ABB变频器卷曲宏在塑料膜片机上的应用

一、塑料膜片机工艺流程简介
　　塑料膜片机是塑料行业的重要大型配套设备，此项目是生产塑料片材的生产线，生产片材厚度在1.2mm以内。整个生产线共使用了11台变频器，除了驱动镜面辊的三台伦茨伺服系统外，其余的均为ABB传动。其中一台ACS800和ACS550用来驱动挤出机，第二台ACS550用来驱动磨头，三台伦茨伺服系统用来驱动三台镜面辊并且保持同步，然后是两台ACS550用来做一级牵引和二级牵引。最后是三台ACS800的卷曲软件用来驱动三个卷曲滚筒。

塑料片材机控制结构如上图所示。系统主要由PLC、HMI、变频器三部分组成，其中S-300PLC为系统的控制中心，HMI为人机接口，作为参数设置用，此项目是生产塑料片材的生产线，生产片材厚度在1.2mm以内。整个生产线共使用了11台变频器，除了驱动镜面辊的三台伺服系统外，其余的均为ABB传动。其中一台ACS800和ACS550用来驱动挤出机，第二台ACS550用来驱动磨头，三台伺服系统用来驱动三台镜面辊并且保持同步，然后是两台ACS550用来做一级牵引和二级牵引。最后是三台ACS800的卷曲软件用来驱动三个卷曲滚筒。
　　三、控制系统配置
　　1、卷绕采用变频专用电机驱动
　　功率：2.2KW 极数：4 转速：1430 rpm
　　最小卷径：φ100mm 最大卷径：1000mm
　　
　　2、拖引采用变频专用电机驱动
　　功率：7.5KW 极数：4 转速：1460 rpm
　　拖引辊辊径：φ219mm
　　
　　3、挤出部分用一台三相交流异步电机驱动
　　功率：90KW 极数：4 转速：1460 rpm

　4、马达驱动器件
　　选用具有独特的直接转矩控制（DTC）功能的ABB ACS800系列高性能变频器，它具有优良的速度控制和转矩控制特性。其中用于卷绕的ACS800变频器加装用于中
心卷曲机/开卷机的卷曲传动应用宏软件；卷绕与拖引变频器均配置编码器，以形成速度死循环，取得最优良的控制精度和最快速的动态响应。
　　5、控制器
　　选用德国西门子S7-300 系列PLC产品作为系统控制器件，以完成系统逻辑、通讯控制。S7-300在自动化系统中充分发挥其强大功能，使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制，应用领域极为广泛，其优良的性能已得到世人的公认。
　　6、人机界面（HMI）
　　随着计算机技术、LCD显示技术和触控技术的发展，人机界面（HMI）在自动化领域的应用亦更广泛。本系统人机接口（HMI）采用100 MHz RISC CPU，6″和10″ STN彩色显示，画面切换流畅、图像清晰明亮，性能稳定可靠，具有良好的性价比。
　　四、控制原理

1、控制原理
　　　片材机控制原理如上图所示，系统主要由 PLC、ABB ACS800变频器、人机界面构成，PLC与ABB ACS800变频器之间用PROFIBUS现场总线相连，构成现场总线通讯控制网络。
变频器的频率给定、起/停控制、参数修改、状态查询、故障查询等均可通过PROFIBUS现场总线实现；除此之外，卷绕变频器速度控制、张力给定、初始卷径设定、卷径复位等操作亦可通过PROFIBUS现场总线实现。故本系统简化了控制线路，节约了安装布线时间，方便了现场调试，更增加了系统灵活性.
　　
　　2、PROFIBUS 通讯协议
　　　用于车间级监控和现场层的通信系统，开放性。PROFIBUS-DP与分布式I/O。最多可以与127 个网络上的节点进行数据交换。网络中最多可以串接10 个中继器来延长通信距离。使用光纤作通信介质，通信距离可达90 km。
可以使用多种通信介质(电、光、红外、导轨以及混合方式)。传输速率9.6k～12M bit/s，假设DP 有32 个站点，所有站点传送512 bit/s输入和512bit/s 输出，在12Ｍbit/s 时只需１ms。每个DP 从站的输入数据和输出数据最大为244 字节。使用屏蔽双绞线电缆时最长通信距
离为9.6km，使用光缆时最长90km，最多可以接127 个从站。可以使用灵活的拓扑结构，支持线型、树型、环型结构以及冗余的通信模型。
3、PROFIBUS现场总线的具体应用
A、导入ABB变频器GSD文件

B、S7-300及PROFIBUS硬件组态

C、设置变频器总线地址

D、选择PPO类型

E、编辑通讯程序，利用SFC14、15与变频器进行通讯

五、ABB 卷曲应用宏
1、ABB卷曲应用宏
　　ABB ACS800变频器卷曲应用软件专用于带材控制中最复杂应用的中心卷曲/开卷机应用。中心卷曲/开卷机的旋转力是加在卷曲或开卷机的卷筒轴上，当卷筒直径变化时，为了使材料的表面张力保持不变，必须保证转速的变化与卷径成反比且转矩的变化与卷径成正比。
　　中心卷曲/开卷软件是一种非常经济实用的实现精确带材张力控制方法，应用宏有卷曲张力宏，卷曲调节辊宏，开卷张力宏，开卷调节辊宏，在各应用宏中包含卷径计算、转动惯量补偿、硬度控制等功能。

2、控制原理
　　本系统采用卷曲张力宏，速度死循环调节，控制原理图如下所示。

系统实时检测马达实际转速，计算当前卷径，并积分保持。根据内部计算出的卷径值对主速给定值进行调节，随着运行时间的增加，卷绕旋转速度降低。张力调节部分：系统将检测到的张力值送往控制系统，系统根据张力回馈值与张力设定值的差值，自动调节转速，以保持纱线实际张力值保持不变。
3、速度给定
　　　在宏应用软件中转速给定的计算来自于带材速度。
　　

其中：Dcore = 卷芯直径
　　Dact = 实际卷径
　　Lact = 线速度
　　Z = 减速比
　　π = 3.1416
　　
　　4、卷径计算器
　　卷径是由实际带材速度和电机转速计算得出的，带有参数的积分器限制卷径的突变。

　其中：Lact = 实际材料速度
　　Nact = 实际电机转速
　　π = 3.1416
　　Z = 减速比

七、结论
　　　　本文详细阐述了由ABB变频器、人机界面(HMI)、及S7-300 PLC组成的塑料片材机自动控制系统。系统采用现场总线、卷曲应用宏、触控技术等先进的控制技术，具有精确的控制性能，良好的动态特性，能够实现工厂网络化、信息化。该系统现已成功通过调试交付使用，运行情况良好。本系统不仅适合塑料行业，亦可用于其它冶金、印刷等机械，具有极好的市场推广应用前景。
　　
　　参考文献
　　[1] 满永奎通用变频器及其应用，机械工业出版社，1995
　　[2] 王顺晃智能控制系统及其应用，机械工业出版社，1999
　　[3] 张浩工业计算机网络与多媒体技术，机械工业出版社，1998
[4] STEP 7 V5.3编程手册，SIEMENS公司
[5] ACS800中心卷曲机/ 开卷机应用程序固件手册，ABB公司

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