MM440变频器在管式捻股机上的应用

【摘 要】简单介绍SIEMENS 变频器 MM440的特点以及简述老式捻股机的传动方式及存在的不足，并根据工艺要求设计出变频调速的电气控制系统，给出系统组成和控制框图，介绍变频器和PLC实现USS 通讯的硬件接线及软件设计，给出初始化程序并说明程序运行过程。

【关键词】捻股机；MM440；变频控制；USS 通讯

1 前言

常见的管式捻股机，主要由放线部分、筒体部分、在筒体内的摇篮放线装置部分、筒体安全罩、牵引部分、扭转部分、减速箱、收线部分和电器控制部分等组成。其中筒体部分由连接主电机的皮带所驱动。

传统捻股机牵引部分的转速是筒体主电机转速通过地轴机械连接以及减速箱速比变化后的速度，这样就获得牵引转速和筒体旋转转速间不同的相对转速差，最终实现捻出不同的捻距钢丝绳。新型捻股机的牵引部分和筒提部分在机械上已经分离，由牵引电机和筒体电机分别驱动。这样就省掉了地轴部分，避免了由于机械部件老化磨损引起的机械鼓掌、精度偏差以及机械维护问题。

西门子MM440采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。创新的BiCo功能有无可比拟的灵活性。

主要特征：（1）矢量控制方式，可构成闭环矢量控制，闭环转矩控制；（2）高过载能力，内置制动单元；（3）三组参数切换功能。

控制功能：（1）线性v/f控制，平方v/f控制，可编程多点设定v/f控制，磁通电流控制免测速矢量控制，闭环矢量控制，闭环转矩控制，节能控制模式；（2）独立I/O端子板，方便维护；（3）采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接；（4）内置PID控制器，参数自整定；（5）集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP/Device-Net通讯模块；（6）具有15个固定频率，4个跳转频率，可编程；（7）可实现主/从控制及力矩控制方式；（8）在电源消失或故障时具有"自动再起动"功能。

该设备使用了3台西门子变频器MM440来分别控制筒体电机、牵引电机以及收线电机。如图1，图中1是筒体驱动装置的基座；7是牵引轮；10是收线机。

图1 管式捻股机工作原理简图

2 硬件组成

因工艺要求，主机筒体、变速和牵引、收线等部分电机的转速需按一定的比例运行，由PLC控制变频器实现。PLC 采用S7 -314。变频器采用MM440 系列，触摸屏采用TP170 系列。通过RS485 通讯接口运用USS 协议，由PLC 完成对各变频器的控制，系统控制框图如图2。

图2 系统控制框图

各变频器的运行指令，运行频率均由PLC发出，整个控制系统接线简单，用一根双绞线连接即可。并分别对触摸屏，PLC，1#变频器，2#变频器，3#变频器设定站号。USS通讯硬件电缆可采用双绞线， S7 -314的PIN4 接MM440的PIN30， S7 -314的PIN11接MM440D的PIN29。通讯采用较高的波特率9.6 KB/s。然后设置MM440 变频器USS通讯的系统参数。

3 软件配置

该系统运用西门子STEP7 软件编写程序，可把各变频器所需要工艺参数存储在PLC 内，

当设备运行时， 通过触摸屏将参数分配给各变频器， PLC内置PID功能块对模拟量进行调节和控制，方便了对模拟量进行调节和控制以及转换，能精确控制变频器的频率。根据不同钢丝绳参数的要求，将3个电机转速的参数转换成相应的频率，值由人机界面输入，各电机启动时间现场调整，系统的3个变频器按照系统设定值运行。

CPU与变频器通讯组态串口通讯可在STEP7软件程序中设置：HW Config中选择ASCII协议；CPU STOP处理为STOP模式；传送波特率9.6bit/s，数据位8位、停止位、奇偶校验为偶校验；信号赋值为半双工方式；在PLC编程中选择站号为3，PDZ和PKW为4。

其他站的PKW和PZD数完全相同，站号连续设定。DB50 ，DB100任选，DB10用于串口通讯块，DB100中的请求数据通过DB50来指向DB10，由SFB60发送，SFB61通过DB10做接收区，由DB50储存在DB100中。程序中PKW发送区为DBW22～28，PZD发送区为DW30～36， PKW 接收区为DBW 38 ～44， PZD 接收区为DBW 45 ～ 52 。程序中调用顺序是FC21 （USS 发送） 、SFB60 （串口发送） 、FC22 （USS 接收） 、SFB61 （串口接收） 。

触摸屏主要实现人机对话、设备操作、参数设定、数据存储、报警等功能。对于触摸屏组态采用PROTOOL6 软件即可。

4 结束语

在捻股机运行过程中，最终客户对设备在低速运行状态下的控制性能要求很高。低速点动时牵引电机必须紧紧跟随主机的速度变化，从而保证低速运行时捻距的稳定。由于此种型号的捻股机捻距大小完全靠主机和从机的速度比来实现，从本质上来说是要保证主机和从机旋转的相位比恒定。

变频控制的捻股机提高了设备的自动化程度，保障了设备的稳定运行，而且可方便地接入企业的生产管理系统，为设备升级、管理水平的提高做好准备。

参考文献：

[1]廖常初主编《S7-300/400 PLC 应用技术》.机械工业出版社，2012.01.01.

[2]天津电气传动设计研究所编著.《电气传动自动化技术手册》.机械工业出版社，2011.5.1.

[3]马宁，孔红著.《S7-300PLC和MM440变频器的原理与应用》.机械工业出版社，2006.9.