6ES7231-7PD22-0XA8产品描述

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1 引言

    天平广泛应用于科研、国防、金融、建材、计量、公路、工矿等企业进行计量检测。天平做为重要的称量仪器，种类繁多，按使用范围大体上可分为工业天平、分析天平、专用天平。按结构可分为等臂双盘阻尼天平、机械加码天平、半自动机械加码电光天平、全自动机械加码电光天平、单臂天平和电子天平。按精密度可分为精密天平、普通天平。各类天平结构各异，但其基本原理是一样的，都是根据杠杆原理制成的。

   天平是一种计量设备，根据量程范围和计量物体不同，天平的主体框架和机械结构也有所不同，砝码系统也不尽相同，天平系统核心机械部件决定天平计量精度。本文介绍的自动计量天平专门用于计量气体质量的非标准天平计量设备，计量飞机发动机各项气体指标是否满足要求，以及提供参考数据用于发动机研发人员提高发动机性能，对于我国飞机核心部件的研发和提升性能具有积极意义。

2 系统设计

2.1 系统分析

   国内制造工业天平的研究机构研发的天平设备加减码系统均为人工或者机械加减码，操作缺乏灵活，计量效率和质量不利于提升设备经济价值和产品档次。本项目天平自动计量系统研发成功填补了国内天平计量设备自动化控制的空白，设备具有完全自主知识产权，控制系统采用台达PLC作为主控器，驱动4轴独立交流伺服系统，上位机人机界面监控天平运行状态，输入加码质量，系统实现自动加减码，无论从核心部件还是控制系统都可以和国外同类设备相媲美。

2.2 天平自动计量系统组成结构

(1)天平开关：  采用4千瓦三相异步电动机，由接近开关控制停止位置。

(2)秤盘升降：   采用2.2千瓦三相异步电动机，由接近开关控制停止位置。

(3)自动加码： 左右盘对称各一套，分为公斤组（400W伺服电机驱动）；十公斤组（400W伺服电机驱动）；百公斤组（120W异步电机驱动）。三组砝码应能实现0kg～199kg任意质量的自动组合。

2.3 系统设计

（1）控制系统原理：天平自动计量控制系统采用双主站控制方式，人机界面和工控PC机作为主站监控从站PLC动作，HMI通过COM1通讯口与PLCCOM1（RS232）通讯口连接，工控PC机通过COM1通讯口与PLCCOM2（RS485）通讯口，从而实现命令下达和动作反馈等监控功能，实现设备自动化控制要求。主控器台达PLC连接4颗独立伺服驱动系统，高速脉冲控制伺服行进距离和行进速度，达到jingque加减砝码控制要求，PLC模拟量采集模块实时采集压力传感器信号，转换为压力数值供上位机显示和程序处理使用，天平其他部件动作条件检测和动作驱动完成均由PLC数字量输入输出接口按照程序逻辑输出实现控制功能，如图1所示。

                        图1系统原理框图

   （2）配置设计：控制系统技术方案配置如表1所示。表1仅列举出控制系统主要元器件，还包括低压电器（低压断路器、电磁接触器、电磁继电器、按钮、指示灯等）、检测传感器（压力传感器、接近开关、行程开关等），模拟信号变送器等元器件，此处均不予赘述。

表1系统配置设计

（3）台达DVP28SV11T PLC功能描述：DVP28SV11T提供并列形式高速扩展接口，可以扩展应用多样的网络接口，如以太网、DeviceNet、ProfiBus以及模拟量、温度模块等，从而实现实时控制的要求，多可以扩展16台模块（左侧扩充8台＋右侧扩充8台），包括模拟量、温度、轴控、通讯等特殊扩展模块。DVP28SV11T主机内建200KHz四轴独立和二组直线/圆弧插补功能的运动控制指令，使得位置控制方面的应用灵活方便。DVP28SV11T PLC应用于4轴伺服定位控制；裁料机（高速伺服控制）；X-Y伺服机械手臂；伺服控制夹取物料应用；光电、半导体、纺织、节能与楼宇自动化等产业设备应用。台达DVP28SV11T PLC产品规格：主机点数：28 ；大I/O点数：512 ；用户程序容量：16K Steps ；指令执行速度：0.24μS（基本指令）；通讯接口：內建RS232、RS485，兼容MODBUS ASCII/RTU通讯协议；资料存储器：10,000 Word；档案存储器：10,000 Word ；高速脉冲输出：支持4点 （Y0, Y2, Y4, Y6）高速脉冲输出、2组（Y0,Y1）（Y2, Y3）AB相脉冲信号输出及2组（Y0-Y3 &Y4-Y7）双轴插补功能，高均可达200KHz，內建4组硬件高速计数器。

2.4 控制系统电气设计

   PLC主控器控制回路接线如图2所示。需要指出的是，伺服能够寻找到上述不同公斤数对应的不同角度，伺服电机拖动减速机带动旋转轴上面的若干的机械凸轮系统实现自动加码动作，对于电气控制系统只要能够jingque找寻到预设要求的角度就可以满足要求了。

图2PLC电原理图

2.5天平计量自动化工艺

   系统上电系统程序自动运行以下一系列操作：检测天平是否关闭，如果处于关位（SQ2+）则无动作，如果未处于关位（SQ2-），将天平关闭（KM2+）；检测盘是否处于降位、罐是否处于退位：如果是盘处于降位（SQ4+、SQ6+）与罐处于退位（SQ19+、SQ21+）无动作，如果不是盘处于降位（SQ4-或SQ6-）或罐处于退位（SQ19-或SQ21-），将盘升起（KM3+、KM5+），将罐退回（SB2+、SB4+），将盘降下（KM4+、KM6+）；加码系统回零；提示天平系统正常、允许进行手动控制操作；天平开(KM1+)[前提：左右罐处于退位（SQ19+、SQ21+），左右盘处于降位（SQ4+、SQ6+）]；平关(KM2+)；天平开关停止；[增加的一个触摸屏上的功能按钮，在开关天平过程中能够在任意位置停止]；左盘升（KM3+）[前提：天平处于关位（SQ2+）]；左盘降（KM4+）[前提：天平处于关位（SQ2+）]；左罐进（SB1+）[前提：天平处于关位（SQ2+）、左盘处于升位（SQ3+）]；有触摸屏按钮和外部按钮；左罐退（SB2+）[前提：天平处于关位（SQ2+）、左盘处于升位（SQ3+）]；有触摸屏按钮和外部按钮；右盘升（KM5+）[前提：天平处于关位（SQ2+）]；右盘降（KM6+）[前提：天平处于关位（SQ2+）]；右罐进（SB3+）[前提：天平处于关位（SQ2+）、右盘处于升位（SQ5+）]；有触摸屏按钮和外部按钮；右罐退（SB4+）[前提：天平处于关位（SQ2+）、右盘处于升位（SQ5+）]；有触摸屏按钮和外部按钮；按给定数值加码[前提：天平处于关位（SQ2+）]；系统急停：系统中所有动作全部停止[包括手动和自动的所有动作]。有触摸屏按钮和外部按钮。

3 主控器程序设计

   PLC控制程序难点和复杂的地方在于从0～199Kg砝码质量的任意组合，还要考虑到加码质量数值变化后，伺服要寻找原点，再运行到预设角度，左右加码系统各一套，程序量十分庞大。PLC核心控制程序分别如图3图4图所示。

图3左盘加码原点回归梯形图

 图4左盘伺服加码梯形图

4 结束语

   为客户提供具有良好性价比完美整合方案是中达电通的营销策略，提供稳定可靠的系统集成解决方案是服务客户的保证，此次天平自动计量系统项目结合台达HMI、PLC、伺服驱动器等自动化产品，为客户开发了一套稳定可靠的系统，不但能够满足客户气体称重检测工艺要求，更提高了天平自动计量系统的科技含量和工作效率，收到了客户和使用单位极大认可，客户称后续还会有类似的天平自动计量系统采用这个成熟的技术方案，证明中达电通是客户的合作伙伴。

　　一． 引言

　　粗纱机是将并条后的熟条加工成不同号数和捻度的粗纱，供细纱机纺制细纱的设备，适用普梳和精梳棉型纤维、60mm以下的化学纤维及其它混纺纤维。

　　我国粗纱机的技术进步，在过去几十年中相对于传统纺纱的其他设备发展较为滞后．这其中有多道粗纱机改单程粗纱机，并受细纱技术进步的影响和超大牵伸细纱机研制开发争论的干扰。20世纪90年以来，随着先进的粗纱机机械结构和控制理论的成熟，适应客户要求的高速、高质、大卷装、人机友好型粗纱机得到快速发展．

　　粗纱机就落纱过程的不同，分托锭式和悬锭式；其中悬锭式粗纱机依据电机轴数量又分：两轴式、三轴式、四轴式和七轴式粗纱机；四轴悬锭式粗纱机为本轮技术发展的重点．四轴悬锭式粗纱机又分带差速箱式和四轴独立式；本文基于台达机电产品，就变频和伺服构成的四轴独立式悬锭粗纱机阐述其技术要点．

　　二．机械结构及相关工艺

　　1.四轴独立悬锭式粗纱机整体结构如图1　

　　图1整机图

　　2.传动结构和工艺

　　传动结构如图2　

图2传动结构

　　图中 1.卷绕伺服电机2 .罗拉伺服电机3. 锭翼变频电机4 .龙筋升降电机

　　5 .罗拉装置（其牵伸原理如图3）  6 .锭翼装置     7.卷绕装置

　　8 .龙筋       9 .万向节　

图3罗拉牵伸原理

　　根据纺纱工艺的要求，粗纱机将棉条熟条经罗拉牵伸后，由前罗拉出纱，锭翼恒速旋转进行加捻；卷绕系统带动筒管旋转，按照卷装成型的要求，将加捻后的纱卷绕在筒管上．由于前罗拉出纱速度是恒定的，卷绕速度随着卷绕直径的增大而降速．龙筋缓慢升降，托动其上纱管上下往复动作，配合卷绕装置使纱线逐层缠绕在纱管上，直到到达预设层数或纱线长度．

　　事实上，完整的悬锭粗纱机还应包含清洁装置：悬锭粗纱机普遍采用积极回转式上下清洁器．由于其结构独立，工作方式较为简单，本文不再赘述．

　　三．基于台达机电产品的电气系统构架

　　1.电气系统的构架考量

　　四轴独立悬锭式粗纱机，控制系统的关键在于四轴的同步比例联动，来模拟两轴粗纱机差速箱合成各轴速度的过程；四轴独立悬锭式粗纱机系统动作过程中，各轴速度要求有高的响应性和稳定性。电机对外部负载的合理变化要求有快速而有效的应变能力。

　　基于设备的以上技术特征和客户高品质要求，结合台达完整、全面的产品线，我们选用台达EH2系列PLC作为主控，选用台达VE系列高性能矢量变频器控制锭翼轴；台达A+系列大功率伺服系统控制卷绕轴；罗拉轴和龙筋轴分别选用台达AB系列伺服系统控制；触摸屏为台达A系列真彩界面。

　　2. 电气系统的整体构架

　　 构建的电气系统 如图4；　

图4电气系统构架

　　3.主要控制器件功能

　　A．触摸屏：四轴悬锭式粗纱机参数设定量大，本屏可直观、便捷的设定和监控各种参数；

　　B．PLC： EH2系列型，运算速度快，支持4路高速脉冲输出，稳定可靠，可依据控制工艺扩展I/O点数；

　　C．罗拉伺服：提供罗拉轴动力，速度恒定，大小决定于锭翼转速和捻度；

　　D．卷绕伺服：提供纱管卷绕动力，速度随纱的卷绕直径增大而降低；

　　E．龙筋伺服：提供龙筋升降动力，升降速度越小，纱线缠绕越密；

　　F．锭翼变频：提供锭翼旋转动力，速度恒定，由触摸屏设定；变频系统加装速度回授PG卡，电机加装台达编码器，实现闭环控制．考虑到粗纱机电控箱的配置离机头较远，应用现场电磁环境复杂，建议选用差动型编码器．

　　4.周边控制线路

　　根据工艺要求，粗纱机身上并联安装多组操作盒，每组操作盒上设启动、停止、点动按钮，均能启停点动整台机器，以方便档车工操作；

　　纺纱过程中，断纱断条均要求自动停车，故加装光电传感器，已检测纱条是否工作正常；纺纱成型完成，龙筋自动下降到落纱位置，方便挡车工快速取下纱锭；纱锭取下完成一次纺粗纱后，安装新的纱管，操作触摸屏相关按钮，要求龙筋自动上升到初绕位置停止，将新穿过锭翼的纱线手工缠绕在纱管初绕位置，操作启动按钮，新的纺纱过程开始．这就要求，在龙筋上下升降的行程中，加装落纱位置检测开关、初绕位置检测开关．考虑到龙筋上下升降行程不能超过极限值，必须加装龙筋上下极限检测开关．

　　以上控制点，直接接入PLC输入点，控制逻辑由PLC运算处理；°　

图5触摸屏程序之参数设定界面

　　四．调试难点、要点及应对

　　1.纱线张力控制

　　四轴悬锭式粗纱机，从罗拉牵伸出的纱线，需穿过锭翼形成捻度再缠绕在筒管上，整个过程是一个动态过程；由于捻度有限，纱线的极限张力较小，在整个纺纱过程，受传动机械比例联动同步性的波动、纱管时时直径理论值和实际值的误差，造成纱线出纱位置的上下波动（如图3箭头处所示），大的波动不仅影响纱锭成型质量，甚至超成断头，使整机停机，影响纺纱效率．

　　目前行业内主要分两种途径解决上述问题：

　　种： 由张力CCD传感器在线检测粗纱张力，反馈到PLC运算。

　　这种方式，减低了核心运算难度，简化了缠绕和龙筋轴的控制计算量．但由于CCD检测在实际使用过程中，对环境要求较高，必须保持镜面清洁，且面对市场成本压力，此种解决方式普及度并不高，但值得关注．

　　第二种：在标准理论计算公式下，增加张力补偿程序，进而微调纱管旋转速度和龙筋升降速度，达到调整粗纱张力的目的．针对不同的纱线要求自动调用不同的补偿系数．其普遍采用的是补偿微调卷绕轴速度．

　　此种方式，成本小，效果明显，不依赖于检测外部器件，柔性好．但调试时要反复测试，不断积累不同纱线在不同层数的修正系数值．本案采用此方式。

　　2．龙筋位置的断电记忆

　　在纺纱时，纱锭缠绕未完成时系统外部断电是经常存在的，重新上电后，要求粗纱机能继续断电前位置和参数继续纺纱．

　　由于市场大多伺服系统驱动器为增量式编码器，断电不能记忆轴当前位置；本案通过4N25光偶连接PLC与伺服驱动器编码器输出口，通过PLC断电记忆区来记忆断电前位置值。其连接方式如图6　 

图6龙筋伺服编码器通过4N25转换后接入PLC

　　3． 整机启停的控制

　　在粗纱机纺纱处于初始阶段和将要完成时，纱锭半径对应较小或较大，此时若以屏设高速度运转，纱线在缠绕边缘的离心力与纺纱中段差别较大，不利于形成高质量纱锭．这就要求纺纱初始阶段和将要完成时整机速度降低运行，减少断头率，提高成纱质量．程序中必须设计各个纺纱阶段的自动速度转换程序．

图7纺纱成型中段

　　五．结论

　　以上述方案为依托研发的四轴独立悬锭式粗纱机已在山东某纺织机械厂研发成功，锭翼速度高可达1350r/min,纱锭成型匀称，纱线排布一致性好，一次成型纱线长度可达3200m；捻度、纱锭成型角度、成型长度、纺纱长度等均可柔性设定。纺纱张力更为稳定，在锭速1100r／min条件下断头在0.5根／台•小时以内。具备自动落纱和自动找初绕位置功能，有效降低挡车工劳动强度，提高了劳动效率，市场前景广阔。

　　台达拥有变频器、PLC、伺服系统、人机界面、编码器等完整工业控制器件产品线，为客户提供先进全面的解决方案．针对粗纱机行业，台达可提供两轴式、三轴式、四轴式变频或伺服系统整体解决方案，可满足客户个性化要求．基于纺织行业技术的不断进步，公司专门成立的纺织行业应用处，服务纺织行业。