西门子模块6ES7215-1HF40-0XB0详细说明

1 引言

　　细纱工序是成纱的后一道工序，是将粗纱进一步牵伸30～50倍并加捻，纺成具有一定特数、符合相关质量标准的细纱，供捻线、机织或针织使用。细纱机有低速运行、高速运行、吹吸风、落纱等过程。落纱分为自动落纱和中途落纱（暂停工作），自动落纱又分定长落纱和定时落纱。自动落纱的方式、落纱时间及长度均可设置，并能掉电保持。纺织厂生产规模的大小是以细纱机总锭数表示的；细纱产量是决定各工序数量的依据；细纱的质量水平、原料物料耗电量等指标、劳动生产率等是技术和管理水平的体现，因此，细纱工序在纺织厂中占有重要的地位。由于传统的电气控制设备存在精度低、安全性差及故障率高等缺点已经逐渐为现代化自动控制设备所代替。现今细纱机设备的自动化控制程度愈来愈高，根据设备不同会应用到不同种类的工业自动化产品，如：人机界面、PLC、变频器、伺服系统、编码器、温控仪表等各类产品。客户往往可以根据控制对象的不同选择相应的设备来进行控制系统的构建。

　　台达机电至今已经能为客户提供PLC控制器、温度控制器、计数器、人机界面、变频驱动器、伺服驱动器、数控系统等一系列产品，可以向客户提供完善可靠的机电一体化解决方案。本文基于台达自动化产品实现环锭细纱机的有效控制，值得业界借鉴并推广。

2　控制系统

2.1 系统结构框图

系统结构框图如图1所示：

图1 系统结构框图

　　本控制系统采用了台达DVP32ES00R2作为控制器，同时采用台达DOP-B05S100人机界面进行系统I/0与纺纱工艺数据的监控，并采用台达VFD-B-P系列纺机专用变频器控制主传动电机。

2.2 系统功能概述

系统功能概述如下：

　　（1） 用PLC控制整个纺纱过程，具有程序开车、钢领板自动升降、中途停车后自动跟踪开车、自动落纱、自动留头等。

　　（2）设定纺纱的工艺参数，依据工艺要求自动控制；实现定长落纱和锭子速度曲线控制。

　　（3）显示纺纱过程的锭速、牵引倍数、细纱号数、捻度以及班产累计等。

　　（4）采用数字通信，提高了系统的抗干扰性。

2.3 各部分控制特点

　　（1）传动部分：包括主电机、吸风电机、钢领板升降电机、油泵电机及润滑装置、主变频器、升降变频器、清洁器装置、各种低压开关及接触器等。

　　（2）三自动检测部分：该部分由三自动行程开关、停主电机接近开关、下钢领板接近开关、刹车片构成。其作用为落纱信号给出后能自动适应停车，自动留头，为重新开车降低断头创造条件。

　　（3）变频器锭子速度控制：该部分由变频器、锭子传动部分、主电机构成，其作用是变频器依据程控器传输的锭子速度控制十点曲线自动调整锭子运行，提高纱线质量和产量。

　　（4）数据检测部分：该部分由主轴、前罗拉测速光电管组成。功能为自动检测纺纱过程中主轴、前罗拉的运行数据，为计算班产量、锭速、前罗拉转速、前罗拉线速、捻度等工艺参数以及锭子速度曲线控制提供数据。

　　（5）PLC控制部分：该部分由PLC主单元及IO扩展模块构成，完成全机开关量输入、数据检测以及计算和过程控制，实现纺纱过程自动化和对机器运行情况进行监控。

　　（6）显示单元部分：HMI与PLC之间以通讯线实现连接，完成纺纱过程工艺参数显示设定，可直接设定锭子运行十点曲线，实现控制柔性化，同时对细纱机运行过程中出现的故障，以对话框的方式进行实时反馈。

　　（7）通讯部分：由PLC的Port1通讯接口通过RS232C方式与HMI实现参数设定及显示，由PLC的Port2通讯接口通过RS485的方式控制变频器的频率值，从而实现控制锭子运行速度曲线，整机的可靠性、稳定性得到极大的提高。

3　上位机软件设计

　　上位机控制软件分为：参数设定显示程序、控制主程序、计算采样子程序、通讯子程序和锭子运行曲线子程序。

　　（1）控制主程序：

　　软件主控制程序部分，依据工艺要求编制的程序，上电后自动检测各开关量和传感器输入的数据，完成整个纺纱过程自动控制和调用子程序。

　　（2）参数设定显示程序：

　　主要依据DOP-B05S100配置完成参数设定显示，包括班次设定、错误设置提示，总产量、班产量累计显示、锭子速度、前罗拉速度、牵引倍数、捻度、产量、细纱号数等参数显示。如图2所示：

图2 参数设定显示界面

（3）计算采样子程序：

　　主要依据主轴、前罗拉、后罗拉数据检测传感器采样结果以及设计参数完成系统计算，用以完成各类显示参数的计算及定长落纱等功能。如图3所示。

图3 计算采样显示界面

（4）通讯部分程序及锭子运行曲线子程序：

　　主要采用MODBUS ASCII通讯协议完成与变频器的数据传输，进而控制锭子运行速度曲线。PLC程序如图4所示，锭速曲线图如图5所示。

图4 PLC程序梯形图

图5 锭速曲线图

4 结语

　　本系统采用了台达控制系统解决方案，全机控制采取数字通讯方式，控制精度高，可靠性和抗干扰性能大大提高，并利用“提高软件设计水平来降低硬件投入”原则，不仅降低了系统成本，而且提高了产品的市场竞争能力。运行实践表明，系统比原来旧系统在安全性、可靠性和控制精度上都有了较大的提升，值得业界同行借鉴和推广。

1 前言

　　随着国家对节能减排的要求越来越严格，对清洁能源的需求量也越来越大，太阳能发电（光伏产业）正是清洁能源的代表。光伏产业因而得到迅猛发展，专家预测太阳能光伏产业在二十一世纪前半期将超过核电成为重要的基础能源之一。而光伏产业的主要原料便是多（单）晶硅。

　　市场对多晶硅的旺盛需求也带动了太阳能设备制造行业，此行业用的设备如多晶炉，切断机床，滚圆磨床，端面磨床，及开槽，切片，倒角等设备也处于供不应求的状态。太阳能行业对设备的要求：设备生产效率高，稳定可靠，使用方便。

　　面对日益复杂的要求和相应产生的生产效率问题，本文基于台达的DVP系列 PLC和HMI及伺服等自动化产品，成功开发实现了一套数控多晶硅切断机床的控制系统。此控制系统控制核心部件全套用台达产品，包括PLC，触摸屏，变频器，伺服，及台达的开关电源。机器完整外形图如图1所示。

图1 机器完整外形图

2 工艺分析

　　多晶硅切断机床为多晶硅生产出来后，用于将两端头去掉或用于多晶硅坯料的锯段成指定长度产品的设备。

　　此设备的工艺过程分析如图2所示：

图2 多晶硅切断机床工艺过程分析框图

　　首先在工作台上用专用夹具装夹多晶硅坯料工件，然后调整好锯带张力，之后，启动锯带（锯带的速度由变频器控制），然后工作台会根据设好的工艺参数进行送料，首先工作台带动坯料快速靠近锯带，然后转为慢速进行边缘切割，速度慢，是由于多晶硅坯料表皮较硬，速度过快容易损坏锯带；切完表皮后，接着转为匀速正常切割，此过程要求送料速度极其稳定，这样，切出来的料表面平整度才好。切到后，又转为边缘切割，直到把坯料切断，切断后，工作台快速返回原来的工作原点，等待操作人员将成品拿下，换上新坯料。

　　对于客户的工艺要求，我们在选型中，有三点要特别考虑：

　　（1）动锯带的轮子直径较大，设备负载属于恒转矩负载，切割时线速度较高，还要较快的停车速度，因此需要变频器有较大的容量和制动能力；

　　（2）作台进给是由伺服电机带动滚珠丝杠，切割时，为了保证光洁度，进给速度很慢，这就要求伺服低速稳定性能好。

　　（3）客户要求设备在参数设置后，能**显示此坯料的加工时间，并在工作中，实时显示当前状态和切割进度，还要求显示锯带的实时转速。

3 系统方案

3.1 电气配置清单：

　　根据以上工艺要求，我们为客户配置的系统硬件配置如下：

　　(1)PLC: DVP40ES200T*1

　　(2)人机界面： DOP-B07S201

　　(3)变频器: VFD075B43A+制动电阻

　　(4)开关电源：PMC-024V100W1AA

3.2 系统方案图如下：

系统的控制框图如图3所示：

　　主控部分采用台达新推出的ES2 PLC，该系列PLC是台达新型小型PLC，具有2路100K脉冲频率输出功能，利用台达运动控制指令控制台达ASDA-AB伺服，配合伺服合适的电子齿轮比，可以达到很高的控制精度。另外， ES2 PLC具有3个独立通讯口，COM1为RS232, COM2,COM3为RS485界面，锯带变频器的频率就是ES2 PLC 利用其COM2口通讯给的，并且将锯带变频器当前的实时速度读回来，显示在屏上。

此外，此PLC还具有以下特点：

　　16k steps大程序容量、数据存储器10k words

　　基本指令LD快执行时间0.54μs

　　大扩展IO点数—256点输入+16点输出 或 256点输出+16点输入

　　新增多种特殊运动指令—包括闭回路控制(DCLLM)、对标(Mark)、遮蔽(Mask)、立即变速度(DVSPO, DICF)(内含自动加减速)

　　多可达8个单相(2个100kHz、6个10kHz)或4组AB相高速输入

　　提供2点100kHz与2点10kHz高速输出

　　具有3个独立通讯口，COM1为RS232, COM2,COM3为RS485界面。具有变频器便利指令：包括正反转运行、停止等用于台达变频器。

　　显示部分为7寸台达触摸屏B07S201，此型号屏采用LED背光，画面清晰亮丽，对比度高，并且能耗小，使用寿命长。图4为显示屏在设备上实际应用的效果：

图4 显示屏在设备上的实际应用效果图

3.3 上位机画面说明：

　　首先在参数页设置好相关行程参数，如行程次数，距离和速度，低速度可达6um/sec。此处如图5所示：

图5 参数页设置画面

　　参数设置好手，将设备点动到合适位置，进入运行画面（如下图），设备就可正常工作了。此处如图6所示：

图6 系统运行画面

　　锯带选用的是台达通过型矢量变频器VFD-B系列460V，7.5KW机种，此款变频器启动力矩大，低速性能好，加配了制动电阻后（要将06-00参数设定为0），可快速停车，并能减少外部电网或负载回灌的能量对变频器的冲击。

　　送料机构均采用直线导轨加滚珠丝杆结构，由台达AB系列1.5KW伺服电机驱动，台达伺服具有PDFF控制构架，可在保证快速响应的同时，防止过冲，并且低速时速度平稳。

4 结语

　　本文介绍了台达自动化产品在数控多晶硅切断机床上的整合应用，整套方案提供了较为优异的控制性能及安全性，同时系统在提高准确控制的同时，也可提供校正及完善的报警自诊断功能。此设备今年5月调试完毕，设备厂对中达的快速OEM开发能力十分满意，觉得中达开发速度快，能贴近客户需求，并且产品性价比优异，性能也稳定可靠，让客户放心。设备交付终客户使用后，终客户也对此设备十分满意。。

　　综上，整个方案实现了设备的技术升级与高效节能，体现出台达自动化产品较高的性价比，值得业界同行借鉴和推广