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艾默生工業(yè)自動(dòng)化 李天亮
摘要：本文詳細(xì)介紹了檢品復(fù)卷機(jī)(簡(jiǎn)稱檢品機(jī))的工作原理，及其電氣設(shè)計(jì)方案，以及艾默生EV6000變頻器優(yōu)異的張力性能，通過(guò)艾默生PLC與EV6000變頻器的良好配合，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，極大地提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和張力穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞：艾默生自動(dòng)化產(chǎn)品 PLC 變頻器 人機(jī)界面 檢品復(fù)卷機(jī)
Abstract：This paper describes the working principle, and the electrical design of the inspection Winder, and the outstanding performance of the tension in EV6000 converter, by EV6000 and PLC of EMERSON, significantly Simplify the system design, thus greatly enhancing the overall system reliability and stability of tension control.
Key words: Emerson Automatic production PLC converter HMI inspection Winder
一 引言
檢品機(jī)是一種具有高精度、高靈敏度的復(fù)卷、檢品設(shè)備。適用于卷筒狀的印刷薄膜、復(fù)合薄膜及卷筒紙制品的印刷、涂布、復(fù)合后的全自動(dòng)品質(zhì)檢驗(yàn)，也可用于上述材料的復(fù)卷，是印刷、涂布、復(fù)合等工序必不可少的檢驗(yàn)設(shè)備。
二 系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)
2.1觸摸屏選型設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)選用的是艾默生EZ600-TT06P型 5.7 寸觸摸屏， 顯示色彩為64K色，解析度為 320×240像素。 按鍵包括 1 個(gè)清單鍵和 5 個(gè)使用者定義的功能鍵。 此外還有三個(gè) RS232、RS422 和 RS485 的通訊接口， 以及 2個(gè) USB連接口。 內(nèi)建的 CF 卡插槽可以讓您擴(kuò)充歷史記錄和配方，以及進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。 前蓋為 IP65 等級(jí)，這樣對(duì)于任何方向的低壓水流沖洗，它都能提供保護(hù)效果。
2.2 PLC選型設(shè)計(jì)
系統(tǒng)選用了艾默生EC20-1614BRA可編程控制器，作為主控單元，主要用于實(shí)現(xiàn)的邏輯控制功能；外加一個(gè)EC20-4DA模擬量輸出模塊作為擴(kuò)展模塊，主要用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的線速度設(shè)定和張力給定功能。
EC20是艾默生推出的高性能小型PLC，具有極快的運(yùn)算速度，和12K步的大程序容量，并且自帶兩個(gè)通信口，一個(gè)通信口用于與觸摸屏通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定與狀態(tài)顯示功能，另一個(gè)通信口用于與變頻器通信，實(shí)現(xiàn)變頻器運(yùn)行狀態(tài)的讀取，以及參數(shù)設(shè)定功能，這樣大大降低了用戶成本。
2.3 變頻器選型設(shè)計(jì)
系統(tǒng)選用了艾默生EV6000變頻器，用于系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)及張力控制功能。
EV6000是艾默生最新推出的一款創(chuàng)新型平臺(tái)產(chǎn)品，集自主研發(fā)的無(wú)速度傳感器矢量控制的核心算法技術(shù)、伺服定位控制技術(shù)、EMC技術(shù)和可靠性技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與一身，使之在性能上有了質(zhì)的飛躍。
EV6000高性能矢量控制變頻器擁有超大功率范圍，可以從0.4到250kW之間進(jìn)行選擇，而它的最高輸出頻率也可高達(dá)1000Hz。EV6000可以實(shí)現(xiàn)無(wú)PG矢量控制和有PG矢量控制驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)，而且在無(wú)PG矢量控制時(shí)，能在0.25Hz下可以滿足200%額定負(fù)載突變時(shí)轉(zhuǎn)矩能快速地響應(yīng)和穩(wěn)定運(yùn)行，能滿足眾多低速大轉(zhuǎn)矩應(yīng)用要求，在變頻低頻脈動(dòng)技術(shù)難題上邁出了一大步，處于國(guó)際領(lǐng)先水平。
三 系統(tǒng)介紹
3.1 系統(tǒng)原理介紹
圖一 系統(tǒng)原理圖
(1) 觸摸屏：通過(guò)觸摸屏，用戶可以對(duì)工作速度、運(yùn)行張力、料卷直徑等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；并且，通過(guò)觸摸屏，可以顯示設(shè)備的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)當(dāng)前的故障信息進(jìn)行顯示，以便用戶作進(jìn)一步處理。
(2) EC20控制器：該控制器是艾默生公司的高性能控制器，它是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，協(xié)調(diào)外圍設(shè)備的動(dòng)作，并按用戶設(shè)定的工藝控制設(shè)備的運(yùn)作。通過(guò)EC20-4DA模塊對(duì)變頻器作張力給定和頻率設(shè)定。
(3) 變頻器：本系統(tǒng)采用EV6000變頻器做收放卷控制，通過(guò)該變頻器可保證檢品機(jī)械的張力恒定、速度穩(wěn)定，是整套系統(tǒng)的控制核心部分。
3.2控制流程圖
圖二 系統(tǒng)正常啟停流程圖
正常啟停流程主要是用于用戶查找產(chǎn)品缺陷，當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，用戶通過(guò)按鈕記錄當(dāng)前位置，以備查找；難點(diǎn)主要是在于加減速，以及零頻時(shí)張力的控制。
圖三 檢查點(diǎn)啟停流程圖
檢查點(diǎn)流程主要是用于缺陷的查找，這也是該設(shè)備的最重要的功能之一，本系統(tǒng)是通過(guò)硬件中斷的方法記錄缺陷的位置的，所以，可以比較準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)缺陷的位置。由于本過(guò)程涉及到多次啟停，而且在任何速度下都要保持張力穩(wěn)定，所以對(duì)變頻的張力控制性能要求很高。
圖四 張力控制示意圖
圖四是整個(gè)系統(tǒng)的張力控制示意圖，EV6000作為主驅(qū)動(dòng)，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，EV6000張力控制用變頻，驅(qū)動(dòng)收/放卷電機(jī)，通過(guò)張力傳感器反饋回來(lái)的張力的大小，做閉環(huán)控制，以保證整個(gè)系統(tǒng)的張力恒定、速度穩(wěn)定。利用編碼器與變頻器作閉環(huán)控制，使變頻器可以在高速度精度和恒張力下運(yùn)行，同時(shí)PG3把信號(hào)送給EC20，由PLC計(jì)算當(dāng)前的運(yùn)行速度、距離等數(shù)據(jù)。
PLC實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)點(diǎn)的協(xié)調(diào)控制，邏輯控制處理。PLC實(shí)現(xiàn)線速度，運(yùn)行命令傳遞到變頻器，并收集變頻器的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)傳遞變頻器參數(shù)修改信息。
選用EV6000張力控制專用變頻器實(shí)現(xiàn)放卷和收卷控制，選用EV6000高性能矢量控制變頻器實(shí)現(xiàn)主牽引控制。變頻器以閉環(huán)矢量控制運(yùn)行，安裝脈沖編碼器（PG），編碼器信號(hào)類型：集電極開(kāi)路輸出型；
收、放卷變頻器工作于張力閉環(huán)速度模式，EV6000自帶卷徑計(jì)算功能和斷帶檢測(cè)功能。
為了保證系統(tǒng)的快速起停要求，尤其是急停的技術(shù)指標(biāo)。變頻器都需外接制動(dòng)電阻。
圖五 主牽引變頻器接線圖
變頻器通過(guò)端子進(jìn)行起停運(yùn)行控制，運(yùn)行方向設(shè)定，運(yùn)行速度設(shè)定，故障停機(jī)和復(fù)位處理。
圖六 收、放卷變頻接線圖
變頻器通過(guò)端子進(jìn)行起停運(yùn)行控制，運(yùn)行方向設(shè)定，張力給定設(shè)置，張力方向設(shè)定，運(yùn)行線速度設(shè)定，收、放卷模式設(shè)定，初始卷徑復(fù)位，故障停機(jī)和復(fù)位處理。
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