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摘  要：本文介紹了由西門子S7-226 PLC與MM440變頻器組成的電氣控制系統在光纜護套機速度控制中的應用，并對該系統的控制原理作了詳細的闡述。 
關鍵詞：PLC; 變頻器; 速度控制
前言
　　光纜護套機是通信光纜制造過程中的最后工序的設備，它的作用是在成纜后的纜芯上加綜合保護層，以保護纜芯不受外界機械、熱、化學及水分的影響。設備的配置如圖1所示，傳動部分主要由纜芯放線架、鋼（鋁）帶軋紋機、擠塑機、履帶式牽引機、收線架等組成。在光纜的護套過程中，根據工藝的要求，整條生產線的速度必須保持穩定，各傳動單元間的線速度比例必須協調。高精度地、可靠地保持這個比例系數是保證產品質量，生產正常運行的重要條件，任何原因破壞這種比例協調，就會影響產品的質量，比如光纜外徑發生變化、生產過程中鋼（鋁）帶斷裂，甚至纜芯被拉斷等。由于光纜價格昂貴，成本較高，一旦發生如上質量問題，對企業將造成巨大損失。
　　因此，本文介紹了由西門子的S7-226 PLC與MM440變頻器組成的電氣控制系統，該系統自動化程度高、穩定性好、運行可靠。
2 系統構成
　　在控制系統中，放線、軋紋、擠塑機、牽引機、收線和排線電機均采用交流變頻電機，驅動器采用西門子的MM440系列變頻器，該變頻器是由微處理器控制，采用IGBT作為功率輸出器件的西門子最新一代變頻器。具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。操作和生產工藝參數的顯示采用西門子的TP-070觸摸屏作為上位監控，可以實時、形象地顯示現場信號，并可以實時地對現場控制點進行控制。全線控制采用西門子的S7-226 PLC，外加模擬量輸入模塊EM231。為了提高設備的整體性能，采用S7-226 PLC的自由通訊口分別與上位機TP-070和變頻器進行通訊。其中S7-226的端口0用于和MM440通訊（USS4），端口1用于和TP-070通訊。系統結構如圖2所示。

3 系統原理
　　由于該生產線無需頻繁啟動，而且工藝要求的變速范圍也不大，所以達到穩速是該電氣傳動自動控制最主要的目標，尤其是在系統的升降速過程中各傳動單元之間的速度比例必須保持協調。在整條生產線中，生產的線速度是由牽引機的速度決定，因此在該系統的設計中我們以牽引的速度為參考，各傳動單元的速度隨牽引速度的變化而變化，并且各部分又能單獨啟動和停止。
　　1 放線、軋紋和收線電機的速度控制
　　在生產過程中，由于纜芯和鋼（鋁）帶的盤具都是由滿盤到空盤，收線盤是由空盤到滿盤，而牽引的速度不會經常變化，所以放線、軋紋、收線電機的線速度（V=ω＊D,式中V:線速度，ω：電機角速度，D:盤具直徑）為了與牽引保持同步，隨著生產的進程必須根據盤具直徑的變化不斷對電機的角速度進行微調。該微調信號主要是通過各自的張力舞蹈輪上的電位器來給定，具體是這樣的，該電位器信號通過模擬量輸入模塊EM231送入S7-226 ，與反饋到PLC中的牽引速度信號（即同步信號）疊加，再通過USS4協議由S7-226加到各自的MM440變頻器中，作為它們的速度給定信號，間接達到各自張力的恒定，從而保證與牽引同步。在這里需要注意的是，雖然生產線的速度并不是很快，但是由于線盤具有有較大的轉動慣量，所以放線和收線電機的加速度不宜太大，因此它們速度的設定應采用PID運算。
　　2 擠塑機的控制
　　在光纜護套的開始階段，為了使光纜的直徑達到工藝要求，擠塑機的擠出量必須有一個微調，也就是除了牽引的同步信號外，還要有一個微調信號對擠塑電機加以控制，使擠出量達到規定的工藝要求。該信號可以通過TP-070進行設定并送入PLC,與牽引的同步信號進行疊加后再通過USS4協議送到其MM440變頻器重，作為控制該電機的給定信號。另外，在生產開始前，擠塑機一般都要進行排料這一步工序，以檢驗從模口出來的料的塑化質量。因此還必須有一個獨立的手動信號來加以對擠塑電機的控制，該信號也可以由TP-070來設定，后再通過USS4協議送入變頻器。
　　3 牽引速度控制
　　牽引機的速度決定了整條生產線的線速度，它的控制非常簡潔，其速度給定信號直接由TP-070設定后送入PLC，再通過USS4協議從PLC傳輸到MM440變頻器上。在生產過程中，改變牽引的速度給定值不僅改變牽引機本身的速度，還使其它各傳動單元的速度隨著它的變化按一定的速度比例相應的發生變化，從而使整條生產線保持同步。
　　線速度的檢測主要采用旋轉編碼器，由S7-226的I0.1和I0.2端口（高速計數器0）送入PLC。單位時間內高速計數器的計數值即為該生產線的線速度，通過TP-070顯示于屏幕上。
　　4 排線控制
　　由于排線的速度需要根據光纜的直徑自動跟蹤收線的速度，即V=K＊ω＊D，其中V：排線速度，K: 修正系數，ω：收線速度，D：光纜直徑。所以排線電機驅動器的給定信號由以下兩個因素決定：（1） 收線速度通過旋轉編碼器測定，其信號通過S7-226的I0.6和I0.7送入PLC（高速計數器4）。PLC編程采用定時中斷，在單位時間內測量到的高速計數器的計數值即為收線速度。（2） 光纜的直徑直接由TP-070設定并送入PLC。
　　PLC將上述兩個參數相乘后再乘以相應的修正系數，所得的值就是控制排線電機速度的給定信號，該信號通過USS4協議傳輸到其MM440變頻器上。在這里要注意的是，由于排線電機在工作過程中需要經常換向，也就是說當收到換向信號時排線電機需要高速的降速和升速過程，因此該變頻器需外接制動電阻。
　　5 變頻器設置
　　變頻器的設置主要是注意以下幾個參數的設定，見列表1所示。
表 1

4 結束語
　　本系統采用S7-226 PLC自由通訊口方式通訊，由于在MM440變頻器上具有RS485接口，從而可以方便實現變頻器給定的數字化控制，并且硬件上無需再添加通訊接口。由于MM440變頻器具有區別一般通用變頻器的自由功能模塊和BICO技術，因此可以實現靈活的組態設計，完成工藝復雜的控制要求。變頻器的矢量控制，提高了系統的動態響應能力，克服了控制系統由于工藝參數的改變而引起的速度波動，從而保證了該控制系統的穩定性。
參考文獻
　　[1]S7-200可編程序控制器系統手冊，西門子公司.