西门子6ES7221-1EF22-0XA0详解说明是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机控制系统结构如下，通过或是计算机等发送控制命令给电机驱动器，电机驱动器将控制命令转化为驱动信号给执行电机。步进驱动控制面板的右侧为面板和步进电机面板的接口，包含步进电机的驱动信号，左侧为与运动控制器的接口，包含方向和脉冲等控制信号接口。+a，-a, +b,-b,ac,bc信号为步进电机的线，用于驱动电机的运动。+5v,pul+,dir+为与控制器相连的控制信号。其含义为：+5v为电源。pul+为脉冲信号，用于位置模式下的电机控制。dir+为方向信号，用于位置模式下的电机控制。步进电机结构如下，单极性 (unipolar) 和双极性 (bipolar) 是步进电机常采用的两种驱动架构。单极性驱动电路使用四颗晶体管来驱动步进电机的两组相位，电机包含两组带有中间抽头的线圈，整个电机共有六条线与外界连接。这类电机有时又称为四相电机或应是双相位六线式步进电机。六线式步进电机虽又称为单极性步进电机，实际上却能同时使用单极性或双极性驱动电路。单极半步运行的原理如下，通过驱动器控制电机线路，在相应的位置产生如下的磁场，驱动电机一步一步的运动。步进电机一般用于开环伺服系统，由于没有位置反馈环节，固位置控制的精度由步进电机和进给丝杠等等来决定。虽档次低，但是结构简单价格较低。在要求不高的场合仍有广泛应用。在领域中大功率的步进电机一般用在进给运动（工作台）控制上，但是就控制性能来说其特性不如交流。振动、噪音也比较大。尤其是在过载情况下，步进电机会产生失步，严重影响加工精度，但其便宜的价格，方便使用的特点，在工业中的达广泛的应用。应用背景 该项目是国内条自行设计、施工、建设的城市快速轨道交通线，是2000年度的国家重点项目。上海轨道交通明珠线由上海南站至江湾镇站，全长24.97公里。设有19 个车站，另设有停车场和车辆段各一处。全线共有24 个牵引降压变电站和降压变电站。并设有控制中心监控全线设备。该条轻轨线路设有电力系统SCADA 监控系统、车站设备监控系统和火灾报警监控系统，构成了一个涵盖以上三个子系统的“三合一”的综合监控系统， 该系统具有数据采集、通讯和图形监控功能。客户需求 监视各个变电所的运行数据， 继保的报警信息， 完成所内的连锁逻辑控制，实现全线电力设备的安全调度。监视各个车站的车站设备的运行数据、车站的防灾报警信息等。该系统要求具有变电所全所自动化控制、保护功能以及控制中心对全线的供电设备、车站设备、防火设备等的遥控、遥信、遥测、遥调的调度功能。而且在系统功能的实现上，采取计算机综合监控系统技术，充分实现相关信息和资源的共享及调度办公自动化。 解决方案 作为国内条城市轻轨，对于电力监控、车站设备和火灾报警系统有更高的要求， 具有安全可靠、扩展简单和维护方便等特点。 为了实现变电所全所自动化，考虑到各车站被控设备多，智能仪表多，设备分布广和逻辑控制难， 在各车站我们以系列90-70 PLC 作为每个站的中央信号屏， 90- 30 PLC 作为分布式I /O， 通过Genius 网， 收集站内各被控设备信息。用CIMPLICITY HMI 作为站内图形监控系统。并通过第三方提供的光纤通讯接口将站内数据发往控制中心。 为了保证控制中心数据的安全稳定， 在控制中心选用了系列90-70 PLC 冗余系统作为通讯前置机， CIMPLICITY HMI 冗余系统作为服务器， CIMPLICITYViewer 作为各系统的工作站。并使用冗余Ethernet 作为控制中心的通讯网络。系统特点 · 分布式结构 上海轨道交通明珠线方案的系统结构是一个功能完善的分散、分层、分布式系统。调度端、工作站、服务器、通信机、远方执行单元等各间隔终端之间只有通信数据交换的关系。 分层、分布式计算机监控系统使以后的系统扩展不影响已有系统的正常运行，改建工程量小。当任一个间隔终端故障不影响其它终端的可靠运行，从而有效的提高了整个“三合一”系统运行的可靠性和多种操作功能和适应性。 · 网络结构 在中央控制中心， 通过冗余的服务器和通信前置机构成双主机双网络结构，进行数据流的有序管理。现场实时控制网采用总线型，Genius 令牌网结构。整个网络结构简明清晰， 扩展容易， 网络信息交换合理。 · 信息共享， 资源共享 “三合一”系统把电力SCADA 系统、BAS 系统、FAS 系统的决策支持控制监测系统合为一体。做到资源共享， 信息共享， 综合性能价格比优。 · 高可靠性 1) 远动设备本身在软、硬件技术上采取层层保险、闭锁、自检、自诊断、自启动、自复位等有力的措施， 可靠性极高。 2) 系统中采用了四种冗余方式： · CIMPLICITY HMI Server 冗余 · 通信前置机（ 系列90－ 70 PLC）冗余 · 通信光缆冗余 · 网络冗余 当单机发生故障时，系统会自动切换另一套设备。另外，系统设有历史数据库和历史曲线可供事故分析和运行分析。实施结果 上海轨道交通明珠线于2000 年12 月26 日正式运营。而该项目是国内条在正式运营前就投入使用的综合监控项目， 获得了用户的好评。(end)您的卷染机能解决“水锤”问题吗？ 您的卷染机能解决“头尾色差”问题吗？ 您的卷染机能解决“工艺一致”问题吗？ 选择科威双变频卷染机控制系统一切问题都将解决！ ★ 双变频器卷染机控制系统 特点 1、严重偏心时，能直接启动。（水锤现象） 如，卷径 1400mm,幅宽 2800mm，棉布含水重有 3 吨，停止10分钟。 很多现场操作工只能说：人工将布转动一个角度，进行匀水，之后再运行。 有人说，大卷径布辊自身无法自转，电机功率太小。但是，上行时，一个电机不行，两个电机可以相互帮助；下行时，不要任其自由下落，电机应该反向制动； 2、急剧升降速时，能保证布面张力，无掉布现象。（恒线速） 如，当卷染机以 100m/min 的速度运行时，要在5秒时间内降到10m/min，而布卷直径相差 40 倍以上，你使用的卷染机能保证布面张力，不出现拉紧或松布现象吗？ 科威张力 PLC 内部有专用功能，对两辊的转动惯量进行识别，因此补偿准确，能完全消除升降速时带来的附加张力变化。3、张力小，且从头至尾都很均匀，如无纺布、麂皮绒，上卷染机能保证幅宽不拉窄。（色差，恒张力） 做普通布不赚钱， 因此想用卷染机做价值高一点的布； 但原来这些布不是在普通卷染机上做的， 要么在液压缸做， 要么在进口丹麦缸上做， 要么在液流缸上做。 但设备投资要么太贵（丹麦缸要 50 万元） ，要么（液流缸）排污压力太大。 4、卷染机联网，进行工艺分配和工艺管理 （工艺问题） 做系统的人说，只要老板给多些钱，我们就可以联网，达到工艺分配及管理要求； 老板说，如果联网需要太多的成本，还不如加强人为监控。 科威卷染机控制器已经有现场总线功能，如果愿意，联网只是举手之劳。 ★ 典型改造方案 A、单变频卷染机改造： （一） ．机械部分减速机不动； （一） ．传动部分改成同步轮和同步带传动； 1，同步轮：4 个 2，同步带：2 根 （二） ．电机侧安装编码器2 个 以上工作由我方改造完成，厂方配合； （三） ．电气柜更换； 1，标准的张力控制器 PLC 一台和配件， 2，卷染机专用变频器 2 台和配件（7.5KW,用户可选） 3，低压电器 4，标准电气柜 5，出布变频器控制. （根据现场决定） B 液压卷染机改造： （一）.拆除液压传动部分， （二）.增加 7.5KW 电机和减速机两台 ， （7.5KW,用户可选） （三）.安装同步轮和同步带以及编码器， 1，同步轮：4 个 2，同步带：2 根 3，编码器 2 个 4、出布电机、减速机：1套。 以上工作由我方改造完成，厂方配合； (四).更换电气柜； 1，标准的张力控制器 PLC 一台和配件， 2，卷染机专用变频器 2 台和配件（7.5KW） 3，低压电器 4，标准电气柜 5，出布变频器控制 以下是改造方案及示意图 实地考察后，考虑维护因素，采用分体式结构，用同步轮、同步带传动。机械价格成本控制在 10000 元。以下是改造示意图（主要是液压机械改造部分） ： 1. 出布电机和减速机示意图2.主传动电机、减速机及传动示意图3. PLC 控制原理图： PLC 原理图： � 接入分辩率 1000P/R 的编码器（AB 相） ，计数频率两路分别达30KHz； � 两路 12Bit 的 DA 输出，作为变频器高精度力矩和速度控制； � 四路模拟量输入信号：一路 PT100，三路 0-10VDC � 开关输入 16 点，继电器输出 12 点。 该 PLC 是专门为卷染机控制而研发，内含卷染机控制算法：瞬时速度在线识别，惯量识别与动态控制， 静态力矩和动态力矩识别及补偿。 其控制的卷染机性能接近液压卷染机。 事实已经证明，通用型 PLC 无法达到以上所述的性能。4、变频器控制原理图： 变频器是我公司在通用矢量变频器的基础上， 结合卷染机控制的研究经验， 增加了相关功能函数，正确协调 PLC 进行控制。 5、 主要性能指标 速度： 10-150 M/min； 张力： 2-30 Kg 速度精度： 5％ ； 张力精度： 5％； 6、相关现场图片 7、为你提供相关案例 ⑴单变频改为双变频； ⑵双变频改为双变频； ⑶液压改为双变频； ⑷直流改为双变频； ⑸卷染机生产厂配套。 ★ 卷染机控制器特征介绍 一、 四路高速计数器 基本功能： CH0：X20+，X20- CH1；X21+，X21- CH2：X22+，X22- CH3：X23+，X23- 作为四个独立计数器使用时，计数频率达到30K； 作为两个 AB 相计数器使用时，计数频率达到 30K。 输入脉冲符合 5V 差动电平。 二、具有三个专用函数 1、“静态转矩测量”函数 功能: 测量不同速度下的静态转矩.,生成对应稳态力矩表格，方便运行时查表。 应用: 用此函数获取不同速度下的静态转矩。 2、“转动惯量测量”函数 功能: 用于测量卷染机旋转物体的转动惯量J. 应用: 测量两个主辊的转动惯量 3、 “转动惯量动态分配”函数 功能: 卷染机在转动过程中，半径在不断变化，因此，必须获取运行时的动态惯量,用于调节时补偿。 J= k*Jmax Jmax：大半径时辊子的转动惯量。k：动态分配系数。 本函数用来计算动态分配系数k. 应用: 动态计算 A 辊和 B 辊的转动惯量。 三、 “不同速度不同半径下的静态力矩的计算” 直接用梯形图浮点数运算； 四、来自低层的实测变量: ①. A 辊角速度ωa ; ②. B 辊角速度ωb ; D5004---D5007 指定角速度位置.对应 CH0---CH3。 如用AB相，则A相角速度＝D5004，B相角速度＝D5006。 角速度单位是 P/S,即每秒脉冲个数，角速度刷新时间20ms。 五、卷染机单机工作流程； S3--------------测试阶段； 目的：获取静态力矩和转动惯量。 S4--------------上下布阶段； 稳速（线速度）进布； 内外两辊可联可分：每辊可独立进行上下布。 点动/连续任意选取： S5--------------启动阶段； 目的：此过程为低速，完成平稳加力或保力，测量摩擦力等参数。 S7----------运行阶段，系统正确获取参数后，可以在预知情况下，无论快速升速，降速，或稳速时，都能维持布面张力的恒定。 S8----------系统低速稳定停车，并至规定 S9----------出布程序段。 S控温程序。 六、卷染机控制器的网络结构及功能 网络结构：每一台卷染机配一台控制器，因此网络结构可以连接3969 台卷染机。工艺管理和设备状态 监控均可在网络平台上执行。 网络功能： � 监视每台卷染机的工作状况。 � 下载相关工艺参数。 相关说明： 每台卷染机所配的控制器，均已有现场总线接口，无须再配置通信模块； 卷染机上的控制器均是现场总线从站， 从站地址和通信速率可设， 但通信速率必须与主站一致。 组建网络时，63 台卷染机配一个 CAN 主站，CAN 主站可选通用 EC-08M08R 即可； 网络增加时，CAN 主站数目增加；多个 CAN 子网并行工作，通信效率与一个子网相同。 用一台计算机通过 RS485 连接各 CAN 网主站；如只一个 CAN 子网可用 RS232 连接。 主操作画面之一：系统参数查看画面之一：测试画面之一：★ 张力控制原理 辊筒的转动控制 1、 匀速转动控制。 物体作匀速平动时，其综合外力＝0； 辊筒以匀角速转动时，其综合转矩＝0； 一个电机带动一个辊筒转动时， 总要输出电动力矩， 也就是说， 辊筒转动时， 电动力矩之外，还有辊筒的摩擦阻力矩与之平衡。△T＝Te-T0＝0。 Te:电动力矩；T0: 摩擦阻力矩。 当辊筒的重量不同，其摩擦阻力矩也不相同； 当辊筒的转速不同，其摩擦阻力矩也不相同； 因此，开环控制必须知道不同质量、不同转速下的摩擦力矩：T0=f(m，w)， m 表示质量，w 表示角速度。模型控制时，必须能实时补偿摩擦阻力矩T0。 2、加减速的转动控制。 当辊筒作加减速转动时，其综合力矩△T＝J*(dw/dt)≠0。 J*（dw/dt）＝（J/R）*（dwR/dt）＝（J/R）*dV/dt。 电机输出的转动力矩 Te-T0=J*(dw/dt)； 用力矩方式正确控制辊筒的加减速，关键是知道T0 和 J，因为 dw/dt 正是控制的给定量。 T0=f(m,w)、J=f(m,r)，T0 和 J 都是动态的，但 m,w 固定时，T0 是可测的；m,r 固定时，J 也是可测的。 ★ 正确测量并动态分配摩擦阻力矩 T0 和转动惯量 J。 科威张力 PLC（型号 EC-16M12R-04K02B-6P）内嵌 T0 和 J 的测量函数，并能够自动进行动态分配。 测量状态： 根据已知情况，输入变量所对应的常量，开始进行测试T0、J； 测试点根据用户设备情况，选取一个、两个或多个测试点； 动态分配： 根据测试的 T0、J 和当前对应的变量值，动态分配T0、J。 能动态分配 T0、J 是正确控制辊筒加减速的关键。 ★ 收放卷控制 下图是收卷控制图，收卷半径R 是逐渐增大的。 控制电机力矩满足以下关系，则可保证张力F 是基本不变的。 Te=T0+F*R+Jdw/dt T0，J 是张力 PLC 测量并动态计算的，F 是设定的，R 是实测或计算的。要保证均匀的线速度收线，则 dw/dt≠0。在升降速时，dW/dt 变化幅度更大。因此保证恒线速度恒张力收卷，必须符合上述方程。 放卷是收卷的逆过程。 如果半径不变， 则是中间张力的传递控制， 进行合理的张力分配过程。 如直进式拉丝机控制，纺织直辊丝光机控制。 科威张力 PLC 典型应用系统是：卷染机恒张力恒线速度控制系统。 科威公司是一个不大的工控产品制造商，选定印染行业作为我们赖依生存和发展的行业，选取适合的机型， 深入研究， 直至在控制上做到国内， 与国际控制类产品在局部上展开竞争并形成优势。 如果你对卷染机控制有好的建议和要求， 请你惠告我们， 我们愿与你一起共同面对卷染机的所有问题！
