西门子模块6ES7223-1HF22-0XA8售后无忧
1引言
金属丝材是基本常用的金属深加工制品。生产金属丝材的金属拉拔机械简称拉丝机。随着国家对不可再生资源的日益关注，提倡节约，在整个电线电缆行业，越来越多的厂家开始尝试开发新型的生产设备，如铜包铝设备，由此延伸出来的三联拉等高端设备的潜在市场显得非常巨大，张家港维达机械正是看到了这样的商机，投入人力、物力开始研发新型的三联拉设备。在竞争激烈的拉丝机市场，单片机开发的专用控制器以及拉丝机专用变频器系统结构简单造价低廉，对于工艺条件要求严格的高端拉丝机，由触摸屏、PLC与变频器系统集成的方案具有更加的自动控制技术优势。
2拉丝机工艺描述
拉丝机种类繁多，按照拉丝的线径大小可以分为：微拉机（线径单位：丝）、小拉机（线径单位：0.Xmm）、中拉机（线径单位：mm）、大拉机（线径单位：1Xmm）从拉丝机内部控制方式和机械结构来说，又可以分为水箱式、滑轮式、直进式等主要的几种。对于不同要求，不同精度规则的产品，不同的金属物料，可选择不同规格的拉丝机械。而于钢丝生产企业和高端丝材，针对材料特性，其精度要求和拉拔稳定度高，使用直进式拉丝机较多。拉丝工艺不同，但其工作过程基本上可以划分成放线、拉丝、收线等3部份工艺过程。
金属丝的放线，对于整个拉丝机环节来说，其控制没有过高的精度要求，大部分拉丝机械，放线的操作是通过变频器驱动放线架实现的，但也有部分双变频控制的拉丝机械，甚至直接通过拉丝环节的丝线张力牵伸送进拉丝机，实现自由放线。拉丝环节是拉丝机为重要的工作环节。不同金属物料，不同的丝质品种和要求，拉丝环节有很大的不同，本文将详细分析设计直进式拉丝机自动控制系统。收线环节的工作速度决定了整个拉丝机械的生产效率，也是整个系统难控制的部分。在收线部分，常用的控制技术有同步控制与张力控制实现金属制品的收卷。
3 系统设计
3.1 直进式三联拉丝机系统方案设计
直进式三联拉丝机自动化系统框图参见图1。
图1直进式三联拉丝机自动化系统框图
三联拉属于大型拉丝机，拉出丝的线径较粗（大线径14mm），需要电机在低频启动时要能提供足够大的输出转矩。这样对于变频器的低频特性有较高的要求。在做方案时选择了使用B系列的变频器，矢量控制能较普通变频器在低频控制时，让电机的输出转矩有明显的提高。
三联拉不同于传统的拉丝机，一般的拉丝机分为双变频和单变频控制两种。在控制上只要PID参数在调试的过程当中能够合理设置，让收线的速度通过积分的作用跟随拉丝的速度，将积分增益设置的大一些，而积分周期要长一些，这样控制效果会比较理想。而三联拉分为两级拉伸，从拉的速度跟随主拉的速度，收线的速度要快速跟随从拉的速度。当主拉速度变化时，从拉及收线的速度要跟随主拉的速度同升同降，并且由于主拉加减速打破了之前的平衡状态，要求从拉及收线的要快速响应，达到新的平衡状态。尤其是收线要更加要快速响应。由于控制对象相互之间在速度上相互影响，在应用普通拉丝机的控制方法，使用简单的PID调整就很难使得从拉和收线达到平衡。积分作用的滞后，平衡杆可调节的范围又比较小，如果不能快速响应，会出现摆杆回到平衡位置的时间较长，在回到平衡位置后，由于积分的累计使得前后速度已经有较大的差异，又造成超过平衡位置，此时后一级又需要经过一段时间的积分作用才能将速度校正过来，但由于积分作用的滞后使得还未将平衡杆校正过来，可能丝就已经被拉断了。需要一种新的控制算法，要能够快速响应主速的变化，不能够超调，造成系统的震荡。具体的控制算法在下文进行详细的介绍及说明。
3.2 控制系统结构与算法设计
（1）系统控制结构。系统控制结构如图2所示。
（2）控制算法设计。根据实际控制对象的特性，要求快速响应，调节范围有限。考虑用比例的关系进行调整，因为大拉机械设计上与微拉、小拉、中拉有很大的不同。前者收线都存在卷径的变化，由卷径的变化而影响速度。而大拉的收线部分不同于前者，可以忽略卷径的变化。算法如下公式所示：
图3 同步比例系数设定画面
3.3台达机电产品应用设计
（2）PLC—变频器电气设计。在配置上选用比较有特色的DVP10SX00R的主机，该主机上自带2路模拟量输入和2路模拟量输出，解析度12位。选用DVP02DA-S的模块，一路作为两个平衡杆电位器的电源，一路作为收线变频器的速度给定。而主机上自带的2路DA，分别作为主拉变频、从拉变频的速度给定。2路AD则分别作为2路电位器的反馈输入，参见图4。这样不仅仅能够为客户节省大幅的成本，安装尺寸也非常小，节省了安装空间。
4 系统调试
在整个调试过程中，不仅要合理的调整反馈比例系数。也要注意主拉、从拉在正常运行过程中出力的不同。可以想象由于原料丝的线径粗，即道拉伸主拉电机要出更多的力，即主拉在低速启动时需要较高的转距，如果仅仅单纯的去调试PLC程序，改变反馈比例系数，在拉不同线径的丝时，控制的效果一定是会发生变化的。我们不可能要求操作人员去动态的调整反馈比例系数。其实只要将主拉的V/F曲线调整的合理，提高低速转距或者根据实际情况还可以将主拉变频的控制方式改成矢量控制，来弥补低速运行时出力不足的情况。
如果主拉的控制方式采用矢量控制，在负载较重的时候，会发现平衡杆频繁震荡。
如果观察运行电流，会发现电机运行电流忽大忽小，之会出现这种情况的原因是由于采用矢量控制时，变频的输出电流会进行补偿，以提高电机的输出转矩。而电流改变的太频繁，会造成上述的现象，如何解决？可以增大转矩补偿低通滤波时间，增大该值可以非常有效的克服振动的现象。这一点是非常关键的。
整个系统在运行中可以分启动、加速、减速、停车过程。启动要求主拉具有较高的启动转矩，在拉大线径时也要能有足够的力量。在加速的过程中需要从拉的加速时间要小于主拉的加速时间，目的是为了快速跟随主拉速度的变化，也能及时的对平衡杆的变化响应出来。收线在加速的过程中，加速时间要比从拉更小，因为收线要更加快速的对主拉或从拉速度的变化进行快速响应。在减速和停车的过程中，也要合理的对主拉、从拉、收线的减速时间进行设定。以保证在停车时平衡杆能够停在平衡位置附近。
5 结束语
基于台达机电技术的三联直进式金属拉丝机系统已经投入试车运行。系统启动、加速、减速、停止的动态过程实际效果达到预期设计。平衡杆始终在平衡位置上下很小的一个范围内轻微的摆动。本套系统区别于其它系统，能够自动调整线径的变化造成的伸长率的变化。同步比例系数自动调整，非常灵活。
目前电热式食品隧道炉在食品加工行业应用广泛，用燃气取代电力，以燃气为能源对于用电紧张的地区有很大的意义，可以缓解该地区的电力紧张。现对一燃气式食品隧道炉利用台达机电产品进行系统整合开发应用的介绍。
1、设备参数及设备配置
该燃气式食品隧道炉长13米，共分为3个区即进炉口区、中间区、出炉口区。每个区又分为上火区和下火区，上火区和下火区各配备一个三线式PT100温度感应传感器来检测该区温度，共六个温度感应传感器，从而将六个区炉火温度控制在一定的范围内。
该食品隧道炉要求能够根据烤制食品的不同种类来设定烘烤时间。
图1 燃气式隧道炉及电控箱外观图
根据设备的特点及客户提出的要求，该设备电器配置为：一台型号为DOP-A10TCTD的人机界面；一台DVP-60ES可编程控制器；两台DVP-04PT/S温度量测模块；一台VFD037M43A变频器，通过对PLC可编程控制器及人机接口程序的合理编制来完成系统整合，实现设备的电器控制。
2、解决方案
2.1 烘烤时间控制
利用变频器改变隧道炉链电机的转速从而达到控制食品从进炉口到出炉口的时间也就是食品的烘烤时间。
参数设定画面如图2所示。不同型号的隧道炉要通过长度给定，速比给定，链轮节园给定，这是一个通用参数叶，适用于所有类型的隧道炉。该参数叶还可以监视变频器的设定频率和运行频率值以及设定排风时间。
图2 参数设定画面
烘烤时间与输送控制画面如图3所示。在人机接口上制作的交替型按钮通过PLC程序的控制来完成变频器的正反转运行启动,正反转运行启动上面覆盖走马灯，当正转运行启动时文字正转运行循环以走马灯的形式来显示，反转亦然。
图3 烘烤时间与输送控制页面
变频器的频率是人机界面通过RS485和变频器通讯来完成频率设定的，通过数值输入组件给出烘烤时间后就可以通过事先编好的CLOCK宏运算出实际运行中应该设定的频率值，将此值赋给变频器的2001H频率设定地址，完成运行频率的写入。
温度设定与显示画面如图4所示。在人机界面上通过数值输入和数值显示组件来完成的，DVP-60ES和DOP-A10TCTD通过RS232通讯，DVP-60ES和DVP-04PT通过RS485通讯通过温度模块04PT读回该区PT100的温度从而来完成温度的反馈，通过PLC程序来控制燃气阀门的开闭，实现温度闭环调节，达到各烘烤区间工艺温度控制。
图4 温度设定与显示
3、设备的操作说明
燃气式食品隧道炉的操作说明如图5所示。
图5 操作说明
4、故障处理
设备出现点火故障时点火指示灯会出现红色故障报警显示，从而知道该点火器出现问题，连续自动点火三次后点火器仍不能点着火的情况下通过中间继电器将点火故障信号反馈给PLC输入，通过PLC程控D0值的写入来完成自动跳到报警画面，出现报警后实行人工手动控制点火器点火，手动点火确认确实是点火器故障后就要将此点火器暂停，待人工把点火器修理好后再进行点火。点火控制画面如图6所示。
图6 点火控制画面
当图四当前温度显示为-2000或者6000的时候证明温度量测模块没有将当前PT100铂热电阻的温度读回来，也就是没有通讯成功，这就要查传感器的接线方法是否符合图纸的要求，温度传感器有否损坏，DVP-60ES和DVP-04PT/S通过RS485通讯时如果温度量测模块超过一台那么通讯之前要改变04PT/S站号的设定，如果站号没有改变同样会出现通讯的问题。
三线式PT100接线方法如图7所示。
图7 三线式PT100接线方法
5、结束语
台达机电产品在燃气式食品隧道炉设备上的成功整合应用，满足了食品机械客户的需求，我们只要根据客户提供的方案进行电气系统合理设计，优化设备选型，配合施工安装，现场指导调试等一系列的优质客户服务，台达机电产品会在更多的食品机械客户那里得到更多的整合应用。