機(jī)電文章

收卷機(jī)和排線裝置中變頻器的應(yīng)用方案

收卷機(jī)和排線裝置主要用于在收卷過程中確保材料（如紙張、薄膜、線材等）整齊、均勻地排列在卷筒上，避免出現(xiàn)堆疊或偏移。以下結(jié)合工藝設(shè)備流程，詳細(xì)說明變頻器的應(yīng)用方案，包括電機(jī)選擇、接線方式、參數(shù)設(shè)置、控制邏輯，以及是否需要PLC、觸摸屏或工控機(jī)的配合。

1. 收卷機(jī)排線裝置的功能分析

收卷機(jī)的排線裝置通常需要以下功能：

• 主收卷電機(jī)：驅(qū)動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)，完成材料的收卷。

• 排線電機(jī)：驅(qū)動(dòng)排線裝置左右移動(dòng)，確保材料均勻分布在卷筒上。

• 張力控制：保持材料在收卷過程中的張力恒定，避免拉伸或松弛。

• 速度同步：排線電機(jī)的移動(dòng)速度需要與主收卷電機(jī)的轉(zhuǎn)速同步，以匹配材料的收卷速度。

• 位置控制：排線裝置需要根據(jù)卷筒寬度進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，設(shè)置左右限位。

• 啟停控制：通過外部信號(hào)（如按鈕或PLC）控制收卷和排線的啟停。

• 故障保護(hù)：檢測(cè)過載、斷相、過流等故障，及時(shí)停機(jī)保護(hù)。

典型收卷機(jī)排線裝置帶有主收卷電機(jī)（驅(qū)動(dòng)卷筒）和排線裝置（通過絲杠實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)）。我們將使用900系列變頻器來控制主收卷電機(jī)和排線電機(jī)。

2. 電機(jī)選擇與功能分配

2.1 主收卷電機(jī)

• 功能：驅(qū)動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)，完成材料收卷。

• 電機(jī)選擇：根據(jù)收卷機(jī)的負(fù)載和卷筒直徑，假設(shè)需要功率為4kW的三相異步電機(jī)（380V）。從手冊(cè)第5頁的變頻器型號(hào)表中，選擇型號(hào) 900-0040G1（適配4kW電機(jī)，額定輸出電流18A）。

• 控制方式：采用V/F控制模式（適合收卷機(jī)這種負(fù)載變化較大的場(chǎng)景），通過變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以控制收卷速度。

2.2 排線電機(jī)

• 功能：驅(qū)動(dòng)排線裝置左右移動(dòng)，通過絲杠機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

• 電機(jī)選擇：排線電機(jī)通常功率較小，假設(shè)需要0.75kW的三相異步電機(jī)（380V）。從手冊(cè)第5頁的變頻器型號(hào)表中，選擇型號(hào) 900-0007M3（適配0.75kW電機(jī)，額定輸出電流2.5A）。

• 控制方式：采用開環(huán)矢量控制模式（適合需要精確速度和方向控制的場(chǎng)景），通過變頻器控制排線電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和速度。

3. 變頻器接線設(shè)計(jì)

3.1 主收卷電機(jī)變頻器（900-0040G1）接線

• 電源輸入：

• 變頻器輸入端子 R, S, T 連接三相380V電源。

• 接地端子 PE 連接地線，確保安全。

• 電機(jī)輸出：

• 變頻器輸出端子 U, V, W 連接主收卷電機(jī)的三相輸入。

• 控制端子接線（參考手冊(cè)第3章“機(jī)械安裝與電氣連接”）：

• DI1（啟?？刂疲?/span>：連接外部啟動(dòng)按鈕（常開觸點(diǎn)），用于啟動(dòng)/停止主收卷電機(jī)。

• DI2（正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)）：連接外部方向切換開關(guān)，控制主收卷電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向（通常收卷機(jī)只需要正轉(zhuǎn)）。

• AI1（速度給定）：連接電位器（0-10V）或PLC模擬量輸出，用于調(diào)節(jié)主收卷電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

• DO1（運(yùn)行狀態(tài)輸出）：連接指示燈或PLC輸入，輸出變頻器運(yùn)行狀態(tài)。

• +24V和COM：用于外部控制回路的電源和公共端。

3.2 排線電機(jī)變頻器（900-0007M3）接線

• 電源輸入：

• 變頻器輸入端子 R, S, T 連接三相380V電源。

• 接地端子 PE 連接地線。

• 電機(jī)輸出：

• 變頻器輸出端子 U, V, W 連接排線電機(jī)的三相輸入。

• 控制端子接線：

• DI1（正轉(zhuǎn)）：連接左限位開關(guān)（常閉觸點(diǎn)），當(dāng)排線裝置到達(dá)左側(cè)限位時(shí)觸發(fā)，停止正轉(zhuǎn)。

• DI2（反轉(zhuǎn)）：連接右限位開關(guān)（常閉觸點(diǎn)），當(dāng)排線裝置到達(dá)右側(cè)限位時(shí)觸發(fā)，停止反轉(zhuǎn)。

• DI3（啟?？刂疲?/span>：與主收卷電機(jī)的啟停信號(hào)聯(lián)動(dòng)（通過PLC或繼電器）。

• AI1（速度給定）：通過PLC模擬量輸出（0-10V）給定速度，與主收卷電機(jī)速度同步。

• DO1（運(yùn)行狀態(tài)輸出）：連接PLC輸入，輸出排線電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 接線圖（文字描述）

主收卷電機(jī)變頻器接線圖：

復(fù)制代碼

三相電源 380V

|  |  |

R  S  T

|  |  |-------> 變頻器 (900-0040G1) 輸入端子 R, S, T

PE-------------> 變頻器 PE 接地端子



變頻器輸出 U, V, W

|  |  |

U  V  W-------> 主收卷電機(jī) (4kW)



控制端子：

外部啟動(dòng)按鈕-------> DI1 - COM

方向切換開關(guān)-------> DI2 - COM

電位器 (0-10V)-------> AI1 - GND

指示燈--------------> DO1 - COM

排線電機(jī)變頻器接線圖：

復(fù)制代碼

三相電源 380V

|  |  |

R  S  T

|  |  |-------> 變頻器 (900-0007M3) 輸入端子 R, S, T

PE-------------> 變頻器 PE 接地端子



變頻器輸出 U, V, W

|  |  |

U  V  W-------> 排線電機(jī) (0.75kW)



控制端子：

左限位開關(guān)---------> DI1 - COM

右限位開關(guān)---------> DI2 - COM

啟停信號(hào) (PLC)-----> DI3 - COM

PLC 模擬量 (0-10V)-> AI1 - GND

PLC 輸入------------> DO1 - COM

4. 參數(shù)設(shè)置

4.1 主收卷電機(jī)變頻器（900-0040G1）參數(shù)設(shè)置

參考手冊(cè)第5章“參數(shù)說明”，設(shè)置以下關(guān)鍵參數(shù)：

• F0-00（命令源）：設(shè)為1（端子控制），通過DI1控制啟停。

• F0-01（目標(biāo)頻率給定方式）：設(shè)為2（AI1模擬量給定），通過電位器調(diào)節(jié)速度。

• F0-03（最大頻率）：設(shè)為50Hz（根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整）。

• F0-09（電機(jī)額定頻率）：設(shè)為50Hz。

• F0-10（電機(jī)額定電壓）：設(shè)為380V。

• F1-00（DI1功能）：設(shè)為1（正轉(zhuǎn)運(yùn)行）。

• F1-01（DI2功能）：設(shè)為2（反轉(zhuǎn)運(yùn)行）。

• F6-12（電機(jī)過載保護(hù)）：設(shè)為150%（根據(jù)電機(jī)額定電流調(diào)整）。

• F7-00（通訊地址）：設(shè)為1（如果使用PLC通訊）。

4.2 排線電機(jī)變頻器（900-0007M3）參數(shù)設(shè)置

• F0-00（命令源）：設(shè)為1（端子控制），通過DI1和DI2控制正反轉(zhuǎn)。

• F0-01（目標(biāo)頻率給定方式）：設(shè)為2（AI1模擬量給定），通過PLC調(diào)節(jié)速度。

• F0-03（最大頻率）：設(shè)為30Hz（排線電機(jī)速度較低，根據(jù)絲杠速比調(diào)整）。

• F0-09（電機(jī)額定頻率）：設(shè)為50Hz。

• F0-10（電機(jī)額定電壓）：設(shè)為380V。

• F1-00（DI1功能）：設(shè)為1（正轉(zhuǎn)運(yùn)行）。

• F1-01（DI2功能）：設(shè)為2（反轉(zhuǎn)運(yùn)行）。

• F1-02（DI3功能）：設(shè)為5（自由停機(jī)），與主收卷電機(jī)聯(lián)動(dòng)。

• F6-12（電機(jī)過載保護(hù)）：設(shè)為150%。

5. 控制邏輯設(shè)計(jì)

5.1 速度同步邏輯

• 排線電機(jī)的速度需要與主收卷電機(jī)的速度同步。假設(shè)卷筒直徑為D，材料厚度為t，卷筒轉(zhuǎn)速為n（rpm），則材料收卷線速度為：

• 排線裝置的移動(dòng)速度 $v_{\text{排線}}$ 需要與 $v$ 匹配，假設(shè)絲杠的螺距為p，排線電機(jī)轉(zhuǎn)速為 $n_{\text{排線}}$，則：

• 因此，排線電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)為：

• 通過PLC計(jì)算 $n_{\text{排線}}$，并將對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)（0-10V）輸出到排線變頻器的AI1端子。

5.2 往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制

• 排線裝置通過左右限位開關(guān)控制往復(fù)運(yùn)動(dòng)：

• 當(dāng)排線裝置到達(dá)左側(cè)限位時(shí)，左限位開關(guān)斷開，DI1信號(hào)失效，變頻器停止正轉(zhuǎn)，觸發(fā)DI2啟動(dòng)反轉(zhuǎn)。

• 當(dāng)排線裝置到達(dá)右側(cè)限位時(shí)，右限位開關(guān)斷開，DI2信號(hào)失效，變頻器停止反轉(zhuǎn)，觸發(fā)DI1啟動(dòng)正轉(zhuǎn)。

5.3 張力控制

• 張力控制可以通過主收卷電機(jī)的轉(zhuǎn)速微調(diào)實(shí)現(xiàn)。如果需要更精確的張力控制，可以加裝張力傳感器，通過PLC采集張力信號(hào)，動(dòng)態(tài)調(diào)整主收卷電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

6. PLC、觸摸屏選配與應(yīng)用

6.1 是否需要PLC和觸摸屏

• PLC：建議使用PLC來實(shí)現(xiàn)速度同步、往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制和張力控制的邏輯運(yùn)算，以及與變頻器的通訊。

• 觸摸屏：用于設(shè)置參數(shù)、監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)（如轉(zhuǎn)速、張力、故障信息）和操作控制（啟停、速度調(diào)節(jié)）。

6.2 選型推薦

• PLC：西門子S7-1200系列（如CPU 1214C DC/DC/DC）

• 理由：支持Modbus-RTU通訊（與變頻器兼容），有足夠的I/O點(diǎn)（數(shù)字量和模擬量），性價(jià)比高。

• 配置：帶模擬量輸入/輸出模塊（用于采集張力信號(hào)和輸出速度給定信號(hào)）。

• 觸摸屏：西門子KTP700 Basic（7英寸）

• 理由：與S7-1200兼容，支持Modbus通訊，界面友好，適合工業(yè)環(huán)境。

6.3 PLC與變頻器通訊

• 通訊方式：使用Modbus-RTU協(xié)議（參考手冊(cè)第6章）。

• 設(shè)置：

• 主收卷變頻器通訊地址（F7-00）設(shè)為1，波特率（F7-01）設(shè)為19200bps，數(shù)據(jù)格式（F7-02）設(shè)為8-E-1。

• 排線變頻器通訊地址（F7-00）設(shè)為2，波特率和數(shù)據(jù)格式同上。

• PLC程序：

• 讀取主收卷變頻器的轉(zhuǎn)速（寄存器U0-00）。

• 計(jì)算排線變頻器的目標(biāo)頻率，寫入寄存器0x01。

• 監(jiān)控故障狀態(tài)（寄存器U0-51~U0-71），若有故障則停機(jī)。

6.4 觸摸屏界面設(shè)計(jì)

• 主界面：顯示主收卷電機(jī)轉(zhuǎn)速、排線電機(jī)轉(zhuǎn)速、材料張力、運(yùn)行狀態(tài)。

• 參數(shù)設(shè)置：設(shè)置卷筒直徑、材料厚度、絲杠螺距、最大轉(zhuǎn)速等。

• 控制按鈕：?jiǎn)?dòng)、停止、急停、速度調(diào)節(jié)（通過滑動(dòng)條）。

7. 控制示意圖（文字描述）

復(fù)制代碼

PLC (S7-1200)

|-------> RS485通訊 ------> 主收卷變頻器 (地址1)

|-------> RS485通訊 ------> 排線變頻器 (地址2)

|

|-------> 模擬量輸出 -----> 主收卷變頻器 AI1 (速度給定)

|-------> 模擬量輸出 -----> 排線變頻器 AI1 (速度給定)

|

|-------> 數(shù)字量輸入 -----> 左限位開關(guān)

|-------> 數(shù)字量輸入 -----> 右限位開關(guān)

|

|-------> 模擬量輸入 -----> 張力傳感器



觸摸屏 (KTP700)

|-------> 與PLC通訊，顯示和控制

8. 實(shí)施步驟

1. 安裝：按照手冊(cè)第3章要求，安裝變頻器和電機(jī)，確保通風(fēng)良好，接線牢固。

2. 接線：按上述接線圖連接電源、電機(jī)和控制端子。

3. 參數(shù)設(shè)置：按第4節(jié)設(shè)置變頻器參數(shù)，測(cè)試電機(jī)運(yùn)行是否正常。

4. PLC編程：編寫速度同步和往復(fù)運(yùn)動(dòng)控制邏輯，測(cè)試通訊功能。

5. 觸摸屏配置：設(shè)計(jì)界面，測(cè)試操作功能。

6. 調(diào)試：?jiǎn)?dòng)收卷機(jī)，調(diào)整速度和張力參數(shù)，確保排線均勻。

9. 注意事項(xiàng)

• 安全：遵守手冊(cè)第1章的安全注意事項(xiàng)，確保接地可靠，避免誤操作。

• 電機(jī)參數(shù)調(diào)諧：如果使用矢量控制，需進(jìn)行電機(jī)參數(shù)自整定（參考手冊(cè)第4章）。

• 故障排查：若出現(xiàn)過流、過壓等故障，參考手冊(cè)第7章進(jìn)行排查。

通過以上方案，900系列變頻器可以很好地應(yīng)用在收卷機(jī)的排線裝置上，實(shí)現(xiàn)速度同步、往復(fù)運(yùn)動(dòng)和張力控制等功能。如果需要更詳細(xì)的PLC程序或觸摸屏界面設(shè)計(jì)，可以聯(lián)系我們提供貼心服務(wù)。