西门子6ES7216-2BD23-0XB8大量库存

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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fuzhuang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fuzhuang置控制系统如图4所示，丝桶往复plc（3plc）控制丝桶往fuzhuang置的纵向、横向伺服电机的jingque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jingque定长，使各丝桶的尾丝浪费降到低。

        

图4 丝桶往fuzhuang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jingque调速，调控配管内熔体压力。

交流伺服就是两相，它的定子上有空间相差90°电角度的两相分布绕组，一相为励磁绕组f，一相为控制绕组k，转子为笼形。电动机工作时，励磁绕组f接单相交流电压uf，控制绕组接控制信号电压uk，uf与uk两者同频率。交流伺服机必须象直流伺服机一样具有伺服性，即控制信号电压强时，电动机转速高；控制信号电压弱时，电动机转速低；若控制信号电压等于零，电动机就应该不转了。为了满足信号电压强时转速高、信号电压弱时转速低这一要求，可以让信号强时电机气隙磁通势接近圆形旋转磁通势，弱时椭圆度大接近脉振磁通势就行。而对于要求信号电压消失，即uk＝0后，电动机不转必须采用相应技术措施才能实现。

我们知道，单相异步电动机定子若只有一相绕组通电时，其机械行性为过点

t＝0，n＝0)的对称曲线，在其正转电磁转矩特性曲线t+＝f（s），t+＝tm+时的临界转差率sm+＜1，t-＝f（s）与t+＝f（s）对称，因此0＜n＜n0（n0为理想空载转速，n0＜n1)，合成转矩t＞0；而0＞n＞-n，合成转矩t＜0。如果交流伺服电动机的定子绕组与一般单相异步电动机的一样，那么正在运行的交流伺服电动机的控制信号电压一旦变为零，电机就运行于只有励磁绕组—相通电的情况下，那么电机还必然在原来的旋转方向上继续旋转，只是转速略有下降，但绝不可能停下来。这种信号电压消失后电动机仍然旋转不停的现象称为自转，自转现象破坏了伺服性，显然是要避免的。那么交流伺服电动机怎样避免单相运行时的自转呢?可以看—下图1中所示的机械特性，这也是只一相绕组通电时的机械持性，其正转电磁转矩特性曲线t+＝f（s），t+＝tm+”时的临界转差率sm+＝l，t+＝f（s）与t-＝f（s）对称。因此电机总的电磁转矩持性t＝f（s）具有这样的特点：①过零，无起动转矩；②0＜n＜n1时，t＜0，是制动性转矩；o＞n＞-n1时，t＞o，也是制动件转矩。在这种情况下，本来运转的交流伺服机．若控制信号电压消失后，由于一相绕组通电运行时的电磁转矩是制动性的，电动机转速将被制动到n＝0，只要sm+＞1，就能避免自转现象。

图1 交流伺服电动机自转现象的避免

实际的交流伺服电动机，需要正转磁通势(或反转磁通势)单独作用时的sm很大。加大sm的方法是增大转子回路的电阻r2。因为sm∝r2，所以交流伺服电动机转子电阻相对于一般异步电动机来说是很大的。

设计交流伺服电动机时,当励磁绕组与控制绕组分别为额定值大小时(对控制绕组来讲，额定电压指大的控制电压)，两绕组产生的磁通势幅值也一样大。交流伺服电动机运行时，励磁绕组如果接在额定电压上，大小、相位都不变,那么改变控制绕组所加的电压uk的大小和相位，电动机气隙磁通势则随着信号电压uk的大小和相位而改变，有可能为圆形旋转磁通势，有可能为不同椭圆度的椭圆旋转磁通势，也有可能为脉振磁通势。（https://www.diangon.com/版权所有)而由于气隙磁通势的不同，电动机机械特性也相应改变,那么拖动着负载运行的交流伺服电动机的转速n也就随之变化了。这就是交流伺服电动机利用控制信号电压uk的大小和相位的变化，控制转速随之变化的道理。

改变uk的大小与相位即实现对交流伺服电动机的控制，控制方法主要有三种：幅值控制、相位控制和幅值—相位控制。

1．幅值理制

由加在控制绕组上信号电压的幅值大小来控制交流伺服电动机转速，这种控制方式称为幅值控制。

幅值控制接线如图2所示。励磁绕组f直接接交流。电压大小为额定值。控制绕组所加的电压为uk，其相位与励磁绕组电压相差90°，如落后90°，uk大小可以改变。uk的大小为uk＝αukn，ukn为控制绕组额定电压,α称为有效信号系数，α大值为1。若以

ukn为基恒，控制信号电压uk 的标么值是α，即： uk /ukn= uk=α

图2 交流伺服电动机帽值控制

(a)控制接线图 (b) ff大瞬间

若有效信号系数α≠1,控制绕组磁通势幅值与励磁绕组磁通势幅值不一样大，而两绕组空间相差90°电角度，所加电压及所通电流时间相差90。电角度，电机总的气隙合成磁通势为椭圆形旋转磁通势，空间磁通势向量图如图2(b)所示。该图中ff+与ff-为励磁绕组脉振磁通势ff分解成的两个正、反旋转磁通势；fk+与fk-为控制绕组脉振磁通势fk分解成的两个正、反旋转磁通势；电机内正转磁通势为f+＝ff++fk+，反转磁通势f-＝ff-+fk-，这是一般的情况。当α=1时，ff＝fk，f+＝2ff+，f-＝0。气隙磁通势f＝f+，为圆磁通势；当α=0时，fk＝0，气隙磁通势f＝ff+为脉振磁通，f+＝f-＝ff/2；而0＜α＜1时，气隙中f+＝ff++fk+，f-＝ff-+fk-，为椭圆磁通势。α值越小，椭圆度越大，越接近脉振磁通势。

采用分析单相异步电动机两相绕组通电时的同样方法，正转磁通势与反转磁通势分别产生电磁转矩t+与t-，总的电磁转矩t＝t++t-。后可以得出有效信号系数α为不同值时相应的机械待性，如图3(a)所示。该图中，电磁转矩与转速都采用标么值,转

矩的基值是α＝1圆形磁通势时电机的起动转矩，转速的基值是同步转速n1。机械特性不是直线。从图1-35所示的机械特性看出，有效信号系数α＝1时，气隙磁通势为圆磁通势，f-＝0，t-＝0，在一定的转速下电磁转矩t＝t+大。α＜1时，正转磁通势f+减小，t+减小反转磁通势f-出现，t-≠0，在一定转速下电磁转矩t=t++t-，比α＝1时小。而α＝0,正转磁通势f+与反转磁通势f-大小相等，机械特性t＝f(s)如图1=33所示。在图l-35(a)中则过原点不在第ⅰ象限内。同时还可以看出，α＝1时，理想空载转速为同步转速n0；而α＜1时，由于t-存在，使得理想空载转速小于n0，道理与单相异步电动机相同。α越小，理想空载转速越低。机械特性中，在0＜α＜1整个范围内，起动转矩的标么值ts＝α。

交流伺服电动机幅值控制时的调节特性也可以从机械特性得到的，如图3(b)所示。幅值控制时调节特性也不是直线，只在n较小时近似为直线。为了尽量使交流伺服电动机调节特性用在n较小的区域，以保证伺服系统的动态误差较小，许多交流伺服电动机采用频率为400hz的交流电源，tigao它的同步转速n0。与直流伺服电动机相似，调节特性与横抽交点的有效信号系数α的值为始动电压的标么值，转矩大时，始动电压高，始动电压与转矩二者标么值的数值相等。

(a)机械特性 (b) 调节特性

图3 幅值控制时的机械特性与调节特性

交流伺服电动机输出功率p2＝t2ω≈tω，在一定的控制信号电压下，若转速很低，由于ω很小，输出功率p2也很小；若转速接近于理想空载转速时，由于t很小，输出功率也很小。α越大，输出的功率也越大。交流伺服电动机的额定功率通常规定为当α＝1时的大输出功率，此时相应的转速则为额定转速，相应的输出转矩则为额定转矩，与一般电动机的规定方法是不一样的。

2．相位控制

由加在控制绕组上的信号电压的相位来控制交流伺服电动机转速的控制方式称为相位控制。相位控制接线如图4所示。励磁绕组接在交流电源上，大小为额定电压，控制绕组所加信号电压的大小为额定值，但是相位可以改变。uf与uk是同频率的，二者相位差为β，β＝0～90°，例如uk落后于uf。这样sinβ＝0～1，sinβ称为相位控制的信号系数。

图4相位控制 图5 幅值-相位控制

3．幅值-相位控制

交流伺服电动机幅值-相位控制接线如图5所示。励磁绕组外边串器后再接交流电源，控制电压为uk，uk与电源电压同频率、同相位．大小可以改变。

相位控制、幅值-相位控制的交流伺服电动机的控制信号变化时，电机内合成磁通势的性质或椭圆度也随之改变，从而具有不同的机械特性，使电机具有伺服性。这两种控制方法的机械特性和调节特性与幅值控制的相似，为非线性，在转速标么值较小时线性好。

由于幅值-相位控制线路简单，输出功率较大，采用较多。

某水厂投资安装了一台380v、500kw水泵机组，采用iastar专用变频器进行变频调速，改变以往靠阀门控制的传统方式，实现恒压供水，下面介绍此系统的具体情况。 

    变频器特点 
    
    与其他品牌相比，iastar专用变频器具有如下特点:
    降低电机启动电流和配电容量，避免增容投资。在电网上直接启动电动机，其容量不得大于电网容量的15～20%，选用iastar专用变频器后可把变压器的容量下降至传统驱动方式时的40～50%; 
    降低启动机械应力，减小直接起动带来的机械冲力和因冲力而引起传动机械的磨损，延长电机及相关设备的寿命;
    全数字开放式操作显示键盘和屏幕，操作简便灵活，便于故障诊断，启动参数可视负载调整，以达到佳启动效果。备有外控端子，可方便实现异地控制或自动控制;
    软起动、软停车，能根据需要对电机调速，集各种保护（如过热保护、欠压保护等）、自诊断功能，易于改善工艺、保护设备;
    高度集成的微处理器控制系统，集成式pid控制器，采用磁通矢量控制方式，内建jingque电机模型，能为电机提供高精度的速度控制和转矩，支持多种通讯方案，性能可靠。
    
    系统原理

    iastar专用变频器是电机变频调速的执行者，其转速方程式为如下，只要改变f，就可实现n的变化而达到无极调速的目的。
    
    n=60f（1-s）/p
    式中，f—电源频率;     p—电机极对数;
          s—电机转差率;   n—电机转速。
    
    该水厂的恒压供水系统工作原理如附图所示，测量元件选用e+h公司的压力传感器，ui为恒定供水压力设定值，供水压力u作为输出量，构成闭环控制系统。在生产中，当进入小liuliang区域后，系统进入休眠状态;而当通过plc采集回来的供水压力u与给定值ui的差值du达到一定值时，会自动唤醒系统工作，变频器通过改变电源频率控制水泵机组的转速，直至接近供水压力u的给定值ui。这样，不但避免了启动大电流的冲击，而且不管系统供水liuliang大小如何变化，供水的压力u始终维持在给定（压力）值ui的附近。
    
    
    
    附图    恒压供水系统工作原理框图
    
    系统应用效果

    据统计，使用了变频器后，节能效果达20%左右，供水波动度有效的控制在±20pa，电机的功率因数为0.97，减少了无功补偿装置;有效避免突然启动对管网和阀门及其它供水设备的冲击，同样避免了突然停泵时的水锤效应，tigao了供水水质;另一方面，由于能根据负载调节机组的转速，更好地降低能耗，相应的延长了管网、水泵零部件，特别是密封件的寿命，较好地解决用水高峰压力不足而用水低谷时压力过剩的矛盾，降低了值班人员的劳动强度。 
    另外，iastar专用变频器支持多种通讯方案，包括modbus、modbus plus、fipio、 uni-bbbway、interbus-s、as-i、tcp/ip，可与各种plc通讯，方便组成自动化控制网络。考虑网络的整体性与资金，该厂采用了modbus通讯卡与plc通讯，plc与上位机用以太网连接，变频器的各个数据都实时送到上位机，便于监控;同时，通过上位机能进行pid参数整定、报表打印、电量核算等， 充分体现了系统的开放性。根据生产需要，在iastar专用变频器里设定了欠压、过载、过热、缺相等保护停机;并且在变频器前安装了线路电抗器，减少了谐波电流的影响，增强了系统的抗干扰能力。
    
    安装及运行的经验

    （1） 为了更好地保护各电子元器件，安装地点应通风良好，避免安装在高温、高湿度有粉尘不清洁以及有腐蚀气体的环境中。
    （2） 初次使用先通电到变频器一段时间让其风干一下，避免变频器在存储、运输过程中受潮而影响工作。
    （3） 安装完毕，要检查清楚，把细短线、铜屑、铁屑，清理干净;并且要注意检查系统接地良好，以免系统受干扰，出现不必要的故障。
    （4） iastar专用变频器是电子装置，内含电子元件及电解电容等，温度对其寿命影响较大。定期清洗或替换安装于机罩内的过滤网和清扫柜体内外的灰尘，保证空气畅顺，不但可以降低变频器运行温度，延长变频器的使用寿命，而且稳定性能也有所tigao。
    （5） 定期检查端子、模块的连接，确保接触良好。
    （6） 加强巡视，认真记录每一次故障，查明故障原因后方能通电。