西门子S7-226台达B变频器在倍捻机上的应用

西门子S7-226台达B变频器在倍捻机上的应用[摘要]YF1702型倍捻机是一种高性价比的倍捻机。采用西门子S7-200系列可编过程控制器CPU226控制2台VFD-B型变频器，控制系统稳定、可靠、价格低廉，因而具有很强的市场竞争能力。它具有调换品种方便、快捷、易于操作维护等特点，属于先进水平的一种倍捻机。关键词：变频器；倍捻机；性能；应用；一.项目简介宜昌纺织机械有限公司是中国纺织机械（集团）总公司的骨干企业；现棣隸属于经纬纺织机械股份有限公司；是专业生产纺织机械中捻线机的厂家；其生产的直捻机系列、玻璃丝捻线机系列、倍捻机系列、细纱机系列、针织圆纬机系列产品深受用户好评。随着中国加入WTO,棉纺织品市场越来越被看好；特别是高支纯棉纱需求越来越大。因此，在工艺上用新型倍捻机代替传统倍捻机是必然趋势。二.系统介绍传统的倍捻机由一台主电机拖动，经过齿轮箱传动完成锭子旋转、卷绕辊转动、横动移纱杆往复运动这三部分动作。各个传动部件靠4个齿轮箱传动，横动移纱靠成形凸轮实现。经过市场调研，针对传统倍捻机齿轮箱加工难度大、运转噪声大、漏油、特别是变换品种时间长和复杂等缺点。率先在国内设计出以西门子S7-200可编过程控制器CPU226为主控制单元，控制全机132个单锭电机锭子速度（台达变频器控制），卷绕电机速度（台达变频器控制），横动移纱电机速度（日本松下交流伺服驱动器控制），用TD200文本显示器设置和显示工艺参数的控制方案。取消4个齿轮箱及全部工艺变换齿轮，取消移纱成形凸轮机构。对主轴转速信号采用高速计速，对卷绕辊进行测速，同时得到纱线加捻长度L=2πr/每转；通过在TD200文本显示器上用中文设置工艺参数如：锭子速度、捻度、交叉角α、定长等；按F1-F4键对应为甲班、乙班、丙班、丁班，任意时刻均可换班次，同时产量相对应于班次计量。对运转过程中出现的故障信息均在TD200文本显示器上用中文显示出来，为排除故障提供方便。并能实时显示年、月、日为工厂查抄报表提供方便。总之,有变换品种快、维护操作方便，工艺参数设置简单，只需要1分钟就可以完成，自动化程度高，适应市场需要等特点。该机所用台达自动化产品的型号、数量、类型如下图：型号数量类型变频器VFD-450B/45KW1矢量控制变频器VFD-015/1.5KW1矢量控制三．控制系统构成1．硬件配置1.1由西门子S7-200系列中CPU226为控制中心，硬件配置如下图：1.2S7-200可编过程控制器的特点西门子S7-200系列中CPU226可编过程控制器，性能价格比高，它的主要特点和性能如下：①6个高速计数器，每个30KHZ。倍捻机锭子速度为5000-15000转/分，而脉冲数为8个/转，其它型号PLC计数器（一般为5KHZ）不能满足计数要求；而CPU226高速计数器能满足要求。②2个脉冲输出点，每个20KHZ。横动移纱由交流伺服驱动器完成，152MM的动程横动移纱杆要1分钟往返80次；其脉冲信号要求达20KPPS，而CPU226脉冲串输出PTO功能正好满足该要求。③2个RS485通迅口，用PPI方式可以和TD200文本显示器连接。用自由口方式，可以和两台台达VFD-B型变频器连接，实现远程通迅。④内置EEPROM，可永久性地存储用户程序和其它重要参数，而不需要后备电池。⑤具有结构紧凑、编程简单、抗干扰能力强、可靠性高等特点。1.3西门子TD200文本显示器的特点①TD200文本显示器具有牢固的、具备IP65保护级别的塑料前面板；②采用了具有备光的高效率的LCD液晶显示器；③内置连接通迅电缆的接口，在短距离（2.5米）无需外接电源；④能显示二行20个中文汉字。最多可显示80多条信息，每条信息最多4个变量的状态，每屏最多可显示40个字符。⑤前面板上具有8个可编程的功能键（F1-F8）⑥利用S7-200编程软件，可方便地对它进行编程。1.4系统PLC开关量输入表1.5系统PLC开关量输出表I0.0锭子速度Q0.0伺服驱动器脉冲串信号I0.1卷绕速度Q0.1伺服驱动器方向信号I0.3左换向接近开关Q1.0锭子变频器使能I0.4右换向接近开关Q1.1锭子变频器方向(S捻,Z捻)I0.5左换向限位开关Q1.2卷绕变频器使能I0.6右换向接近开关I1.0机器停车按钮I1.1机器起动按钮I1.3编程开关“关”位I1.4编程开关“开”位I2.1锭子变频器故障报警点I2.2卷绕变频器故障报警点I2.3伺服驱动器变频器故障报警点1.6CPU226的通迅口PORT1与2台台达VFD-B型变频器采用自由口通迅（MODBUS通讯协议8，E，1forRTU），完成频率的写入、启动、停车的控制。CPU226的通迅口PORT0连接TD200文本显示器，完成工艺参数的设置和显示，其它故障报警、班次、时间、纱线长度的显示。CPU226的Q0.0和Q0.1采用PTO脉冲串输出，控制交流伺服驱动器。1.7锭子变频器和卷绕变频器采用台达VFD-B系列变频器，横动移纱采用日本松下交流伺服驱动器MSDA083A1A型。1．程序的编制程序采用以主程序为主干，以子程序和中断程序为支干的树状程序结构。2.1主程序负责控制程序的运行，子程序的调用和中断事件的处理。子程序主要包括初始化子程序，完成具体事件子程序，系统监控子程序等共16个。中断程序主要是时间中断和事件中断程序，和PTO处理中断程序共7个。2.2子程序是程序的主要组成部分①初始化程序上电初始化程序SBR1(锭子和卷绕变频器初始化)启动初始化程序SBR10(横动PTO脉冲输出初始化计算和启动参数的计算）。②完成具体事件子程序主要包括锭子和卷绕速度测定，超出正常范围的判断和处理程序SBR0。卷绕运行程序SBR2、横动运行程序SBR3、班产量程序SBR4、横动启动段控制程序SBR5、横动停车段控制程序SBR6、全机停车程序SBR7、通迅用计算BCC程序SBR9、通迅用发送和初始化XMT定时器程序SBR11、卷绕启动段控制程序SBR12、全机零位程序SBR13、卷绕停车段控制程序SBR14、锭子速度控制程序SBR15。③系统监控程序包括故障检测程序SBR8。2.3中断程序发送结束的中断处理程序INT0发送超时的中断处理程序INT1接收字符中断处理程序INT2接收起时中断处理程序INT3横动交叉角α变换中断程序INT4横动起动中断程序INT5横动停车中断程序INT62.4TD200文本显示器的显示程序：利用S7-200编程软件，能很容易地编制显示程序，参数的显示屏和设定屏的显示程序主要在VB区。同时，在主程序中对功能键F1~F8作了定义F1-F4甲、乙、丙、丁四个班次设定和产量清零F5故障复位F6总产量清零F8工艺参数显示2.5程序框图附后2.6程序(略)四.控制系统的功能YF1702倍捻机全机有132个单锭单电机，由西门子S7-200系列中CPU226可编过程控制器作为控制核心，以TD200文本显示器为人机界面窗口，以台达VFD-B系列变频器和日本松下伺服驱动器为主要控制对象的机种。倍捻机的主要指标纱线捻度不匀率要小于3.5%。这就要求锭子速度与卷绕速度始终保持为恒定值关系；要求控制锭子速度和卷绕速度的变频器有很高的性能，综合考虑决定采用台达VFD-B系列变频器。而卷绕速度是由卷绕辊速度与横动移纱速度合成得来。又因为纱线成形需要要进行防迭处理，纱线每经过一段长度交叉角α就要变化一次，但要求卷绕辊速度与横动移纱速度的合成速度始终保持不变。该机在起动阶段、运行阶段、减速停车阶段要求各电机保持相应的比例关系做到同步；而各电机的目标值，加减速斜率都动态的，而且在起动停车过程中更难控制同步，如何解决这一问题是项目成功的关键。我的方法是以锭子速度为基准值，把各速度曲线微分，把变速曲线细分为多个t，每经过一个t就会有一组新的目标值，由变频器的一个新定值控制每个t时间内的加减速过程，如果t足够小(200ms)，这时t时间内的速度变化过程所产生的误差就在要求范围内，实现它采用西门子S7-200可编过程控制器PLC与台达VFD-B系列变频器通迅的方式来完成。而在运行阶段,每30秒钟对锭子速度和卷饶速度进行检测,判断它是否在允许范围内,若超过范围,还要判断是上超差还是下超差,然后S7-200PLC通过通讯方式修正变频器频率值,使之回到正常范围内,保证纱线的关键品质。五.结束语经过试制该机各方面性能指标均达到设计要求，在今年10月份北京国际纺织机械展览会上将要展出。今后这种单锭单电机的自动控制方式是纺织机械的发展方向。