西门子SIMOTION D435收放卷控制

西门子SIMOTION D435收放卷控制 西门子SIMOTION D435收放卷控制 默认分类 2009-04-27 23:54:16 阅读511 评论1   字号：大中小 订阅   一：引言    本文主要是讲述西门子SIMOTION D435在铜箔生产线上收放卷的应用。 主要控制有张力闭环控制模式，张力开环控制模式，速度控制模式;   系统模拟图   HYPERLINK "http://img.bimg.126.net/photo/aUrLskbvjsHCMijSTpaMtw==/2270658637126341182.jpg" \t "_blank" 调试现场图(九根轴从左到右依次为开卷，进料，辅助一到九，收卷) HYPERLINK "http://img.bimg.126.net/photo/3Flhzw5_yWP8mQpSN-VH1Q==/4545820873878547865.jpg" \t "_blank" 二：西门子SIMOTION简介 在运动控制领域，一般的电机驱动器提供了丰富的运动控制功能，但逻辑控制和复杂运算功能却相当弱，而一般的PLC提供了全面的逻辑控制功能，但又很难具备运动控制的全部功能。传统的应用方式是将PLC和伺服控制器配合使用，但存在高速数据传输，数据同步和精确控制一等方面的问题。 西门子公司提出新一代的运动控制平台SIMOTION。SIMOTION是为运动控制起主导作用的机器而设计的，本身集成了逻辑控制与运动控制，可以独立完成以往PLC加电机调速器的所有功能，主要应用于那些控制要求复杂，控制速度快，要求精确运动的领域中。 1．       SIMOTION是一种简单，灵活的控制系统，本身集成了运动控制，逻辑控制与工艺控制。具有如下的特点： A：逻辑控制和运动控制相结合，取消了影响响应时间的独立接口。 B：节省了为这些中间接口进行编程以及诊断的投入 C:整个机器的编程以及诊断不仅 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 ，而且象PLC一样开放透明 2．       SIMOTION系统具有三个组成部分 A：工程开发系统    工程开发系统可以实现由一个开发环境解决所有的运动控制，逻辑以及工艺控制问题，并且它还能够提供所有必要的工具，从编程到参数设定，从测试到故障诊断。 B：实时软件模块    这些模块提供了众多的运动控制以及工艺控制功能。针对某一特定的机器所需要的功能，灵活地选择相关地模块。 C：硬件平台SIMOTION D    SIMOTION D的功能集成在新的SINAMICS S120多轴驱动系统的控制 模板 个人简介word模板免费下载关于员工迟到处罚通告模板康奈尔office模板下载康奈尔 笔记本 模板 下载软件方案模板免费下载 上，使之成为一个紧凑的拥有控制器及驱动器的系统。将运动控制与驱动器集成在一起，使系统具有极快的响应速度。SIMOTION D具有若干种规格，均是取决于其性能的要求。 三：系统要求       STI生产线主要工作是将生箔机生产出来铜箔进行表面处理，加热，卷取，最终生产出成品卷。主要设备有开卷机，进料装置，1＃张紧装置，2＃张紧装置，3＃张紧装置，4＃张紧装置，5＃张紧装置，6＃张紧装置，卷取机。        本设备主要用于超薄片状铜箔的处理，此种铜箔轻，薄，标重在90g/m2左右，极容易出现打折，压印，串卷，断箔等问题。系统的稳定性和精度上有很高的要求。        按照设计，生产线长度在24米，铜箔在生产线上电镀时有微微的增厚，在各种导辊上穿插后长度在40米。开卷分为上下两种开卷方式，可各自独立进行。        在电气方面，整条生产线采用九台伺服同步电机传动，中间部分采用了7台电机，前开卷及后收卷各一台电机。要求生产线采用电机转矩、张力控制两种闭环控制方式。正常生产以张力闭环控制方式为主。 机械方面的部件，尺寸方面的精度以及安装均能达到技术要求。现主要集中在电气方面进行开发集成，力求在设备的稳定性和精度上进一步再提高，要求有满足生产超薄产品的性能，确保产品品质，具体要求如下： 1.      基本性能参数 机列速度                   0－36m/min 最大卷重                   3000kg 卷径                       Φ200－Φ650mm 材料宽度                   1400mm 材料厚度                   0.009－0.018mm 开卷警报径                 Φ210mm 开卷停止径                 Φ205mm 生产线长度                  24m 导辊上穿插后铜箔总长度      40m 2. 主要设备： 鉴于现场腐蚀性较强，要求在硬件选型时选择防护等级为IP65以上的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 l开卷电机（西门子） 交流伺服电动机一台  3.77kw    传动带减速比28：44  减速机1：20    张力20~100Kgf l进料和辅助电机 交流伺服电动机七台（西门子）   2.2kw     传动带减速比28：44  减速机1：28    张力20~100Kgf (可调节) l收卷电机（西门子） 交流伺服电动机一台   3.77kw    传动带减速比28：44  减速机1：20   张力20~100Kgf(可调节) 上述减速机均为德国原装高精度行星减速机 l伺服控制单元（西门子）  SINAMICS D435 l张力传感器     美国CMC张力传感器８套（２个传感器配１个放大器／套） l主控制柜 SIMOTION交流伺服单元　8个张力放大器　相关控制电气元件 l开卷操作台 触模屏（西门子）、操作按钮、指示灯、急停按钮、警灯 l收卷操作台 触模屏（西门子）、操作按钮、指示灯、急停按钮、警灯(声光报警)等 l中间操作盒(7个) 各轴正向点动、前级联动点动、急停按钮 3. 系统技术要求 (1)     伺服电机命名原则：以开卷为基准，依次是开卷（UWINDER），进料（INFEED），辅助1（HELPER1），辅助2（HELPER2），辅助3（HELPER3），辅助4（HELPER4），辅助5（HELPER5），辅助6（HELPER6），收卷（WINDER）。 (2)     全线采用张力传感器，伺服电机等组成张力闭环伺服控制系统。保证同步与传动精度。全线张力可以自动控制。开卷及收卷实现恒张力卷绕控制；开收卷张力还能手动进行微调，以适应不同品种的产品生产的需要；1－6＃张紧装置伺服器通过内置的PID功能连接外部张力计实现张力闭环控制。 (3)     张力控制的平稳性要求：在开环和闭环模式下，无论是大卷、小卷、加速、减速、运行、停车、高速、低速、恒速，都要保证张力的恒定，需要进行张力的补偿。对于开卷、收卷电机，随着卷径的增大或减小，还需要有相应的锥度补偿。 (4)     采用高性能西门子伺服电机。要求内置热保护元件，保护电动机，确保电动机低速运行时的可靠性。采用旋转变压器作速度反馈。 (5)     选用高性能西门子伺服控制器SIMOTION D 435。伺服器通过直流母线并联，实现功率互补。伺服控制单元主要包括直流24V电源 电源模块  双轴电机模块5个  滤波器 电抗器  I/O扩展模块  相关的DP电缆和插头  制动电阻和制动单元，均为西门子原装产品。 (6)     开卷分为上下两种开卷方式，可各自独立进行。 (7)     开卷部分能实行单独正反转/联动正反转；收卷部分能实行单独正反转/联动单向运转；中间各分级传动单独单向运转（前进方向）/联动运转；开卷，收卷处设立单独的操作平台。中间部分各轴本体附近有独立的调试盒。 (8)     开卷操作台和收卷操作台上都配有触摸屏和操作按钮。人机界面内容，包括电机温度，伺服控制器，机列运行等状态和各处张力值，速度值以及故障警报功能。通过操作台上的触摸屏和按钮能在线更改机列速度或其它相关工艺参数，不得影响机组正常运行。 (9)     实行多闭环伺服控制。在张力传感器失效的情况下，要求能自动转为电机转矩控制方式，保证生产线的正常运行。 (10) 系统有3种停车方式：正常停车（可设定时间的斜坡停）；定长停车；故障急停。 (11) 对急停的要求：当机列发生意外情况，比如断带，或是按下急停按钮，要求立刻断设备的电(通过SIMOTION的I/O控制)并快速制动（以防止人身意外，和设备损坏）。尤其是开卷和收卷两个惯性大的电机必须做到快速急停。并要求在5秒钟内全线停止。 (12) 采用PROFIBUS总线结构与上位机通信减少现场电缆及接线工作，同时提高系统的可靠性；并且要求具有在线调试和离线调整功能。 (13) 主驱动柜中预留I/O点用于烘箱和整流柜装置状态输入，以及现场未预料的一些附加功能。要求多提一个数字输入模块作备用。 (14) 选定进给电机（INFEED）作长度计数，主速度输出。 4. 工作模式 本系统由9个伺服单元组成，按照工作模式主要分成四种驱动单元：开卷、收卷、进给和辅助。 4.1 开卷驱动单元        开卷驱动单元由驱动器、伺服电机、编码器、张力传感器、传动机构等几部分组成。编码器作为伺服电机的速度反馈，张力传感器作为传动辊上铜箔张力的反馈元件，张力传感器有一对，分别装在张力辊的两端，        开卷驱动单元的启动、停止、同步，由SIMOTION控制。 开卷驱动单元有下列三种工作模式：               (1) 张力闭环控制模式；               在张力传感器工作正常条件下，驱动单元运行在张力闭环模式；               (2) 张力开环控制模式；               在张力传感器工作故障条件下，系统运行在张力开环模式；               (3) 速度控制模式;               手动调机或者穿铜箔时，系统运行在速度控制模式；        开卷辊的工作直径（卷径），随着铜箔的逐步开卷放出，从初始卷径逐渐减小到最小卷径。为了防止铜箔放空，当检测或计算到卷径趋进或到达最小卷径时，要发出报警信号或报警停机。 4.2 进给驱动单元     进给驱动单元由驱动器、伺服电机、编码器、张力传感器、传动机构等几部分组成。该驱动单元有最大力矩限制。     进给驱动单元的启动、停止、同步，由SIMOTION控制。 进给驱动单元工作在速度控制模式，正常工作时，机列的运行速度由进给驱动单元确定，机列的长度计数信号也是由该驱动单元来实现。 4.3 辅助驱动单元      辅助驱动单元共有六个，他们分别是：辅助1（HELPER1），辅助2（HELPER2），辅助3（HELPER3），辅助4（HELPER4），辅助5（HELPER5），辅助6（HELPER6），他们的电路结构以及控制完全相同。     辅助驱动单元的启动、停止、同步，由SIMOTION控制。 辅助驱动单元可以工作在张力开环控制模式，也可以工作在张力闭环模式。 辅助驱动单元正常工作时，为张力控制模式，每个辅助驱动单元的张力大小分别可以设定和调整；手动操作时，工作在速度模式，用于调机和穿铜箔。     辅助驱动单元也是由驱动器、伺服电机、编码器、张力传感器、传动机构等组成。 4.4 收卷驱动单元 收卷驱动单元由驱动器、伺服电机、编码器、张力传感器、传动机构等几部分组成。编码器作为伺服电机的速度反馈，张力传感器作为传动辊上铜箔张力的反馈元件，张力传感器有一对，分别装在张力辊的两端。        收卷驱动单元的启动、停止、同步，由PLC控制。 收卷驱动单元有下列三种工作模式：               (1) 张力闭环控制模式；               在张力传感器工作正常条件下，系统正常运行在张力闭环模式；               (2) 张力开环控制模式；               在张力传感器工作故障条件下，系统运行在张力开环模式；               (3) 速度控制模式;               手动调机或者穿铜箔时，系统运行在速度控制模式；        收卷辊的工作直径（卷径），随着铜箔的逐步收卷增大。有锥度控制进行张力的矫正，以防止铜箔越卷越紧，出现打褶现象。 5：硬件配置      硬件配置及网络结构如下所示 6：网络及拓扑结构   6. 人机界面： 整机共2个TP270_10触摸屏，分别安装在开卷操作台和收卷操作台上，界面内容相同，设定不同的操作权限。触摸屏上具备的功能如下：       ◆  线速度设定 ◆  线速度显示 ◆  长度累计显示 ◆  控制方式切换：张力，力矩 ◆  当前运行时间 ◆   实时趋势图（收开卷卷径趋势） ◆   密码分级管理功能 ◆  加减速斜坡设定 ◆  初始开卷卷径设定 ◆  初始收卷卷径设定 ◆  收卷锥度张力设定 ◆  铜箔厚度选定 ◆  8处张力显示 ◆  8处张力设定 ◆  报警显示（开卷最小卷径报警、驱动故障报警，外部故障报警、非法操作报警、断箔报警等） ◆  参数初始化 7. 软件模块的主要功能    1、系统管理程序 2、人机主接口程序 3、闭环张力控制程序 4、开环张力控制程序 5、速度控制程序 6、收放卷卷经计算转矩控制程序 7、系统参数辩识程序 8、故障诊断、故障处理和报警 9、通信模块 软件主要完成如下工作，系统初始化、数字逻辑处理与I/O管理、人机界面管理、张力传感器信号处理、开环张力控制、闭环张力控制、速度控制、故障检测诊断与处理  (1)系统初始化：     主要功能： 系统上电时，对各功能寄存器和调节器和功能端口进行参数赋值或复位。 (2)数字逻辑处理与I/O管理     主要处理数字I/O以及内部数字逻辑，例如启动、停车、指示灯显示、报警等。 (3)人机界面管理     主要功能：     控制系统各项工作参数的设定，如铜箔厚度、收卷电机的最大张力等； 系统运行参数的显示，如机列速度、收卷张力、报警信号等。 (4)张力传感器信号处理     主要功能：     将张力信号从含有张力辊重量信号的张力传感器信号中解调出来同时给予校正。 (5)开环张力控制     主要功能： 对于开卷电机与收卷电机，要实时计算与铜箔张力相匹配的转矩。  (6)闭环张力控制 主要功能： 对于开卷电机与收卷电机，要实时计算与铜箔张力相匹配的转矩。 当诊断出张力传感器故障时，可以自动或者手动平稳的切换到张力开环模式。 当收卷辊达到设定的最大尺寸时报警或自动停机；开卷放到最小卷径时要报警或停车；要有定长停车功能。 (7)速度控制 主要功能： 手动运行时，控制电机以设定的速度运转。自动运行时，控制铜箔以恒定的速度和张力收放卷。 启动、停车、加速、减速，系统要以恒定的张力运行。 (8)故障检测诊断与报警处理     1)张力传感器故障诊断；     2)电机过热诊断；     3)铜箔跑偏诊断；     4)收卷锥度控制诊断；     5)铜箔断裂诊断；     6)外围设备故障报警（烘箱、整流柜等）；     7)伺服单元故障报警；     8)张力辊打滑诊断；     9）开卷最小卷径报警 10)非法操作诊断 11）伺服电源模块故障报警 8. 柜体设计 设计要求： 1)基本风格：参照现行生产线上的国外样机的设计风格，使整机结构紧凑，安装简便。机柜及操作台设计要求规范、标准，外观要大方得体，表面喷粉要耐腐蚀。     2)基本结构：箱体落地式，下端进线，轴流风扇排风散热。     3)注意发热部件的通风与散热，部件的布置要注意风道的畅通，发热较大的部件，要安装在控制柜的上半部或出风口处，控制柜出风口与进风口的温度差控制在≤10℃。    4)由于在安装在酸性气体环境下，控制柜箱体采用冷轧钢板，表面喷粉处理。安装紧固件采用耐腐蚀的镀铬(进口)螺钉螺母。 5)基本电气布局要求： 控制柜内的布线的基本原则：电源线、电机线与信号控制线分开走线，关键部位采用原装专用电缆，地线用黄绿线，控制信号线采用1.5mm2，电源线电流密度不大于4A/mm2，模拟信号与敏感信号用屏蔽电缆，以提高系统的抗干扰。所有线缆通过UL认证。 l主机柜：为了保证有效防止电磁干扰、良好的散热效果及使柜内布局更加合理有序，主机柜采用标准电控柜,其中一面用来放置低压电器如空开、接触器及中间继电器等，另外一面放置Simotion D、Sinamics S120、Et200M等控制及传动系统。(还有张力放大器放一面,不能离驱动器太近,最好有屏蔽措施)，要求柜内布局符合电气安装标准，元件布置考虑电磁兼容性、走线方便。 l柜门上安装三相电电源指示灯及电压指示表（三个）和急停按钮（定义不同）。柜顶上安装一个警灯和一个电铃，两端操作台上也要放警灯，用来指示故障、非法操作等一些状态。 l在元件布置时要考虑张力放大器和伺服控制单元要分开放置，尽量远离。 l柜门上端要求安装轴流风机散热和通风，下端开孔放过滤网。 l柜门上有微动开关，柜内20W（日光灯）照明，机柜内要配有多个电源插座。柜门锁把为钥匙开关。 l制动电阻放在柜体外部，以保证急停时散热。 l低压电气选用原则：空开、接触器、按钮、开关、中继为施耐德公司生产。柜体及其它辅助元件采用国内名牌厂家。 柜体图     HYPERLINK "http://img.bimg.126.net/photo/kP2kHKSy_vWYmXXltfVGmg==/3984559770317547343.jpg" \t "_blank" HYPERLINK "http://img.bimg.126.net/photo/pjU2mNkWrf9Y8rQOZR0PNg==/3984559770317547354.jpg" \t "_blank" HYPERLINK "http://img.bimg.126.net/photo/g5_iJn3-Rn1Jjrc-92vNQA==/3984559770317547355.jpg" \t "_blank" HYPERLINK "http://img.bimg.126.net/photo/_iW39d97KPqc0YEy0rH_1g==/3984559770317547356.jpg" \t "_blank" HYPERLINK 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　　当PLC收到操作台发出的张力启动信号后，PLC将该信号转换为相应的驱动单元的张力预紧指令，发给相应的驱动单元。收卷驱动单元按设定的预紧速度和预紧张力运行，进给驱动单元按设定的预紧速度运行、辅助张力驱动单元也是按设定的预紧速度和预紧张力运行、开卷驱动单元在达到预紧张力前，一直处于零速运行。当系统检测到各个张力环节达到设定的预紧张力时，张力预紧阶段便告结束，铜箔在预紧张力的作用下，处于张力绷紧状态，等待系统启动加速运行。 　　整个张力预紧过程，要保证各个驱动辊不打滑，不飞车。 　　②加速运行阶段： 　　当PLC收到操作台发出的系统启动指令后，PLC将向各驱动单元发出启动命令，同时按照设定的加速度曲线向驱动系统发出速度指令（同时启动电镀电源），驱动系统根据速度指令，保持张力恒定，逐步克服机械系统的静摩摖、动摩摖、系统惯量逐渐加速运转，直到机列恒速运行，加速运行告结束。 　　③恒速运行阶段： 　　在恒速运行阶段，系统必须克服各种干扰，控制系统保持在恒定张力状态。 　　④减速运行阶段： 　　当PLC收到操作台的停机指令后，控制系统将按设定的停机曲线，逐步恒定张力的将机列速度减小，直到机列停止为止。机列减速时，驱动单元的作用力正好与机列惯性作用力相反，驱动单元处于二象限运行，即发电运行状态。驱动系统的控制策略正好与加速时相反。 　　⑤张力释放阶段： 　　当放卷辊或者收卷辊需要换辊，或者其它情况需要时，必须将绷紧的铜箔放松，释放张力。当PLC收到操作台发出的张力释放指令时，控制系统将逐步减小各驱动单元的力矩，直至张力全部释放为止。整个释放过程，要保证各个驱动辊不打滑，不飞车。