直流调速在开卷线的应用与维护

直流调速在开卷线的应用与维护

王海军

一汽大众汽车有限公司     吉林长春    130011

摘要：开卷线作为现代化汽车工业大规模生产的第一道工序，有着举足轻重的作用。开卷线的稳定精准的生产工艺都由各传动部件的稳定运行决定，直流调速在工业领域应用十分普遍，并且取得了良好的应用效果。直流调速系统在开卷线应用有着稳定性极强，维护方便，可靠性高，抗干扰能力强，控制性好，是电气自动化控制系统的重要组成部分。通过上位机PLC，HMI等设备对数据进行运算和处理，然后通过一系列的指令输出，对工业生产中使用的各种设备进行管理和控制，提高了工业生产的效率。

关键词：直流电动机；西门子S7系列PLC；直流调速驱动器；应用；

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前言

文章主要介绍了西门子直流调速系统组成以及工作原理，探讨直流调速系统与PLC，HMI联系的应用。

一、直流调速器的应用

开卷线主要有芯轴。引入辊，矫直机，送料辊等几部分组成，各部分协同将卷料打开矫直后由送料辊将精准尺寸的料送入剪刀进行裁切，为后续冲压件提供标准尺寸的代加工板料。各直流电动机是实现电能向机械能的转化并完美配合的关键。电动机包含固定部分和旋转部分，其中固定部分为定子，旋转部分为转子。直流电动机主要是以电磁感应定律、全电流定律等相关定律为基础运行。交流电机目前已经在高动态性能调速领域得到广泛运用，这也提出了比较严格的电机控制系统设计要求;加之电力传动系统本身带有复杂性的特点，被控对象也比较特殊。所以，必须要不断提升电力传动系统调速性。

本文利用西门子PLC和调速器去控制直流电机，能达到的功能是控制电机的启动/停止、正转/反转及速度。通过对变频器进行参数设置，根据现场设计需求，例如选择控制方式是线路控制，DP总线控制，还是以太网IP控制,电机的相关参数、电机加/减速时间、速度值，最大电压、最高输出频率等参数。最后就是对直流电机主电路和控制电路的设计，直流调速电机主电路包括∶断路器、输入滤波器、电抗器、调速器、输出滤波器、电机。

二、调速器简介

调速内部结构包含整流、滤波、逆变以及驱动单元等，通过内部IGBT开断对输出电源电压、频率进行调整，按照电机需求为其提供电源电压，以此实现节能与调速的目标。当前变频器也被赋予了过流、过压、过载保护等保护功能。变频器电路由主电路和控制电路组成，其中主电路采用各种电力电子电路构成，它是变频技术的具体实现，包括整流电路、斩波电路、逆变电路、交-交变频电路等。控制电路主要是将信号向整流器、中间电路逆变器进行传输，并且负责接收这三个装置发出的信号。交-直-交变频器是现在最常使用的变频器，其主回路包括整流电路、中间电路、逆变电路。整流电路是一种将交流电能转换为直流电能的电路;中间电路是将直流电变换为另一固定电压或可调电压的直流电;

三、西门子PLC概述

1.西门子PLC技术的优势十分明显，受到了各个行业的青睐，在各个领域的应用已经非常普遍，已经占据了较大的市场份额，在未来还会有更为广阔的发展前景。在工业生产中运用PLC技术，

2.西门子S7-400系列PLC硬件组件部分：机架，电源（PS），中央处理器(CPU),通信模块(CP)，功能模块(FM),接口模块(IM),信号模块(SM)。硬件工作环境要求在0-55度之间，但最好是40度以下，温度太高会造成元件损坏，湿度小于85%，振动应避免超过10g（重力加速度）的冲击，PLC柜应留有足够的维护操作空间，与电磁元件接触器继电器等干扰源100mm以上。不同型号性能也不一样，PLC通过周期循环扫描实现运行。CPU连续执行用户程序的循环序列即为扫描。CPU416-2执行一条二进制指令仅需0.08μs,浮点数加法最小执行时间0.48μs，扫描周期包括三个环节∶其一，输入采样扫描环节。PLC根据顺序对输入端子所有信号进行采集，采集所得到的输入信号输入至映像寄存器，该扫描周期当中用户程序所使用的输入信号都是在映像寄存器内获得。其二，用户程序扫描执行环节。在这一环节，用户程序主要是通过梯形图来表示，再按照先上后下、先左后右这一顺序依次扫描，通过输入映像寄存器的方式获得输入信息。其三，输出刷新扫描环节。主要是对扫描周期内所有信息进行处理，

四、HMI系统

HMI（Human Machine Interface）人机界面,是指人与机器之间进行信息交互和通信的界面，是系统与用户之间进行信息交换的媒介。主要特点是简化操作过程，提高工作效率，减少人为错误提高系统可靠性，直观的用户体验，通过图形化的界面和用户友好的操作方式，使用户能够直观的理解设备状态和操作流程。操作者将需要的产品数据输入HMI设备，经过PLC运算后通过过程控制PIW/PQW传入直流控制器，实现生产设备控制。

五、故障处理诊断

西门子直流调速控制器故障报警码会显示在PMU 上: F(故障)加三个数字。红色LED (故障)亮。

西门子直流调速控制器故障报警码与故障原因参考

F001 电子板电源故障 F004 电源电路板缺相故障 F005 励磁板故障 F006 欠电压故障F007 过电压故障

F008进线电源频率低于设定频率故障 F009 进线电源频率高于设定频率故障  F011 GSST1 电报故障 F012  GSST2 电报故障  F013 GSST4 电报故障  F030 电枢电流过大导致脉冲封锁  F031 速度调节器监控  F038  超速  F040  故障激活  F042 测速机故障

F046 模拟可设置输入故障  F048 编码器故障  F050 优化不通过   F052 优化中断   F062 内部存储器故障

结束语

总之，西门子直流调速技术的稳定性极高，操作比较简单，在各个行业得到了广泛应用，在很大程度上促进了行业的可持续发展。未来随着科技不断进步交流机在生产中得到了大量的使用，但直流电机系统将在工业自动化中的作用将继续发挥作用。

参考文献：

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［2］任云丽，来长胜.基于西门子PLC的Profibus通信的实训项目开发［J］.自动化应用，2017（12）：172-173.

［3］史国生．电气控制与可编程序控制器技术［M］．北京：化学工业出版社，2004．

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