西門子MM440變頻器在內(nèi)螺紋機(jī)的應(yīng)用

魏海翔，程　鵬，劉翠華（1.中山市技師學(xué)院，廣東中山　5280；2.華南理工大學(xué)，廣東廣州　51060；.蒂森電梯有限公司，廣東中山　52855；.中山市黃圃鎮(zhèn)科委，廣東中山　52829）

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西門子MM440變頻器在內(nèi)螺紋機(jī)的應(yīng)用

魏海翔1，2，程鵬3，劉翠華4
（1.中山市技師學(xué)院，廣東中山528403；2.華南理工大學(xué)，廣東廣州510640；3.蒂森電梯有限公司，廣東中山528455；4.中山市黃圃鎮(zhèn)科委，廣東中山528429）

摘要：變頻器MM440是德國西門子公司研制出的一種能廣泛應(yīng)用多個(gè)工業(yè)場合的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器，它采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)具備超強(qiáng)的過載能力。根據(jù)銅管內(nèi)螺紋加工過程中放線裝置、高頻電機(jī)裝置、V型槽裝置和收線裝置中，電機(jī)不同的啟動(dòng)和停止方式、運(yùn)行中速度和轉(zhuǎn)矩變化等特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了變頻器MM440針對上述各電機(jī)的參數(shù)設(shè)定及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)運(yùn)行符合生產(chǎn)需要，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：變頻器；S7-200PLC；內(nèi)螺紋機(jī)

0　引言

銅管產(chǎn)品是制冷設(shè)備進(jìn)行熱交換的一個(gè)主要部件，由于銅的價(jià)值大、制冷設(shè)備用銅管量多、銅管熱交換率要高等因素，就要求銅管產(chǎn)品壁薄而且管內(nèi)接觸面積大，故對銅管產(chǎn)品加工的設(shè)備要求顯得非常重要。內(nèi)螺紋機(jī)就是一種能生產(chǎn)銅管產(chǎn)品達(dá)到壁薄而且管內(nèi)接觸面積大要求的設(shè)備，一般是由收放線電機(jī)裝置，V型槽電機(jī)裝置，高頻電機(jī)裝置及放線補(bǔ)償裝置構(gòu)成。早期的內(nèi)螺紋銅管設(shè)備主要由國外AU?TOMAX公司進(jìn)口，該公司生產(chǎn)的內(nèi)螺紋機(jī)設(shè)備由高頻電機(jī)控制系統(tǒng)和收放線電機(jī)控制系統(tǒng)，V型電機(jī)控制系統(tǒng)組成。該設(shè)備的系統(tǒng)復(fù)雜，控制柜由7個(gè)尺寸為800×2 200（mm×mm）組成。而且高速馬達(dá)控制采取磁懸浮技術(shù)控制，故該系統(tǒng)的控制模塊較多，維修費(fèi)用高，光一臺(tái)專用變頻器就要10萬，而且備件購貨周期較長，模塊一旦出現(xiàn)故障就容易造成生產(chǎn)停頓。所以這種類型的內(nèi)螺紋設(shè)備已跟不上快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。而本文介紹這個(gè)系統(tǒng)，是采用西門S7-200 PLC為主以及西門子變頻器MM440為輔的控制系統(tǒng)，兩者構(gòu)成一個(gè)簡單的控制系統(tǒng)在內(nèi)螺紋機(jī)設(shè)備。不但能達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求，而且設(shè)備的維護(hù)成本低[1]。

1　系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)銅管生產(chǎn)加工工藝要求，把內(nèi)表面光滑的銅管經(jīng)過裝有內(nèi)螺紋芯頭拉伸模的高頻電機(jī)，再經(jīng)過V型槽電機(jī)拉撥成各種規(guī)格的內(nèi)螺紋銅管。國產(chǎn)內(nèi)螺紋機(jī)設(shè)備主要由放線裝置、高速電機(jī)裝置、V型槽裝置、收線裝置組成。

（1）放線裝置

放線裝置是由放線電機(jī)機(jī)構(gòu)和放線補(bǔ)償構(gòu)成，放線電機(jī)機(jī)構(gòu)由7.5 kW的三相交流變頻電機(jī)經(jīng)過減速箱組成，并帶動(dòng)重達(dá)3噸的料框和料框內(nèi)的銅管作變速圓周運(yùn)動(dòng)[2]。由于在生產(chǎn)中放卷料筐內(nèi)的銅管排放是不規(guī)則的，要保證銅管順利平穩(wěn)從料框出去，所以要求放線電機(jī)的速度實(shí)時(shí)變化，而且每次轉(zhuǎn)速變化幅度較大，故放線機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大。如果控制不穩(wěn)定料框內(nèi)的銅管極易飛出料框，造成銅管材料浪費(fèi)。采用MM440控制實(shí)現(xiàn)電機(jī)對速度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，且不易過載[3]。放線電機(jī)在工作起步階段時(shí)，由S7-200PLC I/O輸出線路直接控制MM440變頻器啟動(dòng)，同時(shí)安裝在控制操作臺(tái)上的電位器，該電位器的線路接入控制MM440的模擬端子3號、4號，可以對放線電機(jī)的速度進(jìn)行微調(diào)。當(dāng)放線電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的速度調(diào)整則通過放線補(bǔ)償裝置來進(jìn)行補(bǔ)償控制，放線補(bǔ)償裝置是由一個(gè)U型掛鉤和一個(gè)DC24V角度編碼器組成。當(dāng)內(nèi)螺紋機(jī)整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)速度不匹配時(shí)，銅管會(huì)在U型掛鉤中左右擺動(dòng)時(shí)，同時(shí)帶動(dòng)U掛鉤擺動(dòng)，U型掛鉤通過機(jī)械裝置帶動(dòng)角度編碼器的軸在0～300°之間變化，同時(shí)輸出DC 0-10V直流電壓到PLC模擬量輸入模塊，在經(jīng)過PLC內(nèi)部程序運(yùn)算后，輸出DC 0-10V的信號并直接驅(qū)動(dòng)MM440，來微調(diào)控制放線電機(jī)的速度[4]，使放線速度與系統(tǒng)整體速度相匹配，銅管不會(huì)拋出料框。

（2）高頻電機(jī)裝置

高頻電機(jī)裝置由高頻電機(jī)和其它冷卻系統(tǒng)組，其中高頻電機(jī)是整個(gè)生產(chǎn)工藝核心之處。銅管內(nèi)部能否形成內(nèi)螺紋，就要靠高頻電機(jī)帶動(dòng)裝有螺紋芯頭的加工模具在銅管內(nèi)部高速運(yùn)轉(zhuǎn)，而形成的內(nèi)螺紋。因此對高速電機(jī)和變頻器要求很高。本系統(tǒng)高頻電機(jī)功率18.5 kW，速度最高達(dá)到35 000 r/min，則要求變頻器輸出頻率達(dá)到580 Hz，MM440是全新一代可以廣泛應(yīng)用的多功能標(biāo)準(zhǔn)變頻器。它采用高性能的矢量控制技術(shù)，提供低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)具備超強(qiáng)的過載能力，最大輸出頻率為650 Hz。因此選用MM440為最佳選擇。本系統(tǒng)采用三段速度，當(dāng)4個(gè)電機(jī)同時(shí)起步時(shí)，采用第一段速度，經(jīng)過第一段及第二段速度平穩(wěn)過度時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入第三速度，此時(shí)高速電機(jī)在MM440控制下，以35 000 r/min速度運(yùn)行。

（3）V型槽裝置

V型槽裝置由一臺(tái)15 kW三相交流變頻電機(jī)和約4米寬的V型凹槽大圓盤組成，V型槽在生產(chǎn)中對銅管起著拉拔作用，工藝要求銅管在拉伸過程中，V型槽的線速度在50 m/min，電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)的低速恒扭矩到正常速度時(shí)恒扭矩。故對變頻器的輸出扭力要求非常嚴(yán)格，如果扭力過高則會(huì)拉扁銅管，甚至?xí)瓟嚆~管。如果扭力不夠則拉不動(dòng)銅管。西門子MM440低速高轉(zhuǎn)矩輸出和良好的動(dòng)態(tài)特性，以及具備超強(qiáng)的過載能力完全可以勝任此項(xiàng)工作。

（4）收線裝置

收線裝置是由收線電機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，收線電機(jī)機(jī)構(gòu)由7.5 kW的三相交流變頻電機(jī)經(jīng)過減速箱組成，并帶動(dòng)重達(dá)3噸的料框和料框內(nèi)的銅管作恒定速速圓周運(yùn)動(dòng)。收線電機(jī)的速度是以V型槽電機(jī)速度為參考，當(dāng)V型槽電機(jī)速度變化時(shí)，S7-200PLC輸出模擬信號給收線電機(jī)的MM440變頻器，使MM440變頻器能快速控制收線電機(jī)速度。使收線裝置上的料框能有序接收并擺放好銅管。

2　控制系統(tǒng)構(gòu)成

2.1控制系統(tǒng)系統(tǒng)圖

系統(tǒng)硬件配置如圖1所示。

控制系統(tǒng)由西門子人機(jī)界面TD200、西門子PLCS7-200和西門子變頻器MM440組成，通過在人機(jī)界面設(shè)定工作參數(shù)，PLC接受系統(tǒng)指令，控制變頻器的運(yùn)行，使整個(gè)系統(tǒng)高效可靠運(yùn)行。

圖1　系統(tǒng)硬件配置

2.2變頻器的主要調(diào)試參數(shù)

根據(jù)內(nèi)螺紋機(jī)的工作特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際工作特點(diǎn)，對變頻器MM440的主要參數(shù)設(shè)定如表1所示。

表1　參數(shù)設(shè)定

通過上述變頻器MM440參數(shù)的設(shè)定，變頻器MM440能發(fā)揮其矢量精準(zhǔn)控制、低速高轉(zhuǎn)矩輸出、良好動(dòng)態(tài)特性、超強(qiáng)的過載能力等優(yōu)點(diǎn)，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

3　小結(jié)

經(jīng)過內(nèi)螺紋機(jī)的長期生產(chǎn)實(shí)踐證明，用西門子變頻器MM440可以滿足銅管內(nèi)螺紋的加工要求，而且該變頻器操作通俗易懂，不但可通過BOP、AOP等對變頻器進(jìn)行基本參數(shù)的設(shè)置，也可以通過專用調(diào)試軟件如Drivemoniter或Starter進(jìn)行面向參數(shù)表的調(diào)試和啟動(dòng)。MM440變頻器是西門子公司新一代變頻器，其在銅管螺紋機(jī)應(yīng)用中的主要特點(diǎn)有：控制功能強(qiáng)大，適用性強(qiáng)；其控制方式多樣：FCC、各種VF、力矩控制等可根據(jù)負(fù)載特性靈活選擇；模擬、數(shù)字的輸入輸出端子功能可編程使用；以及對電動(dòng)機(jī)的保護(hù)措施有PTC過熱、過流、短路等保護(hù)；另外只要有電工基礎(chǔ)和傳動(dòng)知識(shí)基礎(chǔ)，都可以進(jìn)行操作，所以應(yīng)用廣泛[5]。

參考文獻(xiàn)：

［1］魏海翔，劉翠華.變頻調(diào)速在螺旋焊管機(jī)組主驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用［J］.焊管，2007（01）：56-59.

［2］王勝，潘超.西門子6SE70變頻器的應(yīng)用及常見故障處理［J］.變頻器世界，2012（9）：72-74.

［3］羅慶祝.低壓通用變頻器的應(yīng)用和選型［J］.電氣技術(shù)，2009（10）：1-4.

［4］宋伯生. PLC編程應(yīng)用指南［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［5］李方園.造紙沖漿泵中交流變頻器的應(yīng)用［J］.機(jī)電工程，2007（06）：69-70.

(編輯：向飛)

Application of Siemens MM440 Inverter in Internal Thread Machine

WEI Hai-xiang1、2，CHENG Peng3，LIU Cui-hua4
（1. Zhongshan Technician College，Zhongshan528403，China；2. South China University of Technology，Guangzhou510640，China；3. Thyssen Elevator Co.，Ltd.，Zhongshan528455，China；4. Zhongshan Huangpu Science Committee，Zhongshan528429，China）

Abstract:The inverter MM440 is Germany Siemens company developed a wide range of applications can be multiple industrial applications of multifunctional standard drive, which uses a high-performance vector control technology to provide low speed high torque output and excellent dynamic characteristics, at the same time with superior overload. This article puts the antenna device according to internal brass thread processing, high-frequency electrical device, V-groove means and the closing line unit, the motor different start and stop mode, the speed and torque characteristics change operation, detailing the frequency MM440 is designed for the respective motor parameter setting and control system, allowing the system to run in line with production needs, improve product quality and production efficiency.

Key words:inverter；S7-200PLC；threading machine

作者簡介：第一魏海翔，男，1974年生，江西南昌人，碩士，高級工程師。研究領(lǐng)域：自動(dòng)化技術(shù)。

收稿日期：2015－10－17

DOI:10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2015. 11. 026

中圖分類號：TN773

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：1009－9492 ( 2015 ) 11－0098－03