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普通异步电机在定位系统中的应用

发表时间：2020/11/2 来源：《基层建设》2020年第21期作者：张宏波

[导读] 摘要：工业化进程对当今社会影响巨大，同时成就非凡。随着电子行业的飞速发展，自动化控制体系也在发生着巨大的改变。

        邯郸宏大化纤机械有限公司（中国）
        摘要：工业化进程对当今社会影响巨大，同时成就非凡。随着电子行业的飞速发展，自动化控制体系也在发生着巨大的改变。随着伺服控制系统的普遍应用，变频器也在一定程度上集成了伺服功能，此次我们实际应用就是基于普通异步电机带编码器通过PLC控制来完成位置控制。
        关键词：位置控制；可编程逻辑控制器（PLC）；变频器；普通电机；编码器
        1 行业背景
        随着各种各样机器人在工业领域的应用，各个行业自动化程度越来越高，普及率越来越大。为了提高生产率，降低员工劳动强度，降低生产成本，各个企业都在积极的参与到自动化改造中来。
        目前涤纶长丝完成卷绕后还是传统的人工输送丝饼方式，人工将10个丝饼依次从卷绕机上搬运到丝架车上，再完成贴标等工作。人工搬运在现场省掉了暂存架的中间环节。但是依然工作量繁重，一次卷绕成型后，一个丝饼的重量在10-15kg，并且搬运过程中容易出现丝线滑落，造成丝饼丝线相互缠绕断头。造成产品降阶。
        而自动落筒系统将极大的解决这些问题。此落筒系统是由两个落筒车组成，一个落筒车负责将丝饼从卷绕机输送到暂存架，另外一个落筒车负责将丝饼从暂存架输送至丝架车，完成入库。当落筒车行进到满卷卷绕机的位置后，会落下然后对准卷绕机的卷绕轴，等到卷绕机将所有丝饼推入落筒车丝饼轴上后，再运送到暂存架，另外一个落筒车会从暂存架上取出这些丝饼，然后一个一个的把这些丝饼单个的放置在丝架车上，人工贴标后完成入库。丝架车有专门的轨道运送至回转台，回转台旋转到挂丝位置，完成两面挂丝后自动旋转至出丝架车方向完成丝架车出丝，随后人工贴标转运到下一工序即可。在整个生产车间，不再需要那么多人来搬运和处理丝饼，整个过程全部自动化处理。
        随着伺服控制系统的普遍应用，变频器也在一定程度上集成了伺服功能，此次我们实施的项目就是基于普通异步电机带编码器通过PLC控制来完成位置控制。
        落筒车在取丝饼和输送丝饼的整个过程中，不会像人工操作那样和丝饼有所接触，因而也不会造成丝线滑落缠绕断头等问题的产生。并且在落筒车上，我们增加了烧丝电阻，用来将飘浮在丝饼外的飘丝烧断，以减少丝线问题。
        2 控制系统构成
        此设备机械结构紧凑复杂，要在小的空间内完成所有机械动作结构的合理安排，设计者们付出了极大的努力。落筒车是在地轨和天轨两个轨道间直线运动，从卷绕机到暂存架或者从暂存架到丝架车。当落筒车到达相应卷绕机的位置后，落下完成取丝饼的一系列动作，再升起送至暂存架，再等待其他的卷绕机的满卷信号和输送任务。
        在自动化方面，因为落筒车为运动部件，无法固定连接电源，因而采用滑轨供电，控制信号的传输为无线传输，为了保证无线信号的可靠性，采用了漏波电缆，落筒车在行进过程中始终可以保证天线接收信号的可靠性。从而保证信号和动作的准确。
        此落筒车为伺服控制应用，所有的电机都为位置轴，需要精确控制动作距离。保证设备安全。因而此系统采用了西门子的控制系统，PLC采用S7-1500系列最新的先进控制器，变频器采用CU250S-2控制器，带EPOS授权，可以进行位置控制。电机采用SEW异步电机带编码器，编码器接入变频器控制器CU250-2上。组成一个闭环系统，完成工作的执行和位置反馈。通过触摸屏完成位置的校验和具体操作。
        在人员安全方面，配备了急停和激光扫描仪，此激光扫描仪可以有270度的安全扫描角度，同时可以有32种区域组态，每个组态里有两个报警区域和一个急停区域。借助于激光扫描仪的应用，可以在有障碍物时报警并自动停止。
        3 软件编程
        软件组态的系统框图如图1所示：
        各个落筒机由四个电机（带旋转编码器），变频器（CU250-2PN控制器），触摸屏和PLC构成。暂存架和旋转输送系统由五个电机（带旋转编码器），变频器（CU250-2PN控制器），触摸屏和PLC构成。主PLC完成同卷绕机和上位系统以及各个落筒机PLC之间的通信。

        图1：系统硬件组态
        3.1 S7-1500控制器
        SIMATIC S7-1500控制器为运动控制提供了很多的参考和实现方法。可以使用单独的功能块实现单一动作的实现（如回零，绝对定位等），也可以使用其提供的运动控制库文件来实现。而后者相对方便简单，因而这次使用的就是其库文件中专门用于EPOS控制的块。系统中运动功能编程的实现由下述两个功能块组成：
        （1）循环数据交换– SINA_POS（FB284）：
        此功能块实现PLC与 SINAMICS 驱动器的命令及状态周期性通讯，如电机的运行命令、位置及速度设定点等或接收驱动器的状态及速度实际值等。
        通过相应的管脚参数赋值的改变，可以完成回零，立即回零，点动，绝对定位。具体操作为先回零，再校准实际位置，将需要运行到的具体位置保存在PLC的数据区内，当自动运行时，从数据区取出相应的位置数据传送给变频器，完成绝对定位，四个电机轴相互配合完成具体的取丝饼和挂丝动作。
        （2）非周期性通讯的参数获取– SINA_PARA（FB286）：
        此功能块实现PLC读取SINAMICS 驱动器的参数访问，如读取或写入数据块参数等。
        当偶尔需要改变变频器的参数如立即回零的位置值时，就可以使用此功能块完成参数的写入，而不用周期性的轮询访问，降低了通信的数据量，保证网络的可靠性。
        3.2 变频器的设置
        1设置控制模式为“基本位置控制（EPOS）”，激活基本位置控制功能，变频器装入EPOS授权卡。
        2配置通信报文为西门子报文 111，FB284功能块是基于此报文实现。
        3设置变频器控制器的 IP地址及设备名称，设置的设备名称一定要与 S7-1500 项目中配置的相同。参数保存后需重启驱动器才能生效。
        4相应的铭牌参数，进行电机优化。
        3.3 运行状态
        经过调试，此设备在现场使用情况良好，达到了设计要求，运行平稳可靠，得到了用户的高度认可。因为工业自动化的应用，将工人从繁重的体力劳动中解放了出来。提高了生产效率，为进一步的包装自动化打下了坚实的基础。
        4 结论
        通过普通异步电机，增量编码器以及相应的控制器和变频器即可完成伺服控制系统的功能，完成了在自动落筒行业的应用。证明了普通变频器在功能上的提高，加上西门子新的可编程控制器功能的强大，可以完成更加复杂的运动控制，并且在一定程度上降低了成本，值得推广。