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(tǒng)在光纜護(hù)套機(jī)速度控制中的應(yīng)用，并對該系統(tǒng)的控制原理作了詳細(xì)的闡述。 
關(guān)鍵詞：PLC; 變頻器; 速度控制
前言
　　光纜護(hù)套機(jī)是通信光纜制造過程中的最后工序的設(shè)備，它的作用是在成纜后的纜芯上加綜合保護(hù)層，以保護(hù)纜芯不受外界機(jī)械、熱、化學(xué)及水分的影響。設(shè)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(jī)、擠塑機(jī)、履帶式牽引機(jī)、收線架等組成。在光纜的護(hù)套過程中，根據(jù)工藝的要求，整條生產(chǎn)線的速度必須保持穩(wěn)定，各傳動單元間的線速度比例必須協(xié)調(diào)。高精度地、可靠地保持這個比例系數(shù)是保證產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)正常運(yùn)行的重要條件，任何原因破壞這種比例協(xié)調(diào)，就會影響產(chǎn)品的質(zhì)量，比如光纜外徑發(fā)生變化、生產(chǎn)過程中鋼（鋁）帶斷裂，甚至纜芯被拉斷等。由于光纜價(jià)格昂貴，成本較高，一旦發(fā)生如上質(zhì)量問題，對企業(yè)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(tǒng)，該系統(tǒng)自動化程度高、穩(wěn)定性好、運(yùn)行可靠。
2 系統(tǒng)構(gòu)成
　　在控制系統(tǒng)中，放線、軋紋、擠塑機(jī)、牽引機(jī)、收線和排線電機(jī)均采用交流變頻電機(jī)，驅(qū)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(yùn)行可靠性和功能的多樣性。操作和生產(chǎn)工藝參數(shù)的顯示采用西門子的TP-070觸摸屏作為上位監(jiān)控，可以實(shí)時(shí)、形象地顯示現(xiàn)場信號，并可以實(shí)時(shí)地對現(xiàn)場控制點(diǎn)進(jìn)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(shè)備的整體性能，采用S7-226 PLC的自由通訊口分別與上位機(jī)TP-070和變頻器進(jìn)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(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 系統(tǒng)原理
　　由于該生產(chǎn)線無需頻繁啟動，而且工藝要求的變速范圍也不大，所以達(dá)到穩(wěn)速是該電氣傳動自動控制最主要的目標(biāo)，尤其是在系統(tǒng)的升降速過程中各傳動單元之間的速度比例必須保持協(xié)調(diào)。在整條生產(chǎn)線中，生產(chǎn)的線速度是由牽引機(jī)的速度決定，因此在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dú)啟動和停止。
　　1 放線、軋紋和收線電機(jī)的速度控制
　　在生產(chǎn)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(jīng)常變化，所以放線、軋紋、收線電機(jī)的線速度（V=ω＊D,式中V:線速度，ω：電機(jī)角速度，D:盤具直徑）為了與牽引保持同步，隨著生產(chǎn)的進(jìn)程必須根據(jù)盤具直徑的變化不斷對電機(jī)的角速度進(jìn)行微調(diào)。該微調(diào)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(xié)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(dá)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(chǎn)線的速度并不是很快，但是由于線盤具有有較大的轉(zhuǎn)動慣量，所以放線和收線電機(jī)的加速度不宜太大，因此它們速度的設(shè)定應(yīng)采用PID運(yùn)算。
　　2 擠塑機(jī)的控制
　　在光纜護(hù)套的開始階段，為了使光纜的直徑達(dá)到工藝要求，擠塑機(jī)的擠出量必須有一個微調(diào)，也就是除了牽引的同步信號外，還要有一個微調(diào)信號對擠塑電機(jī)加以控制，使擠出量達(dá)到規(guī)定的工藝要求。該信號可以通過TP-070進(jìn)行設(shè)定并送入PLC,與牽引的同步信號進(jìn)行疊加后再通過USS4協(xié)議送到其MM440變頻器重，作為控制該電機(jī)的給定信號。另外，在生產(chǎn)開始前，擠塑機(jī)一般都要進(jìn)行排料這一步工序，以檢驗(yàn)從?？诔鰜淼牧系乃芑|(zhì)量。因此還必須有一個獨(dú)立的手動信號來加以對擠塑電機(jī)的控制，該信號也可以由TP-070來設(shè)定，后再通過USS4協(xié)議送入變頻器。
　　3 牽引速度控制
　　牽引機(jī)的速度決定了整條生產(chǎn)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(shè)定后送入PLC，再通過USS4協(xié)議從PLC傳輸?shù)組M440變頻器上。在生產(chǎn)過程中，改變牽引的速度給定值不僅改變牽引機(jī)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(yīng)的發(fā)生變化，從而使整條生產(chǎn)線保持同步。
　　線速度的檢測主要采用旋轉(zhuǎn)編碼器，由S7-226的I0.1和I0.2端口（高速計(jì)數(shù)器0）送入PLC。單位時(shí)間內(nèi)高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值即為該生產(chǎn)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(jù)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(shù)，ω：收線速度，D：光纜直徑。所以排線電機(jī)驅(qū)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(zhuǎn)編碼器測定，其信號通過S7-226的I0.6和I0.7送入PLC（高速計(jì)數(shù)器4）。PLC編程采用定時(shí)中斷，在單位時(shí)間內(nèi)測量到的高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值即為收線速度。（2） 光纜的直徑直接由TP-070設(shè)定并送入PLC。
　　PLC將上述兩個參數(shù)相乘后再乘以相應(yīng)的修正系數(shù)，所得的值就是控制排線電機(jī)速度的給定信號，該信號通過USS4協(xié)議傳輸?shù)狡銶M440變頻器上。在這里要注意的是，由于排線電機(jī)在工作過程中需要經(jīng)常換向，也就是說當(dāng)收到換向信號時(shí)排線電機(jī)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(shè)置
　　變頻器的設(shè)置主要是注意以下幾個參數(shù)的設(shè)定，見列表1所示。
表 1

4 結(jié)束語
　　本系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)變頻器給定的數(shù)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(qū)別一般通用變頻器的自由功能模塊和BICO技術(shù)，因此可以實(shí)現(xiàn)靈活的組態(tài)設(shè)計(jì)，完成工藝復(fù)雜的控制要求。變頻器的矢量控制，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)能力，克服了控制系統(tǒng)由于工藝參數(shù)的改變而引起的速度波動，從而保證了該控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
參考文獻(xiàn)
　　[1]S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊，西門子公司.