西门子模块6ES7511-1TK01-0AB0详细说明
微丝在纺织行业中有广泛的应用，微拉属于拉丝机行业，它是新兴的未来发展潜在空间极大的行业。近年来随着人们生活水平的不断提高，对于穿衣的要求也逐渐趋于理性。在体恤、衬衣、毛衣、手套、袜子等衣物中都会用到微丝，以减少电磁辐射和防止静电对人体的影响。该行业在国外已经趋于成熟，但在国内该行业还处于起步阶段，中国是纺织大国，可以预期在不远的将来随着生产关键技术的解决，该产业将会迅速发展。微拉拉出的微丝要能成为成品丝，必须经过退火这一道关键的工序，以去除不锈钢丝的张力。在为客户成功地开发出了微拉机后，紧接着又为客户成功地开发出了退火装置，生产实践表明，开发出的系统运行稳定可靠。以下对开发中的一些关键技术问题作粗略讨论。
微拉机控制相关技术
现在以设备的左右两边各20头的退火一边为例（另一边相同），系统框图如图1所示。系统中的硬件设备选型，如可编程控制器，步进电机、接近开关和开关电源等如表1 所示。
对微拉机控制的要求有别于退火控制系统，尽管两个系统有一定的相似之处，退火系统在控制要求方面更加强调排线的效果，因为成品丝目前主要市场是在国外，国外厂家用户对于排线的要求非常高，以保证在倒丝时不会出现叠丝和绕丝的现象，相比之下微拉机则更加注重张力的控制，因此两个控制系统在控制要求谁是有差别的。但它们有相似之处，以往的微拉退火设备在电气传动方面要求比较简单，设备的左右两边一般各10个头，共20个单元。每边只有一套电气设备（收丝、排线），其它全部是机械联动，所以导致在生产过程中，如果有一个头断丝或者出现问题，该单元不能单独停止工作，要停止工作只能20个头或10个头都全部停止，以进行故障处理，排除故障后再启动机器运行，因此影响生产效率。此外不能同时将不同规格的丝进行同时退火，很不灵活，加上机械的磨损，使得排线参差效果不齐，控制效果极差。在这种情况下，设备厂家纷纷要求电气升级，要求做到单头单控，我们用台达工控套件产品开发出了性价比极高的系统。
从图1可见，电气设备的控制由PLC执行。控制中用到的相关术语解释如下：节距，指排线时每两根丝之间的距离,单位为丝；步距角，步进电机每接收一个脉冲所转动的角度，本系统所选KINCO的步进电机,步距角为1.8°,选择4细分。因此步进转动一圈需要800个脉冲，因为步进通过丝杆连接排线装置.丝杆的导程为4mm=400丝,所以1丝对应于两个脉冲。
控制工艺及要求可概括如下：（1）退火速度高达到15m/s以上,退火丝径:1.03-6丝；（2）退火的线速度恒定；（3）启动、停车要平稳，不能断丝；（4）排线要均匀，不能中间高两头低或中间低两头高；（5）斜排量要**,启动时排线从右极限开始向左极限运行,当运行至左极限,排线电机立即反向向右极限运行；（6）自动停车的功能,当实际收线的重量大于或等于在人机上设定的重量后,自动停车,同时保证定排线和收线电机同步减速停止，保证张力的恒定,不能断丝；（7）能实时根据材料密度,收线速度,运行时间计算出当前收线的重量,在人机上显示。
技术工艺说明
（1）线速度恒定
退火的速度要求从空芯卷径到满卷卷径的过程中，线速度保持恒定。这是为了保证退火的均匀，同时也使排线比较均匀。为了实现这样的效果，需要实时地计算卷径，其方法是通过每层进行叠加的方式进行，因此在HMI上需要让操作者输入微丝的线径、空芯卷径。当排线从一边排到另一边时，收卷的卷径增加2倍微丝的线径。所以在生产过程中，对排线电机从一端到另一端运行的次数要进行累计，然后将得到的该参数乘以2再加上空芯卷径，就能够实时地算出当前的收卷卷径。因为线速度是在HMI上设定的，在整个生产过程中始终保持恒定，因此可知，随着收卷卷径由小到大变化，收卷电机的转速是逐渐下降的。反应到变频器上就是运行频率是逐渐降低的。
（2）排线要求均匀
排线均匀是为了防止出现叠丝的现象。保证排线均匀的主要要求是排线的速度要随着收卷转速的变化而变化。同时要求跟随性能好，即排线的响应速度要快，一旦收丝电机的转速发生变化了，排线电机要立刻就能作出相应的反应。排线控制与以下因素有关:与收线电机的转速成正比；与线径成正比；与节距成正比。
其计算数学公式可以归纳为
上式中：Kd，排线速度系数，在调试中根据调试效果确定；F收线，收线电机的运行频率； D线径；丝的直径,单位为丝；τ节距，线轴上丝与丝之间的距离,单位为丝。
Kd的调整方法是将F收线、D线径和τ节距都换算成标准单位,因为收线的频率给定是通过模拟量给定的,在做运算时,5000对应50Hz. D线径换算成长度，单位为丝；τ节距换算成标准的长度，单位为丝，通过乘以Kd(0
（3）排线步进高频率的计算
当收线速度达到大值,线径大,节距大,当线轴为空芯卷径时排线速度高，排线前进后退可通过1丝相应于2个脉冲转换，,因此可以计算出排线电机的高脉冲频率小于10K, PLC完全满足控制要求，KINCO步进电机性能为脉冲频率在2K左右时, 对速度命令的加减速处理的相当平滑, 基本上不会出现失步现象。系统启动后, 加减速是通过点动按钮进行加减速的, 加减速的过程比较慢并且比较平缓，所以通过公式算出来的N排线本身就是由小到大变化的, 随着收线电机频率的升高而逐渐增大，巧妙地避开了步进电机升降速需要平滑的问题。因此不需要在程序中对排线电机进行加减速的处理，使得程序大大简化，只要将Kd调整好，就能保证排线电机速度严格地按照收线电机的速度由小到大或由大到小的变化。
（4）斜排量**
斜排量**可以保证在放丝时不会出现叠丝和断丝的情况，具体方法是将控制排线电机的脉冲输出接到PLC的高速计数的端子上，进行高速计数，当排线运行到一端时，就可计算出需要发送的脉冲数，这样处理后,可以消除斜排量的累计误差。因为每次排线总是先到极限位置后,然后才按照高速计数的设定值再运行相应的行程，不存在累计误差，同时为了用户能对斜排量进行手动微调,在上述基础上还加上一个可调节变量，该变量可正可负，对算出来的斜排量(以脉冲为单位)加一或减一，以使斜排量更加准确。
系统运行实现
系统运行操作是通过人机界面实现的。通过三个画面可完成是一个单元所有的操作，如图2、图3和图4所示。整个退火设备有20个单元，每个单元在人机界面上都有相同的这三个画面。只不过各元件对应的PLC的站号不同，其它均相同。通信方式采用COM2以RS-485的方式与PLC连接，一个人机可带10台PLC，两个人机共带20台PLC。
VFD-E系列变频器是台达公司的第三代产品，在产品功能、性能与控制技术方面均保留了以前产品的优点。灵活的模块化设计有利于系统的整合应用，本文从系统设计和应用角度对相关技术的关键点作概略说明。
关键词：变频器可编程控制器特殊功能编程
1 引言
VFD-E变频器是台达公司的第三代产品，其独特之处主要反映在功能特征上，如VFD-E提供了多样化的现场总线通讯模块，非常适合系统整合应用、立体停车设备、以及远程监控的应用；内建的PLC控制功能可以取代小型的单片机控制器、计数器以及定时器等，从而大幅度降低了系统成本，非常适用功能简单、价格敏感的机械加工行业应用；采用欧式设计，既可以并排安装又可以加挂导轨背板，加上其小巧可以大幅度缩小安装空间；可以作直流母线并联供电，有效的吸收回馈能量，分散刹车电阻负担，并且可共用同一个刹车模块，大大降低系统成本；滤波器内建（230V1phaseand460V3phase）符合CE/UL标志，也完全符合中国出口的市场需要；可方便灵活地选购各种配件，例如I/O卡，A/D,D/A模块，数字操作器，PG卡，通讯模块等，用户可以根据系统的需要合理地配置系统，使系统达到佳性价比；完善的保护功能、高精度的电流检测等都是其亮点。本文从系统设计和应用角度对相关技术的关键点作概略说明，以下是对相关问题的讨论。
2 内置PLC控制系统
台达改进型VFD-E系列变频器内置PLC控制系统有完善的控制功能，该控制系统有以下特点：采用内存程序、往返式来回扫描控制方式；结束再生的输入/输出控制方式（当执行END指令时输入输出有立即刷新指令）；基本指令的处理速度高，只有几个uS；指令＋梯形图＋SFC的程序语言；350步程序容量；45个指令种类，包括28个基本指令，17个应用指令；基本配置6个输入点（X）,2个输出点（Y），通过I/O卡可以配置9个输入点，4个输出点；一般用辅助继电器共160点，M0-M159,特殊用继电器共32点，M1000-M1031；100ms的定时器16个，T0-T15；16位的计数器8个，C0-C7，32位的计数器1个，C235；一般用的内部寄存器30点，D0-D29,45点特殊寄存器，D1000-D1044，用作存放系统状态、错误信息和监控信息；通过RS485方式来进行程序的读出/写入。这些特点给系统设计和用户灵活发挥系统功能提供了方便。
3 变频器系统的程序执行
变频器系统程序执行有三种方式，值得注意的是：程序的上传和下载必须在PLC2页面下执行,首先按MODE键到“PLC0”页面，然后按上键切换到“PLC2”，接着按下“ENTER”,成功后会显示“END”,然后会跳回“PLC2”。在没有下载程序到变频器里面之前，如果出现警告可以不理会，在上传和下载程序前变频器应当处于在停止状态。执行VFD-E变频器内部程序的种方式，在PLC1页面下，可以自动执行PLC程序；第二种方式，在PLC2页面下，可经过WPL由通讯控制PLC程序执行/停止；第三种方式，当为外部多功能输入端子（MI3-MI9）设定为“RUN/STOPPLC(99)”后，端子接点导通(close)时，在PLC页面会显示PLC1,执行PLC程序。端子接点断路（open）时PLC页面会显示PLC0,停止执行PLC程序。
4 内置特殊功能配置
在本文中只对常用的特殊继电器和寄存器等作简要说明，其细节可参见中达电通股份有限公司的网站关于VFD-E系列的说明。
1）特殊继电器
M1000，运转监视常开接点（a接点），RUN的状态下，此接点为On；
M1001，运转监视常闭接点（b接点），RUN的状态下，此接点为Off；
M1005，变频器故障指示；
M1006，输出频率为零；
M1007，变频器运转方向FWD(0)/REV(1)；
M1025，变频器RUN(ON)/STOP(OFF)；
M1026，变频器运转方向FWD(OFF)/REV(ON)；
M1028，高速计数功能开启(ON)/关闭(OFF)。
2）特殊寄存器功能
D1025，高速计数器现在值(低位)；D1025，高速计数器现在值(高位)。
3）变频器特殊指令
DHSCS高速计数功能
DHSCSS1S2S3
其中：S1，比较值；S2，高速计数器编号；S3，比较结果。
需要注意的是：
（1）高速脉冲计数功能需要借助PG卡来实现外部脉冲输入；由设置DHSCS指令所需要的目标值，把M1028(特殊功能继电器，变频器高速计数功能开启ON/OFF)打开，将自动进行计数，如果要清除计数器的数值，可将M1029(特殊功能继电器，清除高速计数值)设置为ON；高速计数器有3种控制模式，可以通过特殊寄存器D1044来设定，种模式是“A-B相脉冲”的模式，用A相和B相的脉冲作计数器输入，但需要与GND连接。第二种模式是“脉冲＋符号”的模式，可利用脉冲输入及符号来作上数或下数，定义A相作脉冲，B相作符号，注意需要与GND短接。第三种模式是“脉冲＋标志位”，在计数方式中，可以通过标志位M1030来判断上数或下数，使用者只需连接A相，但需要和GND短接。
（2）FPID变频器PID控制
FPIDS1S2S3S4
S1，PID参考目标的输入端子选择（0～4）；S2，PID比例增益P(0~100)；S3，PID积分时间I（0～10000）；S4，PID微分时间D（0～10000）。
（3）FREQ变频器运转控制
FREQS1S2S3
S1，设定频率；S2，加速时间；S3，减速时间。
例如：FREQK5000K200K100
则：设定目标频率为50HZ,加速时间是20S,减速时间是10S
（4）RPR变频器参数读取
RPRS1S2
S1为参数字地址；S2把读取的参数保存到S2中。
（5）WPR变频器参数写入
WPRS1S2
S2为参数的地址,把参数数值S1写到参数S2中。
5VFD-E变频器应用举例
VFD-E变频器示意图如图1所示。
图1VFD-E变频器示意图
运行内置PLC源程序梯形图如图2所示。
图2PLC源程序
在上述程序下的运行结果界面如图3所示。
图3运行结果界面
6 结束语
VFD-E系列变频器为台达变频器机种系列的新产品，在产品功能、性能与控制技术上都保留了现有产品的优点，但性价比提高有很大的提高，补充了现有市场的不足。VFD-E系列变频器预期因为在食品加工、风机、水泵、造纸纺织机械、机床/金属加工机械、输送机与搬运机械及木工机械等领域有广泛的应用。