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S7－200和MM440在鋼絲/鋼管復繞生產線上的應用
S7－200和MM440在鋼絲/鋼管復繞生產線上的應用摘要
在鋼絲/鋼管復繞生產線中，收線電機控制整線速度，排線電機自動跟蹤收線速度，放線電機控制張力。
關鍵詞：
收線速度控制 線徑控制 張力控制
一簡述
OPGW光纜是近幾年來流行的特種光纜，其優良的使用方式和廣泛的用途使其具有廣泛的市場。由于生產這種光纜所需要的不銹鋼管，鋼絲，鋁合金絲和鋁包鋼絲通常是散圈提供或采用1米盤包裝，而OPGW生產線上所使用的線盤規格為0.63米，因此需要一種復繞機，將散裝的原材料復繞到0.63米的小盤上。
二技術要求和系統構成
1. 技術要求
· 生產線速度：≥300m/min;
· 張力要求：
A) 不銹鋼管：10N≤F≤50N;
B) 鋼絲，鋁包鋼絲：100N≤F≤250N;
C) 鋁合金絲：50N≤F≤150N;
· 記米精度：0.2%;
· 排線速度：自動跟蹤收線速度；
2. 系統構成（電氣部分）：
收線，排線和防線電機均采用變頻電機，驅動器采用SIEMENS的MM440系列變頻器，操作和生產工藝參數顯示采用SIEMENS的TP－070觸摸屏，全線控制采用 SIEMENS的S7－226＋EM－231構成。S7－226的PORT0＃用于和MM440通訊 （USS4），PORT1＃用于和TP－070通訊。
三各系統簡介
1. 收線速度控制
收線用于收卷鋼絲，鋼管。上下，開合線盤采用電動機帶動絲桿的方式。電機采用普通的交流電機加接觸器控制。而收線電機采用變頻電機和MM440控制。
收線速度由速度電位器通過EM－231送入S7－226，再通過USS4協議由S7－226加到MM440上。由于生產線的速度較快，線盤具有較大的轉動慣量。收線的加速度不宜太大，因此收線速度的設定采用PID運算。同時收線盤應采用高速動平衡盤。
驅動器類型： MM440，7.5KW
MM440設定：P700＝5
P731＝52.3（驅動風機）
P1000＝5
P2009＝1
P2010＝6
P2011＝0
2. 線徑控制
由于排線速度需根據線徑自動跟蹤收線速度（U＝K * ω * D）。
其中U：排線速度，K：修正系數，ω：收線速度，D：線徑。所以排線電機驅動器的設定由以下兩個因素決定。
· 收線速度通過旋轉編碼器測定，其信號通過S7－226的10.6和10.7送入PLC （高速計數器4），PLC編程采用定時中斷，在單位時間內測量高速計數器的計數值即為收線速度。
· 線徑設定通過TP－070設定，并送入PLC。
PLC將上述兩個參數相乘并乘以相應的修正系數（根據機械變速比決定），即為排線速度，通過USS4協議送入MM440。
需要注意的是，由于排線電機在使用過程中需要高速換向，因此當收到換向信號時，電機需要高速的降速和升速過程，MM440需外接制動電阻。
排線驅動器類型：MM440，0.75KW
MM440設定：P700＝5
P731＝52.3（驅動風機）
P1000＝5
P1120＝3
P1121＝3
P1234＝
P1235＝
P1237＝
P2009＝1
P2010＝6
P2011＝1
3. 放線張力控制
在整條生產線上，收線電機決定線速度，而張力則是由放線電機決定，由于較高的張力要求，放線需采用主動工作方式。
· 當復繞不銹鋼管時采用速度方式，P1000＝2，速度給定由跳舞輪電位器送入PID 板，經過PID運算由MM440模擬量輸入1＃口輸入。其張力的大小由舞蹈輪的配重決定。
· 當復繞鋼絲，鋁包鋼絲，鋁合金絲時采用張力方式，P1000＝5，速度給定由USS4協議設定一個反向速度，當鋼絲拉緊以后，速度環飽和，根據線速度和放線焦速度即可以確定放線盤半徑，根據工藝張力要求，通過設定電機電流比率（P0640）即可以控制張力。
由于在張力方式時放線電機處于發電狀態，因此驅動器必須外接制動電阻，制動電阻必須具有足夠的制動電流和功率。
放線驅動器類型：MM440，7.5KW
MM440設定：P700＝5
P0640=150（速度方式）或根據工藝設定（張力方式）
P731＝52.3（驅動風機）
P1000＝2或5（根據速度和張力的方式切換由USS4寫入MM440）
P1237＝5
P2009＝1
P2010＝6
P2011＝2
4. 計米和線速度系統
計米和線速度傳感器采用旋轉編碼器，由S7－226的10.1和10.2端（高速計數器0）送入PLC。統計數據值乘以修正系數（由計米輪徑和編碼器線數決定）即為計米值。單位時間內高速計數器的計數值即為全線速度。計米值和全線速度通過TP－070顯示。
四調試過程中的一些需特別注意的問題
1. 變頻電機的連接電纜必須采用屏蔽電纜，并且必須雙端接地！在現場調試時，單端接地甚至干擾PLC與筆記本計算機的通訊。
2. 變頻器與PLC的接地必須可靠，所有信號電纜的屏蔽層必須雙端接地。接地線必須有足夠的截面。
3. PLC的M端必須接地。
4. USS4電纜PLC端的連接必須用SIEMENS的DP網絡連接器。
5. USS4電纜必須采用SIEMENS的紫色網絡電纜。
6. MM440端的485連線絕不能反，否則網絡口必然損壞
五設計特點
由于采用USS4協議，電氣系統具有以下特點：
1. 電氣硬件設計簡潔、明快，給調試和維修帶來很大方便。
2. 系統抗干擾能力大為提高。
3. 改變工作方式非常方便（由于MM440用BICO技術，通過USS4改變關鍵參數，即可以達到目的）。
4. 由于采用USS4協議和MM440變頻器，大大降低了制造成本。通常類似的系統需采用直流系統，昂貴的直流電機和驅動器，是制造成本居高不下的根本原因。而采用 MM440則可以以較低的成本，達到上述工藝目的。另外由于采用USS4協議可以省略D/A模塊，在 一定程度上也可以降低成本。
六存在的問題
1. 當使用張力方式時，通過設定P0640設定張力，線性度不好，效果不是最理想。估計所控制的電機電流不是全部用于輸出扭矩，有一部分可能用于勵磁。
2. MM440內部的PID單元在啟動前就開始積分，當啟動時，速度瞬時較大，對機械設備
有沖擊。
3. MM440的網絡接線不是最牢靠，并且一旦接錯必然損壞器件。給現場調試帶來很大壓力。
七設備工藝布置，電氣圖紙和程序清單
綜述：
上述系統從2000年7月在南通中天日立光纜股份有限公司和魯能泰山電纜有限公司曲阜電纜廠運行至今，情況良好。最近英國PROTON公司與我公司也簽訂了三條復線生產線，不日交貨�？梢韵嘈臩7－200、MM440變頻器的優良性能和極高的性能價格比使他們在電纜行業具有廣泛的應用前景。
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