西门子PLC模块6ES7516-3TN00-0AB0

1.1什么是熔融法制样
　　X荧光光谱仪是矿物成份分析化学领域重要的分析研究工具。 X荧光光谱仪根据制得的物质样片来实现荧光光谱成份分析。因此样片制备成为分析的基础。熔融法制样（fusion）是用来描述将分析物溶解在融化的助溶剂中以便形成更容易分析的化合物的通用技术名词。
　　由于大多数熔融过程所产生的化合物都可以在选定的某一种溶剂中溶解。因此熔样设备成为熔融法制样片设备中佳选择，是世界上快的熔融法制样设备,能达到X荧光光谱仪分析的被测矿样片无气泡,样品平整、光洁、一致性、重现性好的要求。
　　高频感应电加热熔样设备的具有有环保、节能、安全、工件表面光滑、无氧化层等多方面优势。与过去的真空管高频设备相比电源效率高，降低生产成本，节能、节水40-50%，与可控硅中频炉相比节能10-30%。

1.2高频熔样设备应用范围
（1）矿业：矿石、精矿、粉尘、金属氧化膜、炉 渣等。
（2）窑业：水泥、石灰石、白云石、玻璃、石英、粘土、耐火材料等。
（3）钢铁工业：铁矿石、煤、转炉、高炉、电炉渣等。
（4）有色工业：氧化铝、铝土矿、铜矿等。
（5）化学工业：催化剂、聚合物等。
（6）地质土壤：岩石、土壤。

2 系统设计
2.1 方案分析
　　原来的系统采用单片机实现自动控制，由于单片机控制系统的调试特别是修改程序困难，使得设备运行故障率高维护便。随着自动化技术的飞速发展,可编程序控制器与人机界面等现代自动化技术已非常成熟，新型自动化技术具有编程灵活，调试方便，抗干扰能力强，后期服务产业化等特点，用可编程序控制器取代原来的单片机控制已大势所趋。因此提出自动化系统集成解决方案对熔融法制样设备的自动化进行升级换代，用更可靠的系统来代替原有的系统，以提高产品的灵活性、稳定性和可靠性，降低产品的维护成本。
2.2 系统配置
　　由于考虑到产品的高性价比和对温度进行模糊控制的功能需要，高频熔样设备电器控制全部选用台达的机电产品，配置如下：
　　（1）PLC:DVP32EH00R。32点（16点输入+16点输出）PLC主机，16KSteps的程序内存，具有定位脉冲输出、数据运算、万年历、PID控制、PTC温度模糊控制等功能。
　　(2) PLC扩展单元：DVP06XA-H。4点输入+2点模拟量输出扩展模块。
　　(3) 触摸屏人机界面DOP-A57CSTD（5.7寸256色LCD显示）。
2.3 工作原理及功能实现
　　高频熔样设备的工作原理：感应加热是由感应加热设备输出高频电流，通过感应圈产生交变磁场，它能贯穿放在感应圈中的工件而形成涡流，并使工件迅速加热。感应加热系统由高频电源(高频发生器)、导线、变压器、感应器组成。其工作步骤是：
　　（1）由高频电源把普通电源( 220v/50hz)变成高压高频低电流输出。
　　（2）通过变压器把高压、高频低电流变成低压高频大电流。
　　（3）感应器通过低压高频大电流后在感应器周围形成较强的高频磁场。一般电流越
大.磁场强度越高。
　　矿物的加热温度由触摸屏上进行设定，矿物的实际温度由红外线检测仪进行非接触式检测，经过可编程序控制器内的温度模糊控制运算，输出信号给感应加热系统，达到温度稳定控制。设备外形结构如图1所示。

图1 外形结构

2.4 台达PLC的温度模糊控制
　　本智能高频制样设备，自动化程度高，能自动完成整个熔化、成型过程：加热熔化→熔样设备采用触摸屏和可编程控制器控制系统，PID调节控温，可存储10多种制样摆动→成型→完成工艺，用户完成设定后，只需轻轻一按即可完成全过程。在熔化室内设计有抽风系统，能将熔化过程中产生的有害气体自动吸走，以保护工作者的身体健康；成型带风冷系统，加快熔化物冷却成型 。控制框图如图2所示。

图2控制框图

应用台达PLC的温度模糊控制功能指令：

参数定义参见表1。
表1 台达PLC的温度模糊控制参数

　　（1）S1：目标值(SV)。S1 范围限制为1~5,000，其表示数值为0.1°~500°，小单位为0.1, 若 S3 +1指定为K0，则其表示为0.1℃~500℃。
　　（2）S2：当前测量值(PV)。S2 范围限制为1~5,000，其表示数值为0.1°~500°，小单位为0.1°，若 S3 +1，指定bit0=0，则其表示为0.1℃~500℃；因此使用者由温度传感器得到模拟转数字的数值时，须自行搭配四则运算指令转换为1~5,000 之间的数值。
　　（3）S3：取样时间的设置。
　　（4）D：输出值(MV)。D 显示范围为0~(取样时间*100)的数值。
2.5 高频感应加热设备抗干扰设计
　　由于熔样设备会产生高频磁场，会对周围的电器设备产生电磁干扰，作为PLC的信号线和人机界面的通讯线容易受到干扰，所以，必须作好抗干扰措施。
　　(1)静电耦合干扰：指控制电缆与周围电气回路的静电容耦合，在电缆中产生的电势。
措施：加大与干扰源电缆的距离，达到导体直径40倍以上时，干扰程度就不大明显。在两电缆间设置屏蔽导体，再将屏蔽导体接地。
　　(2)静电感应干扰：指周围电气回路产生的磁通变化在电缆中感应出的电势。措施：一般将控制电缆与主回路电缆或其它动力电缆分离铺设，分离距离通常在30cm以上（低为10cm），分离困难时，将控制电缆穿过铁管铺设。将控制导体绞合，绞合间距越小，铺设的路线越短，抗干扰效果越好。
　　(3)电波干扰：指控制电缆成为天线，由外来电波在电缆中产生电势。措施：将感应电源放入铁箱内进行电波屏蔽，屏蔽用的铁箱要接地。尽量缩短人机到PLC通讯线的长度，用屏蔽线进行抗干扰。
　　(4)电源线传导干扰：指各种电气设备从同一电源系统获得供电时，由其它设备在电源系统直接产生电势。措施：感应电源的控制电源由另外系统供电；在控制电源的输入侧装设线路滤波器；装设绝缘变压器，且屏蔽接地。

3 结束语
　　经过设备调试，各项性能均达到客户的工艺要求，比照单片机为控制系统的熔样设备市场销量，随着自动化要求越来越高的情况下，PLC和人机界面为控制系统的熔样设备将成为未来的主流熔样设备自动化技术。

在简要介绍包覆丝机工作原理的基础上重点研讨伺服成型包覆丝机自动化系统设计术。系统基于PLC控制平台与触摸屏、变频器、伺服驱动的集成控制结构。

关键词：包覆丝机 伺服成型 伺服驱动器 PLC 变频器 交叉角 防硬边 防叠绕 防掉线 油浴式齿轮箱

1、 引言

　　包覆丝机可用于生产各种规格氨纶包覆丝，芯丝用氨纶外包锦纶、涤纶等化纤弹力丝、长丝、也可包真丝、棉纱、毛纱线，各种混纺纱，这些弹力包丝或包纱广泛用于弹力袜、运动袜、丝袜、连裤袜，针织内衣衫裤，机织面料，弹性服装、运动服、休闲服、羊毛衫、弹性带等。

　　包覆丝机能生产单包丝、双包丝，也能生产某些特种加捻的丝、线，生产一些附加值很高的产品。

　　目前传统的包覆丝机（以下简称机械成型包覆丝机）的组成是：一台18.5KW VFD-B的变频器驱动两台9KW异步电机传动主轴运行,再通过机械齿轮变比带动锭子高速旋转,及卷绕,再通过机械油浴式齿轮箱带动横动机构来回运动,实现卷绕成型功能, 一套速度监测仪，随时监测锭子、卷绕等运行转速。

机械成型包覆丝机的主要技术参数为：

缺点：1、只能通过变频器面板进行调速，界面不友好。
　　　2、由于成型机构是机械油浴式齿轮箱，导致整体车速只有不超过40米/分。
　　　3、由于成型机构是机械油浴式齿轮箱，卷绕成型有叠绕和硬边突起等电阻效应（对下一道工序退绕很不利，卷绕纱锭只能达到3公分厚）。
　　　4、由于成型机构是机械油浴式齿轮箱，长时间运行后机械磨损导致无法进行根本性修复，维护，调整都很困难。

2、电子成型包覆丝机自动化设计

　　由于传统机械成型的速度、成型效果、维护难等局限性，已经严重制约了包覆丝机在市场上的发展，所以近年来很多的纺机厂家及自动化系统设计集成企业都在全力研发电子成型包覆丝机这一产品，但由于在成型控制精度、防叠绕算法、防电阻效应、防掉线、机械精度、卷绕成型交叉角度算法等、生产调试周期厂（生产一个锭需要20小时-80小时）等困难所以至今成效都不大。

　　通过近期一个多月的努力我们在国内设计出以台达EH系列可编过程控制器为主控制单元，控制全机锭子速度（台达变频器控制），卷绕电机速度（台达变频器控制系列），横动移纱电子成型（台达伺服驱动器），用台达人机界面设置和显示工艺参数的控制方案。取消机械油浴式齿轮箱。对主轴转速信号采用高速计速，对卷绕辊进行测速；通过在人机界面上设置工艺参数如：锭子速度、横动速度、成型斜度、工作定时、捻度、等，对运转过程中出现的故障信息均在人面界面上用来显示，为排除故障提供方便。
　　主要元件清单如下:
　　PLC:DVP-EH(高速脈衝輸出可達200KHz, 高速計數通道200KHz/通道、共四通道)
　　HMI:DOP-AS(5.7寸)
　　变频器:VFD-B(18.5KW)
　　伺服驱动器:VSD-B(0.75KW, 編碼器分辨率:10000, 位置定位時間:2ms)

优点：

　　1、可以通过触摸屏随意更改整机车速，横动速度，成型参数，等满足不同生产需要，界面友好、方便。

　　2、由于成型横动机构采用伺服传动，所以整体车速可以提高到100米/分，大大提高生产效率，是原机械成型机型200%-300%倍速度。

　　3、由于成型横动机构采用伺服传动，卷绕成型解决叠绕和硬边突起电阻效应等问题，所以卷绕纱锭可以达到10公分厚，原机械成型机型300%-400%倍，节约了换锭时间提高了生产效率。

　　4、由于成型机构采用伺服传动，所以机械结构简单，即使长时间运行维护，调整都很方便。

　　电子成型包覆丝机的主要技术参数为：

3、 伺服电子成型的实现介绍

1）、卷绕速度设定
卷绕速度即主车速，决定整机的生产速度，根据卷绕速度设定变频器运行频率；卷绕速度决定卷绕线速度。
2）、横走速度设定
横走速度即横向移丝速度，根据不同品种纱线的卷绕要求横走速度与卷绕速度形成比例，来决定来回卷绕的交叉角度；且横走速度不能过慢或过快，过慢会导致横动反向时锭边累计过多导致硬变和掉线，过快也会导致伺服反向时过冲、抖动而导致掉线。

3）、初始行程设定
初始行程即表示A-B间距离。
4）、初始辊径设定
初始辊径设定必须准确，否则将影响成型效果。
5）、停车延时设定
停车延时即表示在按动停车按钮后由于转盘惯性无法立即停止，所以必须延时横动机构一段时间等待转盘完全停止后再停止横动，否则纱线将会在横动停止位置大量卷绕。
6）、差动距离
AC与DB为差绕长度。
在AB往复的过程中，并不是每次往复行程都是由A点至B点，或是由B点至A点实际往复行程为A点至D点，D点至C点，C点至B点，再由B点至A点依序循环，主要是解決在卷绕过程中两边会有凸起的現象（俗称电阻效应）

7）、成型角度调整参数
成型角度调整参数将决定纱锭在卷绕成型的收边角度的坡度，由于成型角度是由卷绕速度、横动速度、纱线粗细不同所共同决定的，所以可以通过成型角度调整参数进行修正，达到美观的效果，此参数越大表示坡度越陡，越小表示坡度越平。
8）、软边调整参数设定
在卷绕成型中由于退绕的需要，要求锭边相对松软，避免锭边太硬、太紧所导致退绕断线现象，调整软边参数可以有效调整收边的松软度，软边调整参数越大边越硬，参数越小边越软。

4、结束语

　　通过8月9月两个月的时间，我们已经使用不同纱线进行卷绕测试（40D-200D规格），现在的卷绕成型效果已经非常接近国际包覆丝机生产商曼尼加图的成型效果。

　　随着伺服成型的高效、成熟、性价比的提高，应用伺服成型的自动化包覆丝机将逐渐取代纺织行业上所有机械式传统包覆丝机，效率比传统包覆丝机成倍提高，卷装容量增大，质量大幅度提高，高品质锭子在高速运转下的持久稳定性，二级传动机构，使受力更合理，适用范围更广，取消油浴式齿轮箱，维护更方便，使卷绕成形良好，软边成型退绕更容易。

　　伺服成型技术的成熟将完全取代传统机械成型技术，目前所有机械成型的卷绕纺机都将得到革命性突破（包括包覆丝机、倍捻机、络筒机等），推动国内纺机行业从低效、底端市场走向高效、高质的新时代。