西門子MM440變頻器在內螺紋機的應用

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

?

西門子MM440變頻器在內螺紋機的應用

魏海翔1，2，程鵬3，劉翠華4
（1.中山市技師學院，廣東中山528403；2.華南理工大學，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用多個工業場合的多功能標準變頻器，它采用高性能的矢量控制技術，提供低速高轉矩輸出和良好的動態特性，同時具備超強的過載能力。根據銅管內螺紋加工過程中放線裝置、高頻電機裝置、V型槽裝置和收線裝置中，電機不同的啟動和停止方式、運行中速度和轉矩變化等特點，詳細介紹了變頻器MM440針對上述各電機的參數設定及控制系統的設計，使系統運行符合生產需要，提高了產品質量和生產效率。

關鍵詞：變頻器；S7-200PLC；內螺紋機

0　引言

銅管產品是制冷設備進行熱交換的一個主要部件，由于銅的價值大、制冷設備用銅管量多、銅管熱交換率要高等因素，就要求銅管產品壁薄而且管內接觸面積大，故對銅管產品加工的設備要求顯得非常重要。內螺紋機就是一種能生產銅管產品達到壁薄而且管內接觸面積大要求的設備，一般是由收放線電機裝置，V型槽電機裝置，高頻電機裝置及放線補償裝置構成。早期的內螺紋銅管設備主要由國外AU?TOMAX公司進口，該公司生產的內螺紋機設備由高頻電機控制系統和收放線電機控制系統，V型電機控制系統組成。該設備的系統復雜，控制柜由7個尺寸為800×2 200（mm×mm）組成。而且高速馬達控制采取磁懸浮技術控制，故該系統的控制模塊較多，維修費用高，光一臺專用變頻器就要10萬，而且備件購貨周期較長，模塊一旦出現故障就容易造成生產停頓。所以這種類型的內螺紋設備已跟不上快速的經濟發展。而本文介紹這個系統，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，兩者構成一個簡單的控制系統在內螺紋機設備。不但能達到生產工藝的要求，而且設備的維護成本低[1]。

1　系統構成

根據銅管生產加工工藝要求，把內表面光滑的銅管經過裝有內螺紋芯頭拉伸模的高頻電機，再經過V型槽電機拉撥成各種規格的內螺紋銅管。國產內螺紋機設備主要由放線裝置、高速電機裝置、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機構和放線補償構成，放線電機機構由7.5 kW的三相交流變頻電機經過減速箱組成，并帶動重達3噸的料框和料框內的銅管作變速圓周運動[2]。由于在生產中放卷料筐內的銅管排放是不規則的，要保證銅管順利平穩從料框出去，所以要求放線電機的速度實時變化，而且每次轉速變化幅度較大，故放線機械轉動慣量大。如果控制不穩定料框內的銅管極易飛出料框，造成銅管材料浪費。采用MM440控制實現電機對速度的動態響應，且不易過載[3]。放線電機在工作起步階段時，由S7-200PLC I/O輸出線路直接控制MM440變頻器啟動，同時安裝在控制操作臺上的電位器，該電位器的線路接入控制MM440的模擬端子3號、4號，可以對放線電機的速度進行微調。當放線電機平穩運行時，電機的速度調整則通過放線補償裝置來進行補償控制，放線補償裝置是由一個U型掛鉤和一個DC24V角度編碼器組成。當內螺紋機整個運行系統速度不匹配時，銅管會在U型掛鉤中左右擺動時，同時帶動U掛鉤擺動，U型掛鉤通過機械裝置帶動角度編碼器的軸在0～300°之間變化，同時輸出DC 0-10V直流電壓到PLC模擬量輸入模塊，在經過PLC內部程序運算后，輸出DC 0-10V的信號并直接驅動MM440，來微調控制放線電機的速度[4]，使放線速度與系統整體速度相匹配，銅管不會拋出料框。

（2）高頻電機裝置

高頻電機裝置由高頻電機和其它冷卻系統組，其中高頻電機是整個生產工藝核心之處。銅管內部能否形成內螺紋，就要靠高頻電機帶動裝有螺紋芯頭的加工模具在銅管內部高速運轉，而形成的內螺紋。因此對高速電機和變頻器要求很高。本系統高頻電機功率18.5 kW，速度最高達到35 000 r/min，則要求變頻器輸出頻率達到580 Hz，MM440是全新一代可以廣泛應用的多功能標準變頻器。它采用高性能的矢量控制技術，提供低速高轉矩輸出和良好的動態特性，同時具備超強的過載能力，最大輸出頻率為650 Hz。因此選用MM440為最佳選擇。本系統采用三段速度，當4個電機同時起步時，采用第一段速度，經過第一段及第二段速度平穩過度時，系統進入第三速度，此時高速電機在MM440控制下，以35 000 r/min速度運行。

（3）V型槽裝置

V型槽裝置由一臺15 kW三相交流變頻電機和約4米寬的V型凹槽大圓盤組成，V型槽在生產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，電機在啟動時的低速恒扭矩到正常速度時恒扭矩。故對變頻器的輸出扭力要求非常嚴格，如果扭力過高則會拉扁銅管，甚至會拉斷銅管。如果扭力不夠則拉不動銅管。西門子MM440低速高轉矩輸出和良好的動態特性，以及具備超強的過載能力完全可以勝任此項工作。

（4）收線裝置

收線裝置是由收線電機機構構成，收線電機機構由7.5 kW的三相交流變頻電機經過減速箱組成，并帶動重達3噸的料框和料框內的銅管作恒定速速圓周運動。收線電機的速度是以V型槽電機速度為參考，當V型槽電機速度變化時，S7-200PLC輸出模擬信號給收線電機的MM440變頻器，使MM440變頻器能快速控制收線電機速度。使收線裝置上的料框能有序接收并擺放好銅管。

2　控制系統構成

2.1控制系統系統圖

系統硬件配置如圖1所示。

控制系統由西門子人機界面TD200、西門子PLCS7-200和西門子變頻器MM440組成，通過在人機界面設定工作參數，PLC接受系統指令，控制變頻器的運行，使整個系統高效可靠運行。

圖1　系統硬件配置

2.2變頻器的主要調試參數

根據內螺紋機的工作特點，并結合實際工作特點，對變頻器MM440的主要參數設定如表1所示。

表1　參數設定

通過上述變頻器MM440參數的設定，變頻器MM440能發揮其矢量精準控制、低速高轉矩輸出、良好動態特性、超強的過載能力等優點，確保設備安全運行。

3　小結

經過內螺紋機的長期生產實踐證明，用西門子變頻器MM440可以滿足銅管內螺紋的加工要求，而且該變頻器操作通俗易懂，不但可通過BOP、AOP等對變頻器進行基本參數的設置，也可以通過專用調試軟件如Drivemoniter或Starter進行面向參數表的調試和啟動。MM440變頻器是西門子公司新一代變頻器，其在銅管螺紋機應用中的主要特點有：控制功能強大，適用性強；其控制方式多樣：FCC、各種VF、力矩控制等可根據負載特性靈活選擇；模擬、數字的輸入輸出端子功能可編程使用；以及對電動機的保護措施有PTC過熱、過流、短路等保護；另外只要有電工基礎和傳動知識基礎，都可以進行操作，所以應用廣泛[5]。

參考文獻：

［1］魏海翔，劉翠華.變頻調速在螺旋焊管機組主驅動中的應用［J］.焊管，2007（01）：56-59.

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

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

［4］宋伯生. PLC編程應用指南［M］.北京：機械工業出版社，2007.

［5］李方園.造紙沖漿泵中交流變頻器的應用［J］.機電工程，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。研究領域：自動化技術。

收稿日期：2015－10－17

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

中圖分類號：TN773

文獻標識碼：A

文章編號：1009－9492 ( 2015 ) 11－0098－03