西门子CPU模块6ES7315-2FJ14-0AB0型号规格

1 引言
化纤生产是长流程连续化生产，一般要求一年内无故障连续运转8000h以上，即化纤设备运转的可靠性要求高于一般纺织机械设备。化纤一般分为人造纤维和合成纤维两大类。我国化纤以合成纤维为主，而合成纤维中又以涤纶纤维为重点发展，其生产规模越来越大，年产3万吨至10万吨的涤纶短纤维生产设备已趋成熟。本文以年产3万吨涤纶短纤维生产设备为例。涤纶短纤维生产设备包括纺织联合机和后处理联合机。
纺织联合机包括纺丝机(主要有纺丝箱体、纺丝组件、纺丝泵、计量泵、冷却吹风和上油、联苯加热等)，卷绕机(主要有上油、牵引机、喂入机等)和丝桶往**置(主要包括进桶输送、台车、纵向和横向运动装置，丝束出捅输送装置等)。
后处理联合机包括集束架、导丝机、浸油槽、一道牵伸机、水浴槽、二道牵伸机、蒸汽加热管、紧张热定型机、冷却喷淋机、三道牵引机、叠丝机、三辊牵引机、张力架、蒸汽预热槽、卷曲机、铺丝机、输送机、松弛热定型机、曳引张力架、曳引机、切断机和打包机等。

2 控制系统
涤纶短纤维生产设备的控制系统方框图如图1所示，系统采用工业计算机作为上位机、PLC为各分系统的控制核心。各分系统的PLC与各变频器、伺服控制器、现场I/O等通过现场总线(Profibus-DP)进行通讯，构成现场总线控制系统，而各分系统的PLC与操作员站和工程师站通过工业以太网(Industrial Ethernet)进行通讯，实现车间级和厂级信息管控，提供实时数据。为实现管控一体化提供了条件。

图1 涤纶短纤维生产设备控制系统方框图

2.1 纺丝联合机控制
纺丝联合机主要技术特征:
日产量:100t/d;
纺丝位数:32或36位;
机械速度:500~1500m/min;
丝桶纵向速度:5~10m/min;
丝桶横向速度:0.5~3.5m/min;
全机总功率460kW(其中传动功率160kW，联合加热300kW)。
控制系统方框图如图1，控制系统包括工程师站、操作员站、纺丝控制、卷绕喂入控制、丝桶往复控制分站。

图2 纺丝控制系统方框图

操作员站完成对生产流程画面显示，可对工艺参数，PID调节参数进行设定、修改、记录、查询、打印以及报警信息的纪录、查询和打印等。
工程师站除具有操作员站主要功能外，还具有对多条生产线(如纺丝及后处理联合机)的编程、组态、调试和修改等功能，还具有故障诊断功能。
操作员站和工程师站均由工控机实现。人机界面采用触摸屏，可方便地在触摸屏上设定纺丝工艺参数、运行控制、工况显示、故障报警显示以及数据纪录和查询等纪录。
(1) 纺丝机控制系统方框图如图2所示。纺丝PLC(1PLC)对32台纺丝泵，1台上油泵的变频对调速，对4台纺丝箱体温度压力进行监控，系统设有4个现场I/O，通过人机界面实现工艺参数的设定、修改、各有关数据采集，并控制上述设备的运行。
(2) 卷绕喂入控制系统方框图如图3所示，卷绕PLC(2PLC)出控制1~6牵引辊、导丝辊、喂入轮、上油泵(轮)电机的调速外，还控制纺丝吹风装置，设有5个现场I/O，通过触摸屏完成工艺参数的设定、修改和数据采集等。

图3 卷绕喂入控制系统方框图

牵引辊1至牵引辊6之间各辊在牵引丝束时可能出现发电运行状态，即倒拖现象，这将导致牵引比不稳定。为此，采用共直流母线供电方式，将牵引辊1~6共6台逆变器由1台整流单元供电，即可保证处于发电运行的电机所产生的回馈能量消耗在处于电动状态运行的电机中，这样，负功率能量通过直流母线可自动平衡，加之各逆变器端直流电压并联连接，滤波电容容量增大，因而，直流母线的电压不致升高，牵伸比的稳定得到保证。
(3) 盛丝桶往**置控制系统如图4所示，丝桶往复PLC(3PLC)控制丝桶往**置的纵向、横向伺服电机的**传动，并通过触摸屏实现有关参数的设定、修改和采集，同时设有定长装置，对每桶丝的长度进行**定长，使各丝桶的尾丝浪费降到低。

图4 丝桶往**置控制系统方框图

直接纺的纺丝联合机还应包括熔体配管增压泵PLC站(4PLC)，该PLC站主要是控制熔体配管的温度和熔体压力，增压泵采用交流异步电机传动，选用矢量控制型变频器**调速，调控配管内熔体压力。

1：常规控制系统

常规控制系统采用CPU314做为控制器主机，并配以专用大屏幕显示操作面板。主要适用于中等控制要求的场合，即实现开环或半闭环控制。
常规控制系统的主要功能：
－大屏幕彩显中英文显示操作面板
－带打印机接口，可打印生产数据
－100套模具参数存储功能
－9级密码保护功能
－使用电子尺位置检测，用于检测合模、射胶、顶针及射台的位置软件修正电子尺的长度及零点
－8路温度控制（可扩展至16路〕
－2－4路比例阀控制输出，用于控制系统压力及**，并可选择控制背压保压及射胶速度
－螺杆转速检测
－2A信号输出
－输入、输出及比例阀线路测试功能
－所有动作的压力及速度斜坡均可独立调节，确保整机动作平稳
－生产过程统计管理功能
－具备多机联网功能，实现整厂集中管理
－可选择使用压力传感器

2：闭环控制系统


闭环控制系统主要适用于精密注塑机的控制，它可以实现注塑成型加工过程的全闭环控制，以确保机器运行在佳状态，制品品质达到优。经典控制系统与常规控制系统的主要区别在于它采用了专用的SIMATIC CPU614做为其控制主机。CPU614内置有专用控制技术软件，它集成了西门子公司在注塑机控制方面的技术精华，其主要控制功能如下：
输入信号管理
----位置信号的校准及任意通道电子尺位置检测的控制，并带有断线检查功能
速度滤波
----为速度控制的计算提供两个速度滤波器，即带宽测量及变量带宽
转速检测
----在比例控制阶段设定并控制螺杆转速，转速可以根据频率检测及带宽检测来确定
输出信号管理
----此功能可以自动实现对非线性液压阀线性化输出控制，并可实现控制信号的定标
输出控制信号的时间斜坡
----各种不同阀的特性
----直接控制信号输出
凸轮控制器
行程控制
----以确定具有10个行程点的位置及时间的行程，且行程点可扩展至任意点数
自适应温度控制
----温度控制功能可根据螺杆料筒的不同、材料的不同以及其他影响温度控制的因素的不同自动的调整控制参数，以确保佳控制效果。
闭环控制
----闭环控制功能即使用标准的PID控制器实现多级行程的运行及位置的控制，并可实现射胶速度控制空腔压力控制保压压力控制背压控制
质量控制
----自动质量控制监视及自动次品检出是通过针对射胶速度、空腔压力、保压压力、背压或螺杆转速的典型特性及质量标准来实现的
记录曲线
----用户可自定义的记录曲线，包括：设定值曲线、实际值曲线，及经典特性曲线。此外还有运行趋势曲线。
切换控制逻辑
----于控制由射胶到保压的转换条件，有多种转换标准可供选择。
变量泵控制
----可以通过若干个变量泵的组合实现多至16级泵量的控制
----用户可以根据需要选择部分或全部上述功能，并配合用户可编程部分程序的使用

一、简介 　　

凹版印刷机由于传动和对版等的需要，对张力的控制具有很高的要求，尤其是高速机种，张力控制精度要求在几(牛.米)之内（印刷机的张力在几十牛到几百牛之间）。以往国产多套色凹板印刷机的张力控制多采用磁粉离合器进行控制，这种控制方式具有运行可靠，控制简单的优点；同时有运行发热量大、磨损严重、控制精度差等缺点，尤其是在印刷机速度上200米以上时，就无法采用这种控制方式。纵观国外进口的**印刷机，几乎无一例外的采用了变频器张力控制系统，这种控制方式的特点是：运行可靠、机械磨损小、控制精度高，适用于高速多套色凹版印刷机上，下面详细介绍一种采用台达VFD-V系列纯矢量型变频器实现凹版印刷机4段张力控制的案例。

二、控制原理 　

　印刷机要求的张力控制，主要是指对放卷到前牵引辊、前牵引辊到套色、后套色到后牵引辊、后牵引辊到收卷四段张力的控制。速度内环：除上所说四段张力外，印刷机还存在各印刷辊之间的张力，但各印刷辊之间是由一个主电机牵引长轴驱动（伺服无轴驱动印刷辊的除外），各辊之间的张力由机械保证。在印刷机中，张力的形成是由于各传动辊之间的速度差造成的，因此，控制张力首先要控制速度。本系统以主电机驱动的印刷辊为主速度，其它各传动辊为随动。具体说，就是在一印辊前的前牵引、放卷的线速度依次比一印辊的线速度稍慢；在后套色辊后的后牵引和收卷的线速度依次比后套色辊慢（.5%-1%左右）。为达到以上目的，在一印辊上安装编码器，由PLC计算出线速度后按速差经D/A给定前牵引变频器，同样，PLC采样前牵引辊上的编码器计算后给定放卷变频器。从后套色辊到收卷的速度给定方式相同。之所以用前级辊上的编码器采样后作为后级传动变频器的给定依据，是因为虽然前后级之间的线速度相差不大，但电机转速确相差很大，尤其在加速时，各电机的加速时间不等，如直接给定各电机速度容易造成瞬间大的速差。同样，为**各电机的速度随动性和速度精度，变频器选用台达V系列矢量型变频器，在各传动辊上安装编码器，将编码器信号反馈到变频器的PG卡上，形成速度闭环控制。 线速度算法：对于印刷辊和牵引辊的线速度可采样计算出转速n,线速度L=2nxлxr r为棍子半径。 对于放卷线速度计算，首先要算出放卷辊的半径；采用测量放卷辊每放一圈时前牵引编码器走的脉冲增量M,则放卷半径 r=MxK/2л,K为每米/脉冲， 然后求出线速度；收卷线速度算法相同。 张力外环：本系统才用外张力内速度的双环控制，这样可以进一步**张力的控制精度。

三、控制框图

说明：由于张力控制要求PLC的技术速度快，因此在PLC的选型上往往采用PLC+运动控制模块，本系统中采用两台PLC，一台专作张力/速度控制，一台处理设备IO量，同样能达到以上目的。

四．组件选型

1、变频器：主电机-18KWV系列台达变频器+PG-03. 前后牵引-7.5KWV系列变频器+PG-03. 收放卷-15KWV系列变频器+PG-03.
2. PLC:台达FAMA系列 运动控制-SC-501x1；PWS10x1；base08x1； AD020x2；HSC10x2；DA020x1；XDC10x1；YRY10x1. IO控制：SC-501x1；PWS10X1；base08x1；XDC10x3； YRY10x3.
3.人机界面：PWS-3260-DTN.

五．VFD-VTYPE变频器简介

无感测器向量控制，控速比1：100 PG闭回路控制，控速比1：1000 内含PID回授控制 零速保持力矩150%以上（PG） MODBUS通讯格式，一机两用双重额定

六．总结 　　

在这一系统中，作为终的执行机构，变频器的速度精度，响应性和稳定性对整套系统的运行和产品的品质起到关键的作用