工业现场总线。
风机的变频调速（ATV31）:ATV31系列变频器具有可靠性高、结构紧凑、便于使用等特点，内置A级EMC滤波器，集成了Modbus和CANopen两种工业现场总线。
图2 紧密纺细纱机锭子的多段速
细纱的成形：由伺服控制钢领板升降。
应用伺服控制器的电子凸轮功能，预先下载两条曲线至伺服驱动器，在机器启动后，伺服接受信号输入启动凸轮曲线后两条曲线交替切换工作。用户可从人机界面上输入相关参数，通过通讯传到伺服相关参数可以修正曲线以适应不同的产品需求。关于停电后恢复生产的功能，电子凸轮提供实时读取当前主轴位置的功能，TLC6的内存区内可以提供若干断电记忆的变量区间，我们利用这些功能将断电前瞬间的位置记住，在恢复电源之后重新进行生产过程。
图3钢领板升降电子凸轮曲线
自动落纱:由位置型伺服实现细纱的高速、、全自动落纱。
应用伺服控制器的(位置型)点到点jingque定位，应用伺服控制器的内置编程功能实现停电时的位置记忆。
现场总线通讯：速率高达1M的CANopen总线。
CANopen总线是基于CANBUS的高层协议，秉承了CAN总线的抗干扰性强、高速、实时的优点，CANopen应用PDO、SDO、NMT等通讯对象，方便了总线的管理和应用。施耐德的ATV31、ATV71及伺服系统TWLIN均内置了CANopen，将CANopen应用于多电机传动的紧密纺细纱机，不仅可获得高性能的总线通讯，非常经济。