摘 要：本文介绍了由西门子S7-226 PLC与MM440变频器组成的电气控制系统在光缆护套机速度控制中的应用，并对该系统的控制原理作了详细的阐述。
关键词：PLC; 变频器; 速度控制
前言
光缆护套机是通信光缆制造过程中的最后工序的设备，它的作用是在成缆后的缆芯上加综合保护层，以保护缆芯不受外界机械、热、化学及水分的影响。设备的配置如图1所示，传动部分主要由缆芯放线架、钢（铝）带轧纹机、挤塑机、履带式牵引机、收线架等组成。在光缆的护套过程中，根据工艺的要求，整条生产线的速度必须保持稳定，各传动单元间的线速度比例必须协调。高精度地、可靠地保持这个比例系数是保证产品质量，生产正常运行的重要条件，任何原因破坏这种比例协调，就会影响产品的质量，比如光缆外径发生变化、生产过程中钢（铝）带断裂，甚至缆芯被拉断等。由于光缆价格昂贵，成本较高，一旦发生如上质量问题，对企业将造成巨大损失。
因此，本文介绍了由西门子的S7-226 PLC与MM440变频器组成的电气控制系统，该系统自动化程度高、稳定性好、运行可靠。
2 系统构成
在控制系统中，放线、轧纹、挤塑机、牵引机、收线和排线电机均采用交流变频电机，驱动器采用西门子的MM440系列变频器，该变频器是由微处理器控制，采用IGBT作为功率输出器件的西门子最新一代变频器。具有很高的运行可靠性和功能的多样性。操作和生产工艺参数的显示采用西门子的TP-070触摸屏作为上位监控，可以实时、形象地显示现场信号，并可以实时地对现场控制点进行控制。全线控制采用西门子的S7-226 PLC，外加模拟量输入模块EM231。为了提高设备的整体性能，采用S7-226 PLC的自由通讯口分别与上位机TP-070和变频器进行通讯。其中S7-226的端口0用于和MM440通讯（USS4），端口1用于和TP-070通讯。系统结构如图2所示。
3 系统原理
由于该生产线无需频繁启动，而且工艺要求的变速范围也不大，所以达到稳速是该电气传动自动控制最主要的目标，尤其是在系统的升降速过程中各传动单元之间的速度比例必须保持协调。在整条生产线中，生产的线速度是由牵引机的速度决定，因此在该系统的设计中我们以牵引的速度为参考，各传动单元的速度随牵引速度的变化而变化，并且各部分又能单独启动和停止。
1 放线、轧纹和收线电机的速度控制
在生产过程中，由于缆芯和钢（铝）带的盘具都是由满盘到空盘，收线盘是由空盘到满盘，而牵引的速度不会经常变化，所以放线、轧纹、收线电机的线速度（V=ω＊D,式中V:线速度，ω：电机角速度，D:盘具直径）为了与牵引保持同步，随着生产的进程必须根据盘具直径的变化不断对电机的角速度进行微调。该微调信号主要是通过各自的张力舞蹈轮上的电位器来给定，具体是这样的，该电位器信号通过模拟量输入模块EM231送入S7-226 ，与反馈到PLC中的牵引速度信号（即同步信号）叠加，再通过USS4协议由S7-226加到各自的MM440变频器中，作为它们的速度给定信号，间接达到各自张力的恒定，从而保证与牵引同步。在这里需要注意的是，虽然生产线的速度并不是很快，但是由于线盘具有有较大的转动惯量，所以放线和收线电机的加速度不宜太大，因此它们速度的设定应采用PID运算。
2 挤塑机的控制
在光缆护套的开始阶段，为了使光缆的直径达到工艺要求，挤塑机的挤出量必须有一个微调，也就是除了牵引的同步信号外，还要有一个微调信号对挤塑电机加以控制，使挤出量达到规定的工艺要求。该信号可以通过TP-070进行设定并送入PLC,与牵引的同步信号进行叠加后再通过USS4协议送到其MM440变频器重，作为控制该电机的给定信号。另外，在生产开始前，挤塑机一般都要进行排料这一步工序，以检验从模口出来的料的塑化质量。因此还必须有一个独立的手动信号来加以对挤塑电机的控制，该信号也可以由TP-070来设定，后再通过USS4协议送入变频器。
3 牵引速度控制
牵引机的速度决定了整条生产线的线速度，它的控制非常简洁，其速度给定信号直接由TP-070设定后送入PLC，再通过USS4协议从PLC传输到MM440变频器上。在生产过程中，改变牵引的速度给定值不仅改变牵引机本身的速度，还使其它各传动单元的速度随着它的变化按一定的速度比例相应的发生变化，从而使整条生产线保持同步。
线速度的检测主要采用旋转编码器，由S7-226的I0.1和I0.2端口（高速计数器0）送入PLC。单位时间内高速计数器的计数值即为该生产线的线速度，通过TP-070显示于屏幕上。
4 排线控制
由于排线的速度需要根据光缆的直径自动跟踪收线的速度，即V=K＊ω＊D，其中V：排线速度，K: 修正系数，ω：收线速度，D：光缆直径。所以排线电机驱动器的给定信号由以下两个因素决定：（1） 收线速度通过旋转编码器测定，其信号通过S7-226的I0.6和I0.7送入PLC（高速计数器4）。PLC编程采用定时中断，在单位时间内测量到的高速计数器的计数值即为收线速度。（2） 光缆的直径直接由TP-070设定并送入PLC。
PLC将上述两个参数相乘后再乘以相应的修正系数，所得的值就是控制排线电机速度的给定信号，该信号通过USS4协议传输到其MM440变频器上。在这里要注意的是，由于排线电机在工作过程中需要经常换向，也就是说当收到换向信号时排线电机需要高速的降速和升速过程，因此该变频器需外接制动电阻。
5 变频器设置
变频器的设置主要是注意以下几个参数的设定，见列表1所示。
表 1
4 结束语
本系统采用S7-226 PLC自由通讯口方式通讯，由于在MM440变频器上具有RS485接口，从而可以方便实现变频器给定的数字化控制，并且硬件上无需再添加通讯接口。由于MM440变频器具有区别一般通用变频器的自由功能模块和BICO技术，因此可以实现灵活的组态设计，完成工艺复杂的控制要求。变频器的矢量控制，提高了系统的动态响应能力，克服了控制系统由于工艺参数的改变而引起的速度波动，从而保证了该控制系统的稳定性。
参考文献
[1]S7-200可编程序控制器系统手册，西门子公司.