西门子模块6ES7223-1BH22-0XA8现货供应

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高位出钢机产生的背景：

    随着近些年来我国钢铁行业的迅猛发展，目前我国中（厚）板生产线已达40余家。绝大多数厂家所使用的板坯出炉方式为：板坯在三段连续推钢式加热炉加热好以后，由位于炉后的推钢机将热板坯从炉前推出，热板坯靠其自重沿着加热炉出口与传送辊道之间的斜面滑至辊道之上从而完成出钢过程。这样的出钢过程不仅划伤了板坯的下表面，影响了板坯的表面质量，而且给传送辊道和缓冲器造成了很大的冲击和噪声，严重影响了设备使用寿命。多年来如何平稳出钢已经成为国内中（厚）板生产线上的一个难题。因而本次国内台高位出钢机的研发成功具有极其重要的实用价值和使用价值。

    高位出钢机系统组成：

    主梁、大车、小车、门形架和用于取坯的L形钩等构成。L形钩具有三个自由度：用于完成选择通道的横向运动由大车执行，驱动形式采用电机－减速机－传动轴－齿轮－齿条结构形式；用于完成取坯的纵向运动由小车完成，驱动形式与大车相同；垂直运动由位于小车前立柱U形槽内的门形架完成，采用液压缸驱动形式。高位出钢机电气控制系统由西门子可编程控制器，时光IMS伺服控制器等构成。

    炉后推钢机将板坯推至炉门的出钢位置，该位置由激光测量完成，然后打开炉门，小车驱动出钢机前进至L形钩位于炉内板坯正下方位置后停止运行，L形钩上升托起板坯离开炉内滑轨，小车驱动出钢机后退至炉前传送辊道上方，炉门关闭，L形钩稳速下降，将板坯平稳的放置于传送辊道上，辊道转动将板坯运走，L形钩再次上升至原位，至此出钢机完成一个出钢循环动作。大车则根据需要进行横移，使L形钩对准加热炉左道、中道或右道出钢位置。以便于下次出钢循环动作的实现和完成。

    主要的电气驱动装置：

    在本项目中，我们采用了时光科技有限公司的IMS-GCT4011SF作为系统的主要电气驱动装置。

    系统对控制器的要求：

    两台控制器均为三相400V级11kW控制器

    电机运行速率1Hz～100Hz可调

    电机运行速率低于60Hz时可实现3倍电机额定转矩输出

    定位控制方式越简便越好，重复定位精度要高

    为配合机械传动，电气要具有反向间隙补偿功能

    为保护机械传动，电机运行时要具有S曲线运行设置

    为保护机械传动设备，要具有参数可调转矩限幅功能

    *好具有D/A输出，以便于电机运行状况的监测

    时光IMS系列伺服控制器的特点：

    可实现电机平稳运行于0.01Hz～250Hz工作范围。

    电机运行速率低于60Hz时可实现3倍电机额定转矩输出，包括电机0Hz锁定时的3倍电机额定转矩输出（有效解决了变频启动转矩补偿以及电机在启动和停止时的抱闸投入）。利用时光IMS伺服控制器的内置PLC功能（16入/13出），使用节点方式控制电机准确定位，由IMS伺服控制器实现受控电机的准确定位并且一次定位即满足系统要求，有效低避免了重复定位，反复动作等环节。不仅提高了系统的工作效率、增强了系统的抗干扰性能，而且极大地简化了上位机的运算工作。

    使用QMCL语言编译的程序，不仅可由电气实现各类间隙补偿，而且可由用户参数任意设定间隙量的大小。有效避免设备长期投入使用后由于机械间隙发生变化造成的定位误差。

    系统参数任意设定电机运行时的S曲线和转矩限幅值。

    具有2路可编程D/A输出，可实现任意监控项的模拟量。

    使用IMS控制器后相关优点说明：

    使用时光IMS伺服控制器控制大车、小车电动机后，上位机西门子PLC仅通过节点输入/输出即可完全实现对大车与小车的定位控制与检测工作（即系统采用半闭环控制方式），减少了相关接线，有效地避免了为整个系统引入更多的易受干扰环节，增强了整个系统工作的稳定性和可靠性。

    由于小车环境温度较高，不便于安装接近开关等电器元件，但是系统要求在小车前进到某位置后开启水冷设备，并且在到达目标位置后给出目标位置到达信号。因此需要控制器在小车动作过程中对于其所处的位置有所了解并且能够给出相应输入/输出信号。IMS伺服控制器自身附带有集成的PLC功能（16点输入/13点输出），配合编码器反馈脉冲数据，通过执行QMCL语言软件编译的程序即可实现以上功能。

    IMS伺服控制器特有的0Hz锁定功能可实现电机的“电气抱闸”动作。既有效保证了定位控制结束后的*终定位精度，又可以省去机械抱闸对于电机抱闸片的磨损以及在机械抱闸过程中产生的位置偏移。为保证系统在失电的情况下不会带来安全隐患，因此系统并没有拆除相关电机的机械抱闸，只是电机机械抱闸的功能局限为掉电保护。

    总结：

    IMS伺服控制器性能得到了客户的认可，并且对于其定位精度和易操作性表示高度赞扬。由于采用了灵活的QMCL软件编程，给用户一个二次开发的平台，因此在调试过程中每当*终客户要求发生变化或增减要求时，IMS伺服控制器可随时根据客户的*新要求作出相应变化以满足其需要，由此深得系统集成商的认同及赞许。

    速度级联的是将纸机分部传动的主传动点形成了一串速度链，只要其中的一个点速度进行调整，其后的每一个传动点也随之快速调整。在实际的纸机控制中，往往还要根据特定的位置再增加特定的传动控制方式，尤其重要的当数负荷配比控制。

    所谓负荷配比控制，是指在两个啮合辊中，为保持接触的紧密性和合理性，需要对两个辊子进行负荷分配，以达到*佳效果。在造纸机压榨部、压光机等啮合辊控制中，根据工艺需要，纸幅断裂时，啮合的两辊子处于脱开位置，纸幅通过时两辊子处于合上位置。其中在啮合辊合上中，为保持两辊子在机械上的紧密接触，达到啮合的要求，需采取负荷配比控制方式。

    啮合辊的主传动仍采用速度级联控制方式，从传动采用负荷配比控制方式。在该负荷配比控制中，速度闭环的设定值在主传动设定值(V设定)的基础上，再增加5%的速度，这样的话，其速度环的输出值即电流环的设定输入值(M设定)就会增加，然后主传动速度环的输出值乘上负荷配比百分值去限定从传动电流环的设定输入值(M设定)，也就会紧紧跟上主传动，使得该两辊的啮合程度更加紧密、贴合。

    4、卷纸机、复卷机和机外涂布机等收放卷系统的张力控制

    纸张有二种成型方式即平板纸和卷筒纸，由于高速印刷机的大量出现，对于卷筒纸的需求量与日俱增。而且卷筒纸相对于平板纸来说，更能提高纸机的车速。然而纸机对于卷筒纸的处理则是一个相对复杂的过程，尤其是在中心卷取的过程中，随着卷径的不断增加，卷筒辊的速度必须不断减少，同时又要保证纸幅的张力相对平稳。因此，对于收放卷系统而言，进行张力控制是核心技术，也是变频调速的难点。

    对如此复杂的张力控制系统，变频技术必须能克服以下4个技术问题：

    (1)将复杂的交流异步电机的数学模型简单化；

    (2)考虑到张力反馈信号的延后和超调；

    (3)将卷绕张力控制过程的动态参数描述成时变函数；

    (4)保证张力闭环的抗波动能力高和即时调节性好。

    目前，在卷取中*常用的是以下2种控制方式：

    (1)速度控制卷取(SPW)，用PID通过测力传感器的张力反馈，或调节辊的位置反馈，来修正速度给定；

    (2)电流控制卷取(CPW)，用PID调节张力给定，可适用于中心卷取的方式，这一类型的控制一般是开环的。

    具有张力控制的变频控制系统，一般由直径、补偿、转矩和速度计算等模块组成，图3所示为其卷取系统的基本软件结构：

    5、造纸机辅助部分的变频控制

    造纸机的辅助部分通常包括白水系统、真空系统、压缩空气系统、冷冻水系统、化学品加药系统、损纸回收系统、通风系统等。在实际设计纸机中，为了使纸机能连续均衡地运转，它的辅助部分，一般都超过造纸机*大生产能力的15%～35%。因此，采用变频调速及其控制技术能有效地降低实际运转中辅助能耗，比如原先采用调节阀门开度来控制的风机和水泵、定速运转的皮带传输机等。以下就典型的几个方面来阐述变频控制的广泛用途。

    5.1 冷冻水变频调速

    在造纸的辅助设备中，涂布和施胶经常要到用冷冻水来处理涂料，以保持涂料化学特性的稳定，现在经常采用的方法为冷冻水泵变频调速系统。它的控制原理是利用温度或温差控制，因为从严格意义上说，冷冻主机的回水温度和出水温度之差表明了冷冻水从涂料槽带走的热量，所以温差可作为控制依据。同时由于冷冻主机的出水温度一般较为稳定，故实际上在设计中只需根据回水温度进行控制即可。

    冷冻水系统选用的变频调速应该可设计为PID控制，因为大部分的变频器都具有PID功能，因此控制回路就非常简洁，以回水温度作为反馈信号，而目标温度则可以通过变频器的面板设定或是上位机输出模拟量信号设定。

    5.2 损纸皮带机变频调速

    损纸皮带机是负责将干部的断纸或处理纸运送到干损系统，因为皮带的速度通常都按纸机的*大车速设计的，通常纸机运行的速度在*大车速的50%～80%之间，皮带定速运行必将浪费相当大的能量，而且还产生太大的噪音，此时采用变频调速，使皮带机的速度跟随纸机的车速，而且使皮带机的起动频率为20～30Hz，这样既能皮带机能快速反应避免堵纸，又能降低能耗。

    6、结束语

电流的设定值(M设定)取自取自速度环的输出信号，电流的实际值(M实际)取自各个传动点的交流变频器输出端电流互感器的测量值。

    因此对于冲浆泵的变频调速而言，需要对其进行PID控制，需正确选择速度反馈方式和PID的各类参数。加速时间0～100%的设定值一般为60秒，而减速时间大约为30秒。变频器的设定输入值需具有二至多端的输入，并能进行基本运算。反馈信号需具有接收模拟信号或脉冲信号的端口。了解这一点，对选择变频器的型号非常重要。

    3、造纸机分部传动的变频控制

    我国造纸机分部传动设备，以前采用SCR直流调速方式，由于存在滑环和炭刷造成可靠性和精度不高，从而导致纸机的机械落后，车速也只有200m/min左右，很难同国外的1000m/min的高速纸机相比。由此看来，造纸机分部传动机械的变频化已是大势所趋。

    分部传动涉及到纸机的网部、压榨部、前烘缸、后压榨、后烘缸、压光机等众多的传动点，由于纸张具有细薄、脆弱的缺点，因此为了防止纸张出现断裂、卷曲、褶皱、压痕，必须对各传动点进行高精度的速度控制，并保纸张按成纸方向所限定的伸展率进行延展。也就是说，从上浆到上卷的整个过程，要保持纸幅一定的速度级联，这样才有拉力。正是基于分部传动的变频控制强调的是各传动点的在线无级调速和同步跟随性能，因此用在分部传动的变频器必须具有以下特性：

    (1)调速范围宽，在全速度范围内，效率必须在以上；

    (2)功率因数高于0.9以上；

    (3)输入谐波电流总失真小于3%；

    (4)采用可靠性高、技术成熟的标准器件IGBT；

    (5)能减少输出谐波分量并有效降低dv/dt噪音和转矩脉动的效果；

    (6)利用通讯功能实现数据的高速串行传输。

    如某纸厂1台1092型水松纸造纸机的4个分部传动传动点的功率分别为压榨11kW，主缸11kW，组缸7.5kW,卷纸5.5kW。根据使用厂家的实际情况和要求，变频器采用西门子公司新近推出的MM420系列，PLC采用西门子S7-200系列。网络通讯采用RS485接口，协议方式采用西门子USS协议。主机调速及单个传动点微调采用按扭调速，并且能够在操作台和设备前两地调速。又如某厂2820型牛皮箱板纸造纸机，变频器采用美国AB公司1336型高功能变频器，PLC采用AB公司SLC500系列，操作界面采用触模屏。由上位机控制运行参数存储、数据表格自动生成、生产报表自动打印、故障报警状态分析。网络通讯采用通用的PROFIBUSDP通讯网络。电动机采用交流变频电机，并且应用磁通矢量闭环控制。另外可以通过对各个传动点的实际使用功率的计算控制各个传动点的负荷分配，并且在生产过程中可以通过点动在不影响速度链的情况下进行局部张紧和松弛。

    以上二例是较为典型地应用到了分部变频控制的控制原理，分部传动的控制原理是保持速度级联和高速传输，前者利用上位机(PLC或工控机)来进行速度级联的计算，后者是通过变频器本身的高速串行通讯能力来实现的