S1500 PLC和S120變頻器在伺服往復(fù)機(jī)中的應(yīng)用

何怡茂

（湖南省邵陽紡織機(jī)械有限責(zé)任公司化纖所，湖南邵陽422001）

1 概述

盛絲桶往復(fù)機(jī)原先采用液壓站實現(xiàn)縱向和橫向的往復(fù)，液壓站成本高，系統(tǒng)復(fù)雜、維護(hù)保養(yǎng)繁瑣，可靠性差。隨著技術(shù)進(jìn)步，開關(guān)磁阻電動機(jī)調(diào)整系統(tǒng)、變頻器驅(qū)動異步電動機(jī)以及伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)都可以實現(xiàn)連續(xù)不斷的往復(fù)運(yùn)行工況。采用伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)的盛絲桶往復(fù)機(jī)以結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，定位準(zhǔn)確，維護(hù)方便等優(yōu)勢，得到了廣泛的應(yīng)用。

本文論述了西門子S1500與S120變頻器所組成的最新的伺服控制系統(tǒng)在伺服往復(fù)機(jī)中的應(yīng)用。

2 控制系統(tǒng)原理簡介

盛絲桶往復(fù)機(jī)是短纖前紡生產(chǎn)設(shè)備中最關(guān)鍵的設(shè)備。從喂入機(jī)下來的絲束以一定的速度落在盛絲桶內(nèi)，盛絲桶在往復(fù)機(jī)臺車上按設(shè)定的速度做橫向及縱向運(yùn)動，使絲束在桶內(nèi)均勻排布，是后紡牽伸工作正常進(jìn)行的基礎(chǔ)。當(dāng)絲束落入絲桶內(nèi)的時間達(dá)到設(shè)定值后，往復(fù)小車進(jìn)行換桶動作，滿桶由往復(fù)機(jī)小車送至滿桶軌道，空桶由空桶軌道推入往復(fù)機(jī)臺車上，繼續(xù)盛絲工藝。盛絲桶往復(fù)機(jī)運(yùn)動看是簡單，但其邏輯動作要求特別嚴(yán)格，前后、左右往復(fù)運(yùn)動位移要求準(zhǔn)確可靠。這樣才能保證絲束均勻的一層一層的鋪在盛絲桶中，為絲的后加工處理生產(chǎn)打下良好基礎(chǔ)。為此盛絲桶往復(fù)機(jī)在設(shè)計上采用了伺服系統(tǒng)，盛絲桶往復(fù)機(jī)交流伺服系統(tǒng)共有兩套，一套控制盛絲桶縱向運(yùn)動，另一套控制盛絲桶往復(fù)機(jī)橫向運(yùn)動。

從熔體直接紡大容量滌綸紡絲生產(chǎn)線的工藝流程中，可以看出盛絲桶往復(fù)機(jī)是化纖行業(yè)短纖維生產(chǎn)線中的重要設(shè)備之一，盛絲桶往復(fù)機(jī)運(yùn)行好壞，直接影響盛絲桶中盛絲的長度及每層鋪絲的均勻程度，從而直接制約滌綸短纖前紡、后紡的生產(chǎn)，對滌綸短纖絲的成品質(zhì)量有很大的影響，因此直接紡大容量滌綸紡絲生產(chǎn)線一般采用伺服往復(fù)機(jī)，它由空桶軌道、往復(fù)小車、滿桶軌道三個部分組成，組成的示意圖如圖1所示。

圖1 往復(fù)機(jī)組成示意圖

其中空桶軌道由一臺交流電機(jī)驅(qū)動，負(fù)責(zé)將空桶運(yùn)到軌道指定位置上，該電機(jī)命名叫進(jìn)桶電機(jī)；往復(fù)小車是分別由兩臺交流同步伺服電機(jī)驅(qū)動，使盛絲桶在指定的位移范圍內(nèi)在橫向和縱向運(yùn)動，分別命名叫橫動電機(jī)和縱動電機(jī)；滿桶軌道由一臺交流電機(jī)驅(qū)動，負(fù)責(zé)將滿桶運(yùn)到軌道指定位置上，該電機(jī)命名叫出桶電機(jī)。

隨著制滌綸短纖迅猛發(fā)展和產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高，對絲的產(chǎn)量、質(zhì)量要求也不斷的提升，要求盛絲桶往復(fù)機(jī)能保證安全可靠的運(yùn)行、實現(xiàn)智能化精確控制，為此我們在設(shè)計盛絲桶往復(fù)機(jī)時，采用了S1500 PLC通過Profinet總線控制兩臺S120變頻器驅(qū)動往復(fù)小車的橫動電機(jī)、縱動電機(jī)和兩臺G120變頻器驅(qū)動進(jìn)桶電機(jī)、出桶電機(jī)；通過SIEMENS的觸摸屏KTP700實時修改各種參數(shù)和動作控制，能在觸摸屏KT700上監(jiān)視各電機(jī)和變頻器運(yùn)行的狀況，實現(xiàn)最優(yōu)控制，滿足生產(chǎn)工藝的需要，本文主要以橫動電機(jī)為例介紹S120變頻器對于交流伺服的控制，控制系統(tǒng)配置示意圖如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)配置示意圖

該控制系統(tǒng)由S120變頻器、交流同步伺服電機(jī)、編碼器、通訊端口等組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，當(dāng)給定量隨機(jī)變化時，系統(tǒng)能使被控量準(zhǔn)確無誤地跟蹤并復(fù)現(xiàn)給定量。SIEMENS交流同步伺服驅(qū)動器有很強(qiáng)的功能，有著靈活多樣的控制方式，有速度控制方式、位置控制方式、返回參考點控制方式、自動控制方式、凸輪控制方式、虛擬主軸控制方式、同步控制方式等，能通過伺服驅(qū)動器自身參數(shù)的調(diào)整，提高控制精度。

本伺服系統(tǒng)采用位置控制方式，位置控制的根本任務(wù)就是使交流伺服電機(jī)對位置指令的精確跟蹤。盛絲桶往復(fù)機(jī)是將旋轉(zhuǎn)負(fù)載轉(zhuǎn)變直線運(yùn)動的負(fù)載，怎樣才能保證盛絲桶往復(fù)機(jī)運(yùn)動位置的準(zhǔn)確性，這就要求從伺服驅(qū)動器自身參數(shù)和控制系統(tǒng)來保證，通過S120變頻器的調(diào)試軟件STARTER來實現(xiàn)，設(shè)備機(jī)械組參數(shù)設(shè)置如圖3所示。

圖3 機(jī)械組參數(shù)設(shè)置圖

編碼器脈沖數(shù)：增量位置實際值的細(xì)分分辨率（P418）

旋轉(zhuǎn)編碼器線數(shù)/旋轉(zhuǎn)編碼器線數(shù)：旋轉(zhuǎn)變壓器上在這里輸入的是極對話數(shù)（P418）。

盛絲桶往復(fù)機(jī)PLC硬件配置如圖4所示。

圖4 PLC硬件組態(tài)圖

盛絲桶往復(fù)機(jī)伺服控制器的回零方式配置如圖5所示。

圖5 回零方式配置圖

盛絲桶往復(fù)機(jī)伺服控制器的回零方式為動態(tài)回零（Passive Home）又稱 Homing on the fly，用于伺服軸工作于任意狀態(tài)時動態(tài)修改當(dāng)前位置為零，執(zhí)行動態(tài)回零后并不影響當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，軸并不是真正的回到零點而是其當(dāng)前位置值被置為0，重新開始計算位置，盛絲桶往復(fù)機(jī)橫動單方向通過對中的接近開關(guān)，接通S120變頻器的CU控制器上的X122的快速輸入10號端子，執(zhí)行單邊動態(tài)回零，以消除橫動機(jī)械運(yùn)行的誤差累計問題。

盛絲桶往復(fù)機(jī)PLC和S120變頻器之間的通迅，通訊控制（FC1）子程序編程借助于系統(tǒng)功能塊“DPRD＿DAT”和“DPRD＿DAT”進(jìn)行周期性數(shù)據(jù)通訊，達(dá)到通訊控制S120變頻器的目的。周期性數(shù)據(jù)通訊指的是數(shù)據(jù)的實時交換，如變頻器的控制字、狀態(tài)字、設(shè)定值和顯示值等，如圖6所示。

圖6 通訊控制（FC1）子程序

參數(shù)LADDR是讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)的模塊硬件ID，對應(yīng)的模塊硬件ID如圖7如示。

圖7 模塊硬件ID

3 KTP700界面

盛絲桶往復(fù)機(jī)的人機(jī)操作界面KTP700通過Profinet總線與S1500PLC通迅；人機(jī)界面以簡潔、清晰的風(fēng)格組態(tài)各個操作畫面，畫面上準(zhǔn)確明了地以圖形方式表示出當(dāng)前生產(chǎn)線設(shè)備工況，如停止、運(yùn)行、速度和故障等信息并以不同顏色、圖形和文字表示。通過界面上的操作，可對盛絲桶往復(fù)機(jī)的速度進(jìn)行設(shè)定和修改。

橫動設(shè)定畫面如圖8所示。

圖8 橫動設(shè)定畫面

狀態(tài)顯示畫面如圖9所示。

圖9 狀態(tài)顯示畫面

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)是人機(jī)界面、PLC、變頻器、伺服系統(tǒng)的完美結(jié)合，系統(tǒng)高度穩(wěn)定可靠，有很強(qiáng)的抗干擾能力，開放式的總線結(jié)構(gòu)，采用功能強(qiáng)大的Siemens友好人機(jī)界面，使盛絲桶往復(fù)機(jī)控制更具有智能化與人性化，在滌綸紡絲生產(chǎn)線中的應(yīng)用，降低了系統(tǒng)設(shè)計、制造、安裝、維護(hù)的成本，并提高了系統(tǒng)的控制精度和系統(tǒng)的可靠性，滿足化纖行業(yè)短纖維生產(chǎn)線中工藝需要。