S7－200和MM440在钢丝/钢管复绕生产线上的应用_自动化论文
s7－200和mm440在钢丝/钢管复绕生产线上的应用
摘要
在钢丝/钢管复绕生产线中，收线电机控制整线速度，排线电机自动跟踪收线速度，放线电机控制张力。
关键词：
收线速度控制 线径控制 张力控制
一简述
opgw光缆是近几年来流行的特种光缆，其优良的使用方式和广泛的用途使其具有广泛的市场。由于生产这种光缆所需要的不锈钢管，钢丝，铝合金丝和铝包钢丝通常是散圈提供或采用1米盘包装，而opgw生产线上所使用的线盘规格为0.63米，因此需要一种复绕机，将散装的原材料复绕到0.63米的小盘上。
二技术要求和系统构成
1. 技术要求
· 生产线速度：≥300m/min;
· 张力要求：
a) 不锈钢管：10n≤f≤50n;
b) 钢丝，铝包钢丝：100n≤f≤250n;
c) 铝合金丝：50n≤f≤150n;
· 记米精度：0.2%;
· 排线速度：自动跟踪收线速度；
2. 系统构成（电气部分）：
收线，排线和防线电机均采用变频电机，驱动器采用siemens的mm440系列变频器，操作和生产工艺参数显示采用siemens的tp－070触摸屏，全线控制采用 siemens的s7－226＋em－231构成。s7－226的port0＃用于和mm440通讯 （uss4），port1＃用于和tp－070通讯。
三各系统简介
1. 收线速度控制
收线用于收卷钢丝，钢管。上下，开合线盘采用电动机带动丝杆的方式。电机采用普通的交流电机加接触器控制。而收线电机采用变频电机和mm440控制。
收线速度由速度电位器通过em－231送入s7－226，再通过uss4协议由s7－226加到mm440上。由于生产线的速度较快，线盘具有较大的转动惯量。收线的加速度不宜太大，因此收线速度的设定采用pid运算。同时收线盘应采用高速动平衡盘。
驱动器类型： mm440，7.5kw
mm440设定：p700＝5
p731＝52.3（驱动风机）
p1000＝5
p2009＝1
p2010＝6
p2011＝0
2. 线径控制
由于排线速度需根据线径自动跟踪收线速度（u＝k * ω * d）。
其中u：排线速度，k：修正系数，ω：收线速度，d：线径。所以排线电机驱动器的设定由以下两个因素决定。
· 收线速度通过旋转编码器测定，其信号通过s7－226的10.6和10.7送入plc （高速计数器4），plc编程采用定时中断，在单位时间内测量高速计数器的计数值即为收线速度。
· 线径设定通过tp－070设定，并送入plc。
plc将上述两个参数相乘并乘以相应的修正系数（根据机械变速比决定），即为排线速度，通过uss4协议送入mm440。
需要注意的是，由于排线电机在使用过程中需要高速换向，因此当收到换向信号时，电机需要高速的降速和升速过程，mm440需外接制动电阻。
排线驱动器类型：mm440，0.75kw
mm440设定：p700＝5
p731＝52.3（驱动风机）
p1000＝5
p1120＝3
p1121＝3
p1234＝
p1235＝
p1237＝
p2009＝1
p2010＝6
p2011＝1
3. 放线张力控制
在整条生产线上，收线电机决定线速度，而张力则是由放线电机决定，由于较高的张力要求，放线需采用主动工作方式。
· 当复绕不锈钢管时采用速度方式，p1000＝2，速度给定由跳舞轮电位器送入pid 板，经过pid运算由mm440模拟量输入1＃口输入。其张力的大小由舞蹈轮的配重决定。
· 当复绕钢丝，铝包钢丝，铝合金丝时采用张力方式，p1000＝5，速度给定由uss4协议设定一个反向速度，当钢丝拉紧以后，速度环饱和，根据线速度和放线焦速度即可以确定放线盘半径，根据工艺张力要求，通过设定电机电流比率（p0640）即可以控制张力。
由于在张力方式时放线电机处于发电状态，因此驱动器必须外接制动电阻，制动电阻必须具有足够的制动电流和功率。
放线驱动器类型：mm440，7.5kw
mm440设定：p700＝5
p0640=150（速度方式）或根据工艺设定（张力方式）
p731＝52.3（驱动风机）
p1000＝2或5（根据速度和张力的方式切换由uss4写入mm440）
p1237＝5
p2009＝1
p2010＝6
p2011＝2
4. 计米和线速度系统
计米和线速度传感器采用旋转编码器，由s7－226的10.1和10.2端（高速计数器0）送入plc。统计数据值乘以修正系数（由计米轮径和编码器线数决定）即为计米值。单位时间内高速计数器的计数值即为全线速度。计米值和全线速度通过tp－070显示。
四调试过程中的一些需特别注意的问题
1. 变频电机的连接电缆必须采用屏蔽电缆，并且必须双端接地！在现场调试时，单端接地甚至干扰plc与笔记本计算机的通讯。
2. 变频器与plc的接地必须可靠，所有信号电缆的屏蔽层必须双端接地。接地线必须有足够的截面。
3. plc的m端必须接地。
4. uss4电缆plc端的连接必须用siemens的dp网络连接器。
5. uss4电缆必须采用siemens的紫色网络电缆。
6. mm440端的485连线绝不能反，否则网络口必然损坏
五设计特点
由于采用uss4协议，电气系统具有以下特点：
1. 电气硬件设计简洁、明快，给调试和维修带来很大方便。
2. 系统抗干扰能力大为提高。
3. 改变工作方式非常方便（由于mm440用bico技术，通过uss4改变关键参数，即可以达到目的）。
4. 由于采用uss4协议和mm440变频器，大大降低了制造成本。通常类似的系统需采用直流系统，昂贵的直流电机和驱动器，是制造成本居高不下的根本原因。而采用 mm440则可以以较低的成本，达到上述工艺目的。另外由于采用uss4协议可以省略d/a模块，在 一定程度上也可以降低成本。
六存在的问题
1. 当使用张力方式时，通过设定p0640设定张力，线性度不好，效果不是最理想。估计所控制的电机电流不是全部用于输出扭矩，有一部分可能用于励磁。
2. mm440内部的pid单元在启动前就开始积分，当启动时，速度瞬时较大，对机械设备有冲击。
3. mm440的网络接线不是最牢靠，并且一旦接错必然损坏器件。给现场调试带来很大压力。
七设备工艺布置，电气图纸和程序清单
综述：
上述系统从2000年7月在南通中天日立光缆股份有限公司和鲁能泰山电缆有限公司曲阜电缆厂运行至今，情况良好。最近英国proton公司与我公司也签订了三条复线生产线，不日交货。可以相信s7－200、mm440变频器的优良性能和极高的性能价格比使他们在电缆行业具有广泛的应用前景。
摘要
在钢丝/钢管复绕生产线中，收线电机控制整线速度，排线电机自动跟踪收线速度，放线电机控制张力。
关键词：
收线速度控制 线径控制 张力控制
一简述
opgw光缆是近几年来流行的特种光缆，其优良的使用方式和广泛的用途使其具有广泛的市场。由于生产这种光缆所需要的不锈钢管，钢丝，铝合金丝和铝包钢丝通常是散圈提供或采用1米盘包装，而opgw生产线上所使用的线盘规格为0.63米，因此需要一种复绕机，将散装的原材料复绕到0.63米的小盘上。
二技术要求和系统构成
1. 技术要求
· 生产线速度：≥300m/min;
· 张力要求：
a) 不锈钢管：10n≤f≤50n;
b) 钢丝，铝包钢丝：100n≤f≤250n;
c) 铝合金丝：50n≤f≤150n;
· 记米精度：0.2%;
· 排线速度：自动跟踪收线速度；
2. 系统构成（电气部分）：
收线，排线和防线电机均采用变频电机，驱动器采用siemens的mm440系列变频器，操作和生产工艺参数显示采用siemens的tp－070触摸屏，全线控制采用 siemens的s7－226＋em－231构成。s7－226的port0＃用于和mm440通讯 （uss4），port1＃用于和tp－070通讯。
三各系统简介
1. 收线速度控制
收线用于收卷钢丝，钢管。上下，开合线盘采用电动机带动丝杆的方式。电机采用普通的交流电机加接触器控制。而收线电机采用变频电机和mm440控制。
收线速度由速度电位器通过em－231送入s7－226，再通过uss4协议由s7－226加到mm440上。由于生产线的速度较快，线盘具有较大的转动惯量。收线的加速度不宜太大，因此收线速度的设定采用pid运算。同时收线盘应采用高速动平衡盘。
驱动器类型： mm440，7.5kw
mm440设定：p700＝5
p731＝52.3（驱动风机）
p1000＝5
p2009＝1
p2010＝6
p2011＝0
2. 线径控制
由于排线速度需根据线径自动跟踪收线速度（u＝k * ω * d）。
其中u：排线速度，k：修正系数，ω：收线速度，d：线径。所以排线电机驱动器的设定由以下两个因素决定。
· 收线速度通过旋转编码器测定，其信号通过s7－226的10.6和10.7送入plc （高速计数器4），plc编程采用定时中断，在单位时间内测量高速计数器的计数值即为收线速度。
· 线径设定通过tp－070设定，并送入plc。
plc将上述两个参数相乘并乘以相应的修正系数（根据机械变速比决定），即为排线速度，通过uss4协议送入mm440。
需要注意的是，由于排线电机在使用过程中需要高速换向，因此当收到换向信号时，电机需要高速的降速和升速过程，mm440需外接制动电阻。
排线驱动器类型：mm440，0.75kw
mm440设定：p700＝5
p731＝52.3（驱动风机）
p1000＝5
p1120＝3
p1121＝3
p1234＝
p1235＝
p1237＝
p2009＝1
p2010＝6
p2011＝1
3. 放线张力控制
在整条生产线上，收线电机决定线速度，而张力则是由放线电机决定，由于较高的张力要求，放线需采用主动工作方式。
· 当复绕不锈钢管时采用速度方式，p1000＝2，速度给定由跳舞轮电位器送入pid 板，经过pid运算由mm440模拟量输入1＃口输入。其张力的大小由舞蹈轮的配重决定。
· 当复绕钢丝，铝包钢丝，铝合金丝时采用张力方式，p1000＝5，速度给定由uss4协议设定一个反向速度，当钢丝拉紧以后，速度环饱和，根据线速度和放线焦速度即可以确定放线盘半径，根据工艺张力要求，通过设定电机电流比率（p0640）即可以控制张力。
由于在张力方式时放线电机处于发电状态，因此驱动器必须外接制动电阻，制动电阻必须具有足够的制动电流和功率。
放线驱动器类型：mm440，7.5kw
mm440设定：p700＝5
p0640=150（速度方式）或根据工艺设定（张力方式）
p731＝52.3（驱动风机）
p1000＝2或5（根据速度和张力的方式切换由uss4写入mm440）
p1237＝5
p2009＝1
p2010＝6
p2011＝2
4. 计米和线速度系统
计米和线速度传感器采用旋转编码器，由s7－226的10.1和10.2端（高速计数器0）送入plc。统计数据值乘以修正系数（由计米轮径和编码器线数决定）即为计米值。单位时间内高速计数器的计数值即为全线速度。计米值和全线速度通过tp－070显示。
四调试过程中的一些需特别注意的问题
1. 变频电机的连接电缆必须采用屏蔽电缆，并且必须双端接地！在现场调试时，单端接地甚至干扰plc与笔记本计算机的通讯。
2. 变频器与plc的接地必须可靠，所有信号电缆的屏蔽层必须双端接地。接地线必须有足够的截面。
3. plc的m端必须接地。
4. uss4电缆plc端的连接必须用siemens的dp网络连接器。
5. uss4电缆必须采用siemens的紫色网络电缆。
6. mm440端的485连线绝不能反，否则网络口必然损坏
五设计特点
由于采用uss4协议，电气系统具有以下特点：
1. 电气硬件设计简洁、明快，给调试和维修带来很大方便。
2. 系统抗干扰能力大为提高。
3. 改变工作方式非常方便（由于mm440用bico技术，通过uss4改变关键参数，即可以达到目的）。
4. 由于采用uss4协议和mm440变频器，大大降低了制造成本。通常类似的系统需采用直流系统，昂贵的直流电机和驱动器，是制造成本居高不下的根本原因。而采用 mm440则可以以较低的成本，达到上述工艺目的。另外由于采用uss4协议可以省略d/a模块，在 一定程度上也可以降低成本。
六存在的问题
1. 当使用张力方式时，通过设定p0640设定张力，线性度不好，效果不是最理想。估计所控制的电机电流不是全部用于输出扭矩，有一部分可能用于励磁。
2. mm440内部的pid单元在启动前就开始积分，当启动时，速度瞬时较大，对机械设备有冲击。
3. mm440的网络接线不是最牢靠，并且一旦接错必然损坏器件。给现场调试带来很大压力。
七设备工艺布置，电气图纸和程序清单
综述：
上述系统从2000年7月在南通中天日立光缆股份有限公司和鲁能泰山电缆有限公司曲阜电缆厂运行至今，情况良好。最近英国proton公司与我公司也签订了三条复线生产线，不日交货。可以相信s7－200、mm440变频器的优良性能和极高的性能价格比使他们在电缆行业具有广泛的应用前景。