6ES7317-6FF04-0AB0技术参数

在简要介绍假捻弹力丝机（加弹机）加工原丝成具有低弹和中弹性能的弹力丝的加工设备原理的基础上，系统研讨台达变频器加弹机运动控制应用技术。

1 引言

加弹机的全称叫假捻弹力丝机，是一种将POY丝等原丝加工成具有低弹和中弹性能的弹力丝的加工设备。在纺织机械的多功能弹力丝机上，拉伸变形是重要的加工环节之一。对丝条材料进行加热和恒温控制会直接影响丝条拉伸变形的质量。丝条温度的恒定性和丝条之间的一致性，对丝条变形的强度，紧缩伸长率，卷曲和染色不匀等质量指标都有极大的影响。

2 加弹机简介

加弹机的结构（图1）一般设置成对称的A侧（左侧）和B侧（右侧），在每一侧分别安装有上热箱和下热箱，每一只热箱上安装有加热器和温度传感器，它们构成了加弹机的加热和测量部分。加弹机的传动系统一般采用多个变频器分别控制各个传动部件的速度，通过安装于传动部件上的测速传感器（编码器或者接近开关），实时测控各个变频器的速度，以满足拉伸和假捻的工艺要求，因此变频器的闭环恒速控制至关重要。

本文介绍的加弹机案例由9台或者11台变频器组成(2.2kw八台，1.5kw两台，7.5kw/15kw一台，分别控制左一罗拉，右一罗拉，左二罗拉，右二罗拉，左三罗拉，右三罗拉，左黑辊，右黑辊，左横动机构，右横动机构，龙带)，其中2台变频器需要具备扰动功能（一种纺织传动专用功能，也可以称为三角波功能。），主要用于控制横动机构；其余7台由于对速度的稳定性和**性要求比较高，需要具备速度回馈功能，工程上为了节约成本，一般脉冲信号由外部接近开关来提供。

图1 加弹机结构简图

3 电气控制系统

图2 加弹机电控系统简图

加弹机电控系统（图2）由人机交互操作触摸屏设置参数和监控运行状态。温度控制器用于将热箱的温度稳定在工艺设定的温度值。测速反馈单元用于检测各传动部件的转速反馈信号，使变频器控制电机的速度恒定在客户设定的传动工艺值。

4运动控制系统

4.1衡定速度控制

为了使假捻的丝线长度及捻度能有效控制并统计，系统中的每台变频都需要死循环来稳速，也就是说每台变频都必须带有脉冲回馈功能。

4.2速度摆频控制

摆频功能适用于纺织、化纤及需要卷线、横向运动等场合。为防止纤维丝在纤维卷表面的同一点堆聚，必须改变横向的运动方式。摆频功能的应用非常普遍，其主要目的在于避免卷绕时绕纱重叠，并可减少静电。摆频功能的原理是将一个三角频率叠加到中心频率上。为补偿系统惯性，通常还需要加上一个快速阶跃频率。

5台达变频器应用设计

台达M系列---高功能低噪音迷你型变频器,具有体积小、低速力矩大、V/F及Sensorless向量控制；1.0Hz，150%以上额定转矩输出；内置PID功能；计数器功能；多段速及自动程序运转；简易定位；累计电机运行时间；自动侦测(Autotunning)电机参数；摆频功能；散热风扇运行模式设定；主，辅频率控制；睡眠功能；节能运转；RS485通讯接口，支持Modbus协议等特点。由于性能完善和使用方便广泛应用于产业机械、工业自动化控制以及小型恒压供水系统等广泛的应用领域。

5.1速度闭环设计

加弹机变频器速度闭环接口接入外部高频率到30kHz脉冲信号。参数设计如表1所示。

表1 台达M系列变频器速度闭环参数

由于M系列本身不提供驱动PG（速度反馈单元）的直流电源，需要外置电源来供给PG使用。目前来说，接入到M系列的信号为单脉冲信号，分别接到MI5和GND端子上。

5.2摆频控制设计

摆频运行过程（图3）描述：先依加速时间加速到摆频预置频率P168，并等待一段时间P169，再依加速时间至中心频率，然后依照设定的摆频振幅P170、跳跃频率P171、跳跃时间P172、摆频周期P173、摆频比率P174循环运行，直到停止命令下达后依减速时间减速停止。

图3 摆频控制设计

表2 台达M系列变频器摆频控制参数

摆频高运转频率=中心频率＋中心频率 * P170，摆频低运转频率=中心频率－中心频率 * P170，摆频运转频率受上、下限频率限制，超过或低于上下限限频率，则会依上下限重新计算摆频运转频率；

跳跃频率=中心频率 * P170 * P171，过大的跳跃频率可能产生过电压、过转矩等异常警告跳脱；

P175为随机功能，主要是能够随机调整摆频上升时间和下降时间的比例值，大随机比率值 >= 摆频上升时间 / 摆频下降时间，小随机比率值 <= 摆频上升时间 / 摆频下降时间，开启此功能后，产生的速度波形如图4所示。

图4 摆频速度波形

5.3 工程实际问题

1．PG回授信号。目前来说，PG回授信号一般采取接近开关提供的方式，所以接近开关提供信号的稳定性是关系到整个系统稳定性的非常重要的前提条件。而且接近开关提供的信号一般来说都是弱电压信号，容易受到来自外界的干扰，建议客户使用屏蔽电缆作为延长线。

2．P170-P177对于不同的纱线，需要设置的值是不一样的，取决于工艺的要求。这些参数需要根据经验值并且结合实际生产出来的成品效果来做调整。

5.4 故障处理

1．PG ERR（速度信号出错）。当反馈的脉冲信号出现不正常时出现此报警。一般采取的解决方式是首先检查连接线是否可靠，接近开关是否完好，是否有信号输出；然后再检查参数是否设置正确，P159脉冲数是否符合实际情况；加强抗干扰的措施；后更换控制板，排除是否存在输入信号端子的问题。

2．OL（过载）。主要是察看负载电流情况，是否超过变频器额定输出电流，如果超过，请检查机械部分是否存在润滑不足等加大负载的现象；检查参数部分，自动转矩补偿是否设置过大；更换变频器，排除变频器的硬件问题。

3．OC（过流）。检查变频器U-V-W是否存在短路现象，变频器与电机的连接线是否可靠连接，延长加速时间。

4．OH（过热）。检查变频风扇是否正常工作，电柜内的风扇是否正常工作，测量电柜内的实际温度。

6 结束语

本机器调节方便，加工出来的丝线优于以前设备，纱锭成型理想，增加了适用的织机范围，应用效果和客户反映良好，并且变频器的各种保护功能为设备的安全可靠运行提供了保证。通讯的方式简化了纺织加弹机的控制系统，强大的变频器功能提高了生产产品的质量和生产效率。

SC系列PLC是台达新推出的一款S系列PLC，主要是增加了总频宽为130K的高速脉冲输出和高速计数的功能适合控制伺服系统。本文介绍基于SC系列PLC的食品机械机电自动化化系统，系统应用台达触摸屏DOP-A57GSTD+SC系列可编程控制器 DVP-12SC11T+伺服控制器ASD-A021LA+编码器ES3-06CN6941＋步进电机，设备不大，但是使用的台达机电产品较全，整个系统由于控制精度高，所以调试较困难。

关键字：食品机械投入机 触摸屏 PLC 伺服 编码器

1 引言

此系统属于食品机械的投入机的控制系统，系统包括触摸屏、可编程控制器、伺服、编码器、步进电机等，投入机主要功能是把呈带状脱氧剂或者是干燥剂，进行切断，然后按要求投入到包装线。在整个设备中，控制的主要要求是要切断准确，切断的位置偏差要在±5mm以内，而且要求速度可以很快，高速每分钟要达到170个；因为送料驱动使用的是步进电机，这样就会要求送料要有反馈，所以从动轮上安装了编码器做为反馈信号的来源，由于控制部件的组合以及于机械机构的联动配合问题，在调试时做了好多次软件和硬件的改进后达到了使用要求。

2 食品脱氧剂投入机工艺

因为属于机械设备的系统，另外，要求精度也高一些，所以工艺过程相对复杂一些，主要要求如下：通过设定不同的料袋长度尺寸和间距，可以加工4种规格的产品；要求实际偏差不得超过±5mm；要求在连续运行时的加工速度要能达到每分钟170个；要求刀速和步进的速度都能有四个档的调整；报警上下限设定；偏差微调功能，并且显示微调值；要求有两个外部联动功能，启动不同的联动信号可以达到包装线联动的功能；要求具有生产计数的功能，可实现计数有效无效的切换。工艺过程如图1所示。

图1工艺过程

3 系统设计

3.1电控系统设计

(1)PLC系统需求分析。6个数字量输入；3个数字量输出；1个伺服控制；1个步进控制；1个由AB相的编码器发出的高速脉冲计数。

(2)控制系统配置设计。触摸屏：台达DOPA57GSTD；PLC：台达DVP12SC11T ；伺服控制器：台达ASD-A021LA；台达编码器ES3-06CN6941；步进驱动器和电机；料检测接近开关；刀位检测接近开关；外部连动接近开关。

触摸屏主要是用来显示和控制、报警、报警上下限设定、采集数据显示微调、报警数据显示、记录产量等；PLC主要是采集数据并计算，控制伺服电机和步进电机的动作，报警的判断和输出；伺服电机的作用是用来使切刀可以快速的切断干燥剂，并且准确的归位；步进电机的作用是快速的进料，并且进料要十分的准确；编码的作用是把从动轮的转动的实际角度采集出来，送给PLC。

3.2控制软件功能设计

（1）系统的功能要求。可以设定干燥剂的长度和间距，以便可以切不同规格的干燥剂；刀速和步进的速度是可设定的要能够分成几个档位，适应不同的要求；可以设定上下限报警，来控制误差的范围；显示报警画面、报警信息；报警上下限设定；具有偏差微调功能，并且显示微调值；要求有两个外部联动功能，启动不同的联动信号可以达到联动的功能；要求具有生产计数的功能，可实现计数有效无效的切换；要求具有复位功能，实现故障状态的复位；除联动外还能实现连续运行和点动的功能；

（2）技术难点分析。在以上的功能中重要的功能实现就是步进电机的控制，这也是难的部分，因为干燥剂长度的准确完全依赖于步进电机所走的行程，如果单纯靠固定脉冲数来控制步进电机，那么运行一段时间后一定会出现累计误差，会使所切的干燥剂长度相同但是会切到料上，所以必须使用编码器采集回来的脉冲数作为反馈来给步进发脉冲。

（4）HMI（触摸屏人机界面）画面设计。主页；控制画面；参数设置画面；步进速度设置画面；切刀速度设置画面；报警画面。

（5）PLC模块设计。刀和步进速度设定；运行方式控制；复位状态控制；计数功能；伺服和步进控制；报警控制。

4 机电系统调试

4.1 机电位移脉冲当量

通过反复的试验得到一个试验值：就是料每移动1mm编码器的脉冲数是多少个，在这台设备上得到的数据是，每移动1mm编码器的脉冲数是5个，而且相对准确。

4.2 伺服频率当量

通过反复试验得到两个数值：就是为达到每分钟加工速度为170个，那么对步进和伺服发出的脉冲频率是多少，经过试验得到的数据是步进额为4KHz，而伺服应该是80 KHz；其实，本来可以通过计算可以得到这个数据，但是，由于机械方面的配合和程序有扫描周期的问题，所以不能完全套用计算所得到的数值。

4.3 料位检测

调整料检测的高度也是一个比较关键的环节，如果不能调整好高度会对切断的准确性起到决定性作用。

4.4 前机时间

投入的准确性是靠调整前机时间来保证的，在食品盒到达投入口正下方之前要进行切断动作，而食品盒到达投入口正下方时干燥剂要正好投入到食品盒当中，送料停止到切刀切断之间的时间就是前机时间。

5 结束语

此设备的使用台达的机电产品比较多，整合性能比较好，为客户降低了大量的成本，是单一电控技术平台为客户降低成本的很好的实例。针对国内食品机械的自动化程度较低的现状，还有很多自动化应用工程空间。食品脱氧剂投入机使用了台达的SC系列PLC来控制台达伺服系统，达到了使用要求。