西门子模块6ES7212-1HF40-0XB0详细说明

1 引言
　　金属材料领域的60～70%是板材，金属板材的大部分是经过冲压加工制成成品。冲压加工在国民经济各个领域应用范围相当广泛。例如，在宇航，航空，**，机械，农机，电子，信息，铁道，邮电，交通，化工，医疗器具，日用电器及轻工等部门里都有冲压加工。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片，锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿和五金制品等产品中大量冲压件。冲压按工艺分类，可分为分离工序和成形工序两大类。冲压分离工序也称冲裁，其目的是使冲压件沿一定轮廓线从板料上分离，同时保证分离断面的质量要求。
　　冲压分离工序使用冲床加工实现。冲裁加工在室温下利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离变形从而获得所需零件的压力加工方法。冲压设备除了厚板用水压机成形外，一般都采用机械压力机。冲压件具有薄、匀、轻、强的特点。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。冷冲压件一般不再经切削加工，或仅需要少量的切削加工。

2 冲床自动化问题
　　冲压虽然是高效的生产方法，但是手工单模具冲床冲压生产加工量大，在每分钟生产数十、数百件冲压件的情况下，需要在短暂时间内完成送料、冲压、出件、排废料等工序，手工单模具冲床冲压生产既满足不了其高速生产要求，又大量发生人身、设备和质量事故。冲压中的安全高效生产是一个非常大的现实矛盾问题。
　　采用复合模，尤其是多工位级进模的数控冲床，可在一台压力机上完成多道冲压工序，实现由带料开卷、矫平、冲裁到成形、精整的全自动生产。生产效率高，劳动条件好，生产成本低，一般每分钟可生产数百件。以现代高速多工位机械压力机为中心，配置开卷、矫平、成品收集、输送等机械以及模具库和快速换模装置，并利用计算机程序控制，可组成高生产率的自动冲压生产线。数控技术应用在冲床设备领域,使普通冲床得以升级,通过数控技术的自动控制完成冲压的功能。
　　基于PLC技术的高速全自动数控冲床自动完成对整体板料的上料、送料、排料及排网状废料的集成加工过程。 全自动数控冲床由通常由机床本体、上料装置、送料装置、排网状废料装置、自动化电控硬件和控制软件五大部分组成。

3 曲轴数控冲床
　　曲轴式冲床是常见的冲床结构。曲轴式冲床工作原理是控制离合器的吸合动作来控制滑块也即上模的单次或连续往复运动，实现对板料的冲压加工，控制制动器实现压力机工作机构的停止。送料动作一般是由手工或间隙式机械机构完成。数控冲床的曲轴式压力机的冲压原理不变。不同的是利用PLC控制滑块的往复，即上冲模往复动作的起停和被加工板料的规则X、Y向进给送料运动，并能使这两个动作协调，即实现冲压与送料动作的同步控制。 全自动冲压加工中，两坐标工作台是关键的机械部件之一，工作台的惯性限制着工作台的送料速度和加速度。为提高工作台的送料速度，在设计时可能减小工作台的惯性。在冲压加工过程中，X轴送料比Y轴频繁，即X轴送料次数为板料一排所冲工件个数时，Y轴才送料一次。因此设计工作台时，采用X轴在上，Y轴在下，这样工作台沿X方向送料时，X方向电机只通过丝杠带动较轻的夹钳拖板沿上导轨作X向运动。Y方向送料时，Y方向电机通过丝杠带动较重由上导轨、上电机、上丝杠和夹嵌拖板组成的机构沿下导轨作Y向运动。故能提供快捷及安全的送料过程。
　　数控系统软件结构 为了维修和使用方便，国际上数控系统在输入代码、坐标系统、加工指令、辅助功能及程序格式等方面逐渐形成了两种国际通用标准，ISO化标准及EIA美国电子工业协会标准。根据冲压加工特点，参考国际上常用的ISO标准。因为冲压加工中工作台送料为大量的重复动作，为了减少用户编程量，用户指令中设置了内循环、外循环、跳转指令，使用户编程量大大减少。系统软件采用模块化结构，共有五个模块化结构，系统开机或复位后处于监控状态。这时五个功能模块可供选择。

4台达数控冲床解决方案
　　基于台达机电自动化自动化平台配置包括：台达触摸屏HMI；台达EH系列PLC；台达ASDA-AB系列交流伺服系统；台达B系列变频器。
　　冲床的冲头属于机械凸轮结构，电机启动后以固定的时间周期性上下运动，在该过程中伺服的运动有两种工艺自动化过程状况：小步距-在该过程中伺服运动在每次冲孔是必须走到相应的冲孔位置；大步距-由于步距太大冲头在正常冲压时，进给轴不能走到冲压位置，必须等到进给到位后方可冲压。
控制方式采用台达伺服寄存器控制定位模式Pr模式。通过触摸屏设置相应的距离后经
过运算，转化成相应的转数和剩余的脉冲数，同时通过通讯写入对应的伺服寄存器中，并通过伺服外部启动命令进行启动。具体控制过程：

4.1 人机对话界面设计
　　（1）触摸屏画面设计：在触摸屏画面里，此次采取标准CNC的理念，有三种控制方
式，分别为手动方式、自动方式、参考点方式。手动方式如图1所示，在手动方式时可以任意运转进给轴，有利于移动滑台，或找取装夹点。自动方式如图2所示，在自动方式时允许启动加工。参考点方式如图3所示，开机后通过执行回参考点建立机械坐标系，确定机床零点。

　　（2）坐标显示：在触摸屏里可采用读取伺服状态寄存器显示机床坐标，其宏程序忽略。
工艺画面如图4所示：在工艺画面可以设置起点坐标、步距、冲压孔数，大步距加工速度等，对于所设步距大于大步距时，PLC会判断，等待进给到位信号到来后冲头方可冲下。

　　（3）时钟宏：在工艺画面里，通过相应的数值设定，自动转换为相应的伺服转数及脉冲数，并写入伺服驱动器。

4.2 PLC程序设计
　　动作执行及逻辑判断PLC程序部分梯形图程序如下：

4.3 交流伺服系统参数设定
（1）电机反馈参数： 0-04 = 0（回授脉冲数）；0-05 = 1（回授圈数）。
（2）定位模式Pr参数： 1－01＝1（Pr控制模式）。
（3）电子齿轮比分子：1-44 = 5 ；电子齿轮比分母1-45 = 2 。

（4）段参考点速度1-48 = 20；第二段参考点速度1-49 = 30。
（5）伺服使能信号：2-10 = 1（伺服直接使能）
（6）其它伺服参数：
2-11 = 108 （pr模式出发启动信号）
2-12 = 122（反向限位）
2-13 = 137/111（jog+及pr模式寄存器选择-通讯控制）
2-14 = 138/112（jog-及pr模式寄存器选择-通讯控制）
2-15 = 106（反向方向信号）
2-16 = 127（参考点触发信号）
2-17 = 124（参考点完成信号）
2-18 = 105（伺服位置到达）
2-19 = 109 （原点复归完成）
2-20 = 107（伺服报警）
备注：2-10~2-22可参考第七章输入输出端子定义表
3-00 = 2/3（站号设定）
3-01 = 1（通讯传输率）
3-02 = 0（通讯协议）
3-05 = 2（通讯方式-485通讯）

4 结束语
　　通过案例设计讨论，基于台达机电自动化平台的数控冲床解决方案在应用中展示出单品牌机电一体化系统集成的巨大技术优势。应用台达单品牌机电技术平台提高数控机床的基础装备能力达到性能服务成本优目标的综合

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。