西门子PLC模块6ES7212-1HF40-0XB0技术参数

   引言

    拉丝机是金属线材生产的重要设备，主要是将金属线材拉拔成各种规格的细丝。从产品规格上可分为：大拉机、中拉机、小拉机以及细微拉。从机械结构上可分为：滑轮式、活套式、水箱式和直进式。在电线电缆行业，双变频细微拉应用十分广泛。相对而言，其要求的控制性能也较低，而对大部分钢丝生产企业，针对材料特性，其精度要求和拉拔稳定度高，因此使用直进式拉丝机较多。特别是焊材生产企业，气体保护焊丝、埋弧焊丝、铝焊丝、氩弧焊丝、不锈钢焊丝、高强度焊丝以及**的药芯焊丝，其对拉丝机的电气控制要求很高。变频器作为主要的电气控制部分，它的性能，特别是张力控制的精度直接影响到产品的质量和产量。

    深圳正弦电气作为一家的变频器制造商，所生产的拉丝机专用变频器，以其卓越的性能赢得了电线电缆企业和焊丝生产企业的认可和好评。

    直进式拉丝机实物

    一、拉丝机工作原理

    直进式拉丝机是有多个拉拔头组成的小型的连续生产设备，通过逐级拉拔，可以一次性地把钢丝冷拉到所需的规格，所以工作效率比较高。但是，由于通过每一级的拉拔后，钢丝的线径发生了变化，所以每个拉拔头工作线速度也应有变化。

    根据拉模配置的不同，各个拉拔头的拉拔速度也要变化。拉拔速度的基准是每个时刻通过拉模的钢丝的秒流量体积不变，即使以下公式成立：

    πR2×V1=πr2×V2

    其中R：进线钢丝的直径

    r：出线钢丝的直径

    V1：进线钢丝的线速度

    V2：出线钢丝的线速度

    直进式拉丝机的各个拉拔头的工作速度就是基于以上的公式，保证各个拉拔头同步运行。但是，以上的说明是基于理想状态的稳态工作过程，由于机械传动的误差以及机械传动的间隙，还有在起动、加速、减速、停止等动态的工作过程中，各个拉拔头就无法保持同步，所以，我们在直进式拉丝机上采用了位移传感器（如图1所示），动态测量各个拉拔头间的钢丝的张力，再把张力转换成标准信号(0/4~20mA或0~10V)，用这个标准信号反馈给调速变频器，变频器用这个信号作闭环PID过程控制，在主速度上叠加上PID计算的调整量，保持各个张力检测点的张力恒定，也就保证了直进式拉丝机工作在同步恒张力的工作状态。

     二、系统介绍

    该套设备的作用是对药芯焊丝的二次精拉。药芯焊丝是用钢带卷曲为空心的钢丝，卷曲的过程中，将特制的药粉填充空心处，经过拉拔后形成2.80mm左右的一次成品。再经过二次拉拔形成1.20mm左右的成品（依需求而定）。我们调试的时候模具的配

    模具配比表    

    根据客户要求，我们设计了11联直进式拉丝机，该系统采用深圳正弦电气新一代产品——完全电流矢量张力控制专用变频器SINE309和拉丝机拉丝专用变频器SINE311，系统配置如下图1所示，人机界面+PLC+正弦变频器。

    直进式拉丝机工作原理图    

    1、人机界面：

    良好的人机接口，使操作简洁方便，各种参数一目了然。

    我们在界面上设计了多种功能功能——系统启动、停车、跳卷、线速度设定、收卷点动、断线保护有效、防护罩有效等，方便操作人员对设备进行操作和监控。

    2、PLC：

    PLC在整个系统中起着重要的作用——①得到人机的启动信号后，PLC输出使变频器RUN与COM端子闭合，变频器运行。②根据触摸屏上设定的线速度，PLC的D/A模块输出0~10V的主速度信号，并按照30秒的加减速线性变化，如下图所示

    PLC模拟量信号线性变化关系    

    ③低速穿线时，需要前联动、正转点动、反转点动和后联动。

    前联动：我们以放线工字轮为前，假如我们在4#塔轮处脚踏前联动开关，应该是1#~4#机联动，即PLC使1#~4#变频器同时走点动频率，以此类推。

    正转点动：当某台塔轮上线材松动时，需要单独点动该台，其他塔轮不动作。

    反转点动：极少用到可以不设计。

    后联动：仍以放线工字轮为参照——前，假如我们在4#塔轮处脚踏后联动开关，应该是4#~11#机联动。

    3、变频器

    如图1所示，机台上有11个塔轮，其中1#~10#采用正弦SINE309拉丝机张力控制专用变频器，分别对应位移传感器。位移传感器反馈给变频器4~20mA的电流信号，变频器以此保证线材的恒张力。11#采用正弦SINE311拉丝机拉丝专用变频器，没有张力机构。12#同样采用正弦SINE309变频器控制收线轮，与1#~10#不同的是，收线工字轮的卷径在不断的变化，而且还要保持线材恒张力，以免张力过大断线或太松乱线。

    在前面提到，我们拉拔的是药芯焊丝，其材质较实心钢丝柔软很多。06年我们给客户安装的6套八联和3套七联直进式拉丝机，加工的都是高碳钢丝或不锈钢丝，材质坚硬，即使在调试过程中汽缸摆臂有较大晃动，也可能不会断线。药芯焊丝的硬度大约只有高碳钢或不锈钢丝的一半，在生产过程中就要求张力控制得很好，即汽缸摆臂几乎不晃动，才能保证生产的高效。也就是要求变频器有很好的张力控制能力。

    三、正弦变频器特点

    ●正弦变频器采用磁场定向电流闭环矢量控制，电机变量完全解耦。

    ●采用美国TI公司新款高性能32bit电机控制专用DSP，高速、准确完成复杂的控制算法，国内首家产品化应用。

    ●调速精度：0.01Hz

    ●调速范围：0.01~600.00Hz

    ●冲击负载：180%电机额定转速，2秒内部跳脱。

    ●低频转矩：0.00Hz，150%额定转矩输出。180%额定转矩加速和减速。

    SINE309系列拉丝机张力控制专用变频器

    1、型拉丝机收卷专用变频器,不用设定变频器参数，出厂值即佳参数，只需要按说明书正确接线，就可以开机正常工作；

    2、所有动态参数：卷径、传动比、线径，空盘、半盘、满盘，低速、中速、高速，张力、断线全部由变频器内部自动处理；

    3、不需要PID板，只需要外接操作开关、少量中间继电器、指示灯和显示仪表；

    4、系统更简洁、成本更低、维护更方便，同时，控制效果更佳，设备运行更稳定；

    5、张力平衡杆或位移传感器在下限位、中间位或上限位，都可开机运行。自动跟踪拉丝线速度，张力平衡杆或位移传感器基本维持在中点位置；

    6、变频器与电机同功率配匹使用，不需要放大变频器的容量；

    7、适用于双变频、多变频拉丝或收卷的张力控制应用场合，更换拉丝模具或机台数时不需要调整任何参数。

    SINE311系列拉丝机拉丝专用变频器

    1、傻瓜型拉丝机拉丝专用变频器,不用设定变频器参数，出厂值即佳参数，只需要按说明书正确接线，就可以开机正常工作。低速穿模、高速拉丝相互独立；

    2、无转速死区，低速1Hz额定转矩平稳输出，穿模、试机没有材料损耗；

    3、根据拉丝线材实际负载变化，自动调节输出频率，维持线速度恒定；

    4、不分材质，可拉钢丝、铁丝、铜丝、铝丝及其它材料；

    5、变频器与电机同功率匹配使用，不需要放大变频器的容量。

    四、安装调试

    （一）、1#~10#SINE309参数设置    

    说明：

    1、F0.02=2无PG矢量控制0——无PG开环矢量控制

    电动机的转速信息只是实时估算，而不进行反馈控制，电流全程实时闭环控制，，0.50Hz输出达150%的额定力矩，自动跟踪负载的变化并自动限定输出电流，使其不超过允许的大电流值。即使负载突变、快速加减速，变频器也不发生故障，实现通用变频器配置的高性能、高可靠性。

    2、F0.08=002过程PID输入方式——PID调节器有效

    3、F7.08=10PID调节器输出+前馈输出

    即K1*VS+K2*UPID。其中K1为F7.12前馈输入增益GFK，K2为F7.13PID输出增益，VS为主速度信号，由PLC的D/A模块提供，UPID为PID的调节信号。此方式特别适合张力闭环PID控制，取消外部PID控制器。K1随收线卷卷径自动调节，直至收放设备的佳实时传动比。

    4、FB.00=100~前馈增益上限

    如上所说，K1随收线卷卷径自动调节，直至收放设备的佳实时传动比。达到佳状态时K1的值确定后，可以将此参数十位改为0前馈增益不变化。

    （二）、调试

    1、变送器模式：位移传感器感应面接近金属时，反馈的模拟量信号就越弱，反之便越强。调试时，要根据凸轮曲面与传感器感应面的变化规律，选择变送器模式。

    例如本案例中，当汽缸摆臂在下限位时，凸轮曲面与传感器感应面离得近，即反馈到变频器的信号弱约0.05V，此时说明1#机转快了，应该放慢速度，这样PID就是反作用。反之则为正作用。

    2、由于机台比较大，所有11台11KW电机等都与机台直接接触，高速生产过程中，难免有震动。再加上生产过程中由于线材原因难免断线，汽缸摆臂的碰撞可能会使凸轮松动或传感器位置偏移，除了安装时将其紧固外，过一段时间要检查一下传感器反馈给变频器的信号是否在0~10V内，好不要存在死区或死去范围不能太大。否则直接影响变频器对线材张力做出正确判断。具体方法如下：

    将凸轮和传感器紧固后，用手均匀推动汽缸摆臂，使其在上下限位置平滑移动，观察SINE309变频器监视功能代码C25——PID运算反馈，看其是否在0.000~10.000内成线性变化，不能有跳跃或死区。

    3、张力机的调试

    所谓张力机就是成品收卷部分，由于客户以前的老设备都采用的是力矩电机、直流电机或磁粉离合器收卷，习惯上把这部分叫做张力机。客户曾经试过采用变频收卷，但效果都不很满意。当得知我们采用变频收线时，客户还有些担心，但调试结果使客户使客户很满意。

    12#收卷变频器同样采用正弦SINE309变频器，唯一不同的是，1#~10#变频器塔轮上的卷径没有变化，而12#则所生产的进行，工字轮卷径不断增大。SINE309变频器通过实时卷径自动计算，调节转速，保持线速度一定。PID自动调节使张力轮始终处在中间位置，保持恒张力。

    张力机构采用张力轮的形式，如图所示

    4、PID闭环控制的参数调整

    设定变频器的过程PID闭环控制方式有效，通过反馈信号观测系统的输出，根据输出波形调整PID控制器的参数，一般采用如下的规律调节：

    ●在输出不振荡时，增大比例增益GP

    ●在输出不振荡时，减小积分时间常数GTi

    ●在输出不振荡时，增大微分时间常数GTd

    实际调节时，可按如下步骤调整PID参数：

    抑制输出超调：缩短微分时间常数Td，延长积分时间常数Ti

一、 系统概述

   因我国人口纵多，地域广阔，城际高速铁路和城市内的轨道交通越来越是人们出行交通的，这是一个由很多子系统组成的庞大的系统，比如：信号系统，自动售检票系统（AFC）、火灾报警系统（FAS）、环境监控系统BAS，电力监控系统（P-SCADA），旅客信息导引系统PIS等。其中信号系统是为重要的系统，信号是一个分布式系统，包括调度中心子系统、电务维护子系统、通信网络子系统和车站子系统。信号系统的核心系统就是联锁系统。

该系统的可靠性、安全性，稳定性、和实时性决定了列车运行的安全可靠。

所谓联锁即道岔、进路和信号三者之间相互制约、相互依存的关系，实现联锁的设备叫做联锁设备。

下图为联锁设备原理图：

联锁设备原理图

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二、联锁系统层级图

（1）层为人机对话层
将来自键盘、鼠标等操作输入，经串口送达联锁计算机，同时在图形显示器上显示站场表示信息。在站场规模较大致使联锁计算机负担较重或需要多终端操作的情况下，可设置操作命令采集机进行操作命令输入的有效性判别并转换成约定格式传送给联锁计算机。

（2）第二层为联锁运算层
联锁微机是系统的核心部分，承担着操作输入的判别、联锁信号的调理及分析、逻辑运算、控制命令生成、故障诊断等任务，其可靠性、安全性对系统的总体故障—安全性能有较大影响，系统中设置了两台联锁微机，其中一台为冷备机，可进行人工切换。

（3）第三层复核驱动层
复核驱动层承担着采集表示信息并将联锁微机下达的操作命令转化为故障—安全的控制信号的任务，对联锁微机形成的操作命令进行复核检查的屏障作用。

（4）第四层为结合电路层
结合电路的任务之一是实现现场监控设备表示信息与PLC输出的驱动信号的安全逻辑转换，使PLC的输入、输出信息均具有故障—安全性能。任务之二是用专用电路规范监控设备 的测控过程， 即包括表示信息采集机制与设备驱动流程。

（5）第五层为监控对象层 监控设备是指联锁系统的现场设备，即道岔、信号机与轨道电路。

联锁系统层级图

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三、系统要求

1． 对稳定性，可靠性要求极高。因联锁为控制行车之指挥系统，需要10年双机运行无任何同步性故障，，不得有任何错误，人命关天。

2． 规格要求：需要2个CAN口通信，8个485口通信，2个arcnet网卡，声卡，双频显示，1个网口

四、研华产品方案

1. 针对客户稳定性极高之要求，我们针对此行业开发二种专用低工耗，无风扇主板 PCA-6004和PCA-6008，此IPC-610整机系例方案经过铁路现场长达10年时间的论证，其中非常典型的项目有青藏线，大秦线，6大干线的提速，上海北京多条轨道交通项目之应用，在此行业已经证明为非常稳定之产品

2. 针对客户应用规格：需要插CAN，串口卡，Arcnet网卡，多频卡，针对非常特殊之处插ISA较多及系统稳定性之要求此整机我们特别支持HISA驱动，且支持DOS驱动。

3. 联锁主机（维修机）硬件配置：

机/PCA-6113P4R

主板：PCA-6008（无风扇、低功耗、Cerm 全长CPU主板，支持DOS,bbbbbbs,系统

或PCA-6004（无风扇、低功耗、VIA，HISA全长CPU主板，支持DOS，bbbbbbs系统）

2块Arcnet网卡

1块ISA声卡

1块多频卡