6ES7223-1BH22-0XA8规格参数

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6ES7223-1BH22-0XA8规格参数油田作为一个特殊行业，有其独特的背景，油田中变频器的应用主要集中在：游梁式抽油机控制（俗称“磕头机”）、电潜泵控制、注水井控制和油气集输控制等几个场合。本文主要介绍台亿变频器在游梁式抽油机上的应用。一、 磕头机的工作原理图1 游梁式抽油机实物图目前，在油田抽油设备中，以游梁式磕头抽油机应用为普遍，数量也多，但是，传统的磕头机普遍存在着启动冲击大，运行耗电多，大马拉小车、效率低下等诸多问题，加之油井情况复杂，稠油、结蜡、沙卡现象较多，断杆、烧电机等现象经常发生，对电动机没有可靠的保护功能，设备维修量大，为此，急需对现有的抽油机设备进行改造。当磕头机工作时，驴头悬点上作用的载荷是变化的。上冲程时，驴头悬点需提起抽油杆柱和液柱，在抽油机未进行平衡的条件 下，电动机就要付出很大的能量。在下冲程时，抽油机杆柱转而对电动机做功，使电动机处于发电机的运行状态。抽油机未进行平衡时，上、下冲程的载荷极度不均 匀，这样将严重地影响抽油机的四连杆机构、减速箱和电动机的效率和寿命，恶化抽油杆的工作条件，增加它的断裂次数。为了消除这些缺点，一般在抽油机的游梁 尾部或曲柄上或两处都加上了平衡重，如图1所示。这样一来，在悬点下冲程时，要把平衡重从低处抬到高处，增加平衡重的位能。为了抬高平衡配重，除了依靠抽 油杆柱下落所释放的位能外，还要电动机付出部分能量。在上冲程时，平衡重由高处下落，把下冲程时储存的位能释放出来，帮助电动机提升抽油杆和液柱，减少了 电动机在上冲程时所需给出的能量。目前使用较多的游梁式抽油机，都采用了加平衡配重的工作方式，因此在抽油机的一个工作循环中，有两个电动机运行状态和两 个发电机运行状态。当平衡配重调节较好时，其发电机运行状态的时间和产生的能量都较小。游梁式抽油机的变频改造主要有以下3个方面(1) 大大提高了功率因数（可由原来的0.25～0.5提高到0.9以上），大大减小了供电电流，从而减轻了电网及变压器的负担，降低了线损，可省去大量的“增容”开支.这主要集中在供电企业对电网质量要求较高的场合，为避免电网质量的下降，需引入变频控制，其主要目的就是减小抽油机工作过程对电网的影响。在前期井中，由于刚开采，储油量大，使用变频器运行至 65HZ，频率提高了1/3，相应地电机转速提高了30%，其采用油量也相应提高，其综合采油率可比工频情况下多采油 20%，工效提高了1.2倍，很受油田采油工的欢迎。(2) 以节能为目标的变频改造。这点较普遍，一方面，油田抽油机为克服大的起动转矩，采用的电动机远远大于实际所需功率，工作时电动机利用率一般为 20%～30%，高不会超过50%，电动机常处于轻载状态，造成资源浪费。另一方面，抽油机工作情况的连续变化，取决于地底下的状态，若始终处于工频运行，也会造成电能浪费。为了节能，提高电动机工作效率，需进行变频改造。在中、后期井中，由于井储量减少，电机若仍工频行，势必浪费电能，造成不必要的损耗，因而我们采用降低转速的方式，减少冲程，一般将变频器的频率运行至35-40HZ之间，这样电机转速下降了30%，加之采油设备一般负荷较轻，节电率可达25%左右，而且提高了功率因数，减少了无功损耗。(3) 变频器具有软启/软停功能，在电机启动时，减少了对抽油杆的机械冲击，对稠油、结蜡、沙卡、等都能效地进行保护停机，以保护电机及机械设备，减少维修量，防止断杆，变频器对过压、欠压，过载、短路及电机失速都能可靠地保护，对延长电机的寿命，减少机械设备的磨损等，都具有很好的作用。由于实现了真正的“软起动”，对电动机、变速箱、抽油机都避免了过大的机械冲击，大大延长了设备的使用寿命，减少了停产时间，提高了生产效率。以提高电网质量和节能为目的的变频改造。这种情况综合了上面两种改造的优点，是应用中的一个重要发展方向。三、 抽油机的技术发展代：先的抽油机主马达主要是采用三相异步电机启动，三相异步电动机启动运行缺点就是没有调速功能，只能保持一个恒速，严重影响产油量。这种不带保护的抽油机电机控制方式已经退出了历史舞台。第二代：由于直流电动机的面世，也加快了直流电机在抽油机上的应用，从而替代了异步电机的使用。采用直流调速的方法明显的优胜三相异步电机，产油量也高了许多；但直流电动机成本比较高，其调速性能也不是很理想。第三代：采用变级电机调速，就是改变电机极对数来达到调速的目的，常采用4／8／32极多速电机实现。但其装置比较复杂，占用空间也比较大，设备寿命短，稳定性不太好。第四代：变频调速技术，由于变频调速技术已成为节能及提高产品效益质量的有效措施，油田中变频器应用在游梁式抽油机已经非常广泛。由于油井的类型和工况千 差万别，井下渗油和渗水量每时每刻都在变．抽油机的负载变化是无规律的，故采用变频调速技术，使抽油机的运动规律适应油井的变化工况，实现抽油系统效率的 提高，达到节能增产的目的。下面钟对变频器在油田嗑头机中的应用，例出几个应用方案做简要论述。五、 总结总之，变频调速技术作为高新技术、基础技术和节能技术，其应用已经渗透到石油行业的各个技术部门。汽车转向泵是一种中汽车的零部件，它由多种零件组成，需要借助不同的设备，按照一定的工序把它们组装起来。在整个过程中，不仅要完成基本的装配，还要对过程中诸如压力、位移、时间等参数进行实时监控，以满足工艺所提出的严格要求，保证装配质量。汽车转向泵自动装配线就是完成上述功能的一组设备，它是由多个工位组成的一条流水生产线，每个工位分别由1台可编程控制器控制，以实现不同的功能。1 设备及工艺要求整个装配线共有12个工位，其工艺流程如图1所示。图1 汽车转向泵自动装配线工艺流程图WS1.1工位用于把滚针轴承压入端盖孔内。其工作过程如下：先把端盖放在压台上，再把滚针轴承放入压头槽内，然后同时揿下双手按钮，如果轴承方向正确，则夹具锁紧，压机下压，否则，红灯闪烁报警，压机不工作，同时OP3操作面板上显示有关错误信息。当压机下压时，系统启动CoMoⅡ-S智能测量仪表，对压力和位移进行检测，如果结果合格，则绿灯亮，压机退回，夹具松开，可以将零件转入下道工序；如果结果不合格，则红灯亮，按下复位按钮后，夹具松开，取出零件，并让它通过废品确认检测点，再放入废品盒内，延迟数秒钟以后，方能重复下次循环，每次装配的结果都能以文本方式即时在OP3操作面板上显示出来。根据工艺要求，不仅终压力应控制在一定的范围，压入深度即位移量达到一定值，而且要求过程中的压力和位移也应满足一定的对应关系，不同的位移，对应的压力应控制在一定的范围，否则，加工出的零件不合格。为了能实时检测压力和位移，得出两者间的在线关系曲线，并据此对过程作出评估，采用了 Kistler的CoMoⅡ-S智能测量仪表。这种新型监测仪表，内置电荷和电压放大器，可以同时采集压力及位移传感器两路模拟输入信号，自动选择量程和不同的坐标及佳刻度，得出测量曲线，具有阀值、容差带、方框和终位等多种分析功能，可以根据需要选择不同的组合对各种过程进行分析和监测，并能方便地与 PLC接口。压机及其它机构的动作全部由气压驱动，为使压力平稳，选用了TOX气液增力缸作为压力元件，由电磁阀控制其升降。2 系统设计2.1 硬件组成根据该工位输入输出信号的点数及控制要求，选用了性价比很高的SIEMENSS7-214PLC作为控制核心，同时还扩展了一块EM223数字量模块，此外，系统还包括直流电源模块，双手操作按钮控制模块以及PLC编程用的与PC连接的PC/PPI电缆等，系统硬件结构如图2所示。图2 系统硬件结构图为了实现人机对话功能，如系统状态及变量显示、参数修改等，还扩展了1台OP3操作面板，它通过一根专用电缆与PLC的本机通讯口连接。2.2 控制软件设计控制程序采肧TEP7——Micro/WIN软件以语句表方式编写，不需专用的编程器，而OP3操作面板则采用ProTool组态软件编程。系统控制程序分自动和手动两部分。在手动部分，通过OP3可分别操纵所有运动机构的动作，包括压机、夹具的作用、CoMoⅡ-S智能仪表的参数集选择及启动，便于系统调试。在自动部分，所有动作按要求顺序完成。为了使PLC与OP3之间相互交换信息，程序中定义了一些内部标志寄存器位，同时还使用了顺序继电器指令，使各程序步之间互锁，提高了系统可靠性。自动部分程序流程如图3所示。图3控制软件流程图3 结束语汽车转向泵自动装配线采用PLC控制，不仅简化了系统，提高了设备可靠性，也大大提高了成品率，通过操作面板修改系统参数可以装配4种不同的产品，现场的各种信息，如工作状态、故障信息等可以声光报警及文字形式表示出来，方便了设备的操作和维护。该装配线自1999年10月在南京金志集团投入运行以来，工作稳定可靠，加工出的产品经国外设备的严格测试，性能完全符合要求，取得了良好的效果。提出了汽车柔性焊接生产线中应用的分层伺服系统体系结构和硬件配置，分析了采用逻辑控制与运动控制相结合的系统控制原理，叙述了MP920控制器的参数设定方式，给出了伺服控制系统程序工作流程。结合广州本田汽车有限公司年产24万整车自动焊接生产线设计建造的实例，介绍了MP920伺服系统在自动化生产线中的实际应用，给出了伺服系统的调试方法，并对调试结果进行了分析。实际应用效果表明了所提体系结构和控制模式的正确性和有效性。关键词：MP920伺服系统； 汽车制造； 柔性焊接生产线； 电气控制0 引言　　在汽车制造企业中，车身焊接生产线是一条关键的生产线，这条生产线决定车身焊接车间乃至整个企业的生产能力、产品质量和产品的多样化。广州本田汽车有限公司年产24万轿车的自动化焊接生产线是一条贯通式流水线，全线5个全自动工位：车身地板搬送工位、车身部件预装配工位、自动焊接工位、车身卸载工位和车身夹具切换工位。该自动生产线全面采用了日本安川公司的MP920伺服系统，极大地提高了工装夹具的定位精度和生产线的柔性化程度。　　本文从MP920伺服系统的硬件体系结构、控制原理、控制程序设计以及系统调试等几方面介绍该生产线中的伺服系统，研究柔性自动化生产线中伺服控制系统的应用。1 伺服系统硬件配置　　考虑系统的信息处理量大，为了降低PLC的信息处理负担，提高控制器之问的独立性，系统采用了分层的体系结构，层为主控PLC，第二层为伺服控制器，两个控制层之间采用现场总线进行通信。整个系统硬件配置如图1所示。　　主控PLC是整条生产线的逻辑处理中心，它一方面协调控制现场各种设备按照工艺顺序要求工作，另一方面向上层监控设备实时发送生产和设备状态信息。主控PLC选用OMRON公司的CS1H．CPU65型PLC系统。伺服系统采用日本安川电机公司的MP920伺服系统，该伺服系统由伺服控制器，伺服驱动器和伺服电机组成，其中伺服控制器是整条生产线的运动控制核心，控制伺服电机按照工艺要求jingque运动，同时还通过现场总线DeviceNet将伺服系统的状态信息反馈给主控PLC。伺服控制器选用MP920可编程控制器专门用于控制直线型伺服电机系统。伺服驱动器选用Σ系列SGDB型伺服驱动器，伺服电机选用Σ系列SGM型伺服电机。在车身自动焊接生产线中使用了3套MP920系统来控制了18个伺服电机。2 MP920控制器工作原理2.1 MP920控制器构成　　在MP920系统中，CPU模块（MP920）主要起数据处理（逻辑处理和运动处理）的作用，并向运动控制单元（SVB一01）发送运动指令，并根据反馈信息作进一步处理。运动控制单元主要进行指令处理和运动状态处理，通过Mechatrobbbb总线每个单元多能单独控制l4个轴。此单元能预先进行参数设定，根据CPU发送过来的指令进行运动控制，并将运动过程中的各种参数反馈到CPU单元中去。DeviceNet通信单元（260IF）通过 Device—Net协议与主控PLC进行数据交换，进行协同工作，完成整线的控制。2．2 MP920控制器参数设定　　运动控制单元内部有三类参数：固定参数、设定参数和监控参数。其中固定参数包括电机参数、伺服驱动器参数、编码器参数等固定数据；设定参数用来向伺服驱动器提供伺服控制命令，在系统运行时可以实时更改；监控参数由与伺服马达相连的编码器反馈到运动控制单元的电机运动状态数据，这些监控数据可以在运动程序和逻辑程序中作为参考。CPU单元对运动控制单元的控制是通过其I／O端口与运动控制单元的参数相互对应建立的。为建立这种联系，须将CPU单元的输出 I／O端口分配给运动单元的设定参数，输入I／O端口分配给运动单元的监控参数。CPU单元在进行I／O刷新时将监控参数读入内存，同时将伺服控制命令写入到运动控制单元的设定参数中，实现对运动控制单元的控制。伺服系统的控制原理如图2所示。2．3 MP920控制程序设计　　MP920伺服控制器通过循环扫描用户程序来进行控制，用户程序由视图、函数和运动程序组成。其中视图与函数主要用于完成顺序逻辑控制，运动程序用于电机的运动控制。为了节省系统资源，将视图分为高速扫描程序和低速扫描程序，高速扫描程序的扫描周期很短，约为0．4ms，用于处理实时性很强的伺服控制任务，是整个程序的主体，在其中调用运动程序实现对电机的jingque控制；低速扫描视图扫描周期远低于高速扫描视图，在程序系统中用于处理实时性要求较低的错误和警报。　　伺服系统控制程序采用模块化编程，各自针对要求不同的应用设计了高速扫描视图、低速扫描视图和运动控制程序。系统上电之后，CPU就同时开始高速扫描与低速扫描两个独立的扫描过程，并在高速扫描过程中调用运动程序来进行运动控制。低速和高速扫描视图的流程分别如图3和图4所示。3 调试结果分析　　伺服系统调整主要调整系统的速度回路增益、速度回路积分时间常数、位置回路增益和扭矩指令过滤时间常数这几个参数。通常按照下列步骤进行：步，较低地设定位置回路增益，在不发生噪音或振动的范围内逐步提高速度回路增益。　　第二步，略微降低步中设定的速度回路增益降值，在系统不发生上冲或振动的范围内逐步提高位置回路增益。　　第三步，根据定位调整时间、机械系统的振动等情况设定速度回路积分时间常数。　　第四步，如果机械系统发生的扭曲共振时，适当地提高扭矩指令过滤时间常数。　　后，观察系统响应并对各个参数进行微调，进行参数优化。　　图5是伺服电机的速度曲线和扭矩曲线。从图中可以看到，阶段对电机进行速度控制，电机转速响应很快，转速由0增加到2000r／m的过程十分平稳。第二阶段对电机进行扭矩控制，电机由0增加到50％的额定扭矩响应很快，也没有出现大的波动。表明按照这个方法进行调试是可行的，完全能够满足自动化生产线的需要。4 结束语　　在实际生产中，该自动焊接生产线的伺服系统运行稳定可靠，满足了高品质轿车车身焊接工艺的需要，为广州本田年产24万轿车发挥了决定性作用。该伺服系统运动平稳且定位速度快，使得整条生产线的节奏控制在45、7秒，大程度上发挥了机械的效率。该系统的成功在于系统设计上采用了分层的体系结构和逻辑控制与运动控制相结合的控制方式。随着中国汽车工业的快速发展，尤其是对车身质量、产量和成本的要求不断提高，伺服系统必将在汽车车身自动焊接生产线上广泛应用。